一种新型地铁隧道充填式衬砌结构的制作方法

本发明涉及暗挖隧道施工技术领域，特别是涉及一种新型地铁隧道充填式衬砌结构，主要应用于软弱破碎地层条件下地铁隧道开挖的加固支护。

背景技术：

随着国家基础设施建设的蓬勃发展，越来越多的地铁工程项目得以兴建，许多地铁隧道不得已建设在回填土、软土、破碎地层等地质条件不良的地层上。这类地层承载能力与抗剪强度都非常低，且受扰动后变形较大，在这类地层上进行地铁建设极易引发较大的不均匀沉降。此外，隧道施工后衬砌在围压作用下后会产生蠕变或流变变形，衬砌等支护体系极易发生大变形而失稳。目前，软弱破碎地层条件下的隧道大变形问题，给地铁隧道开挖的加固支护技术带来了极大的挑战，严重制约了地铁建设行业的安全、高速发展。

在本发明之前，专利号为201510101208.7的发明公布了一种具有永不拆除衬砌轮胎的隧道衬砌结构及其施工安装方法。其主体是衬砌轮胎和钢拱架，确定衬砌轮胎安装位置以及轮胎形状后，利用空气和橡胶的柔韧度使围岩变形产生的压力均匀的传递给钢拱架，一定程度上降低了型钢断面面积和强度的要求，避免了钢拱架的局部破坏。但是，该衬砌结构的主要原理是利用围岩发挥自身支护能力，通过与围岩接触的衬砌轮胎的高弹性能力发生适当变形来释放围压，在极软弱破碎地层条件下采用该方法时，仍易发生变形难以控制而导致支护结构整体失稳的可能性。

申请号为201710603754.x的发明公布了一种盾构隧道衬砌玻璃纤维筋混凝土管片及制作方法。它包括混凝土和玻璃纤维筋笼，玻璃纤维筋笼中浇筑有混凝土，混凝土表面设置有连接孔和吊装孔，本发明强度高、重量轻、成本低、抗氧耐腐蚀，一定程度上提高了管片使用寿命，加快了隧道的施工进度。但是，该衬砌结构有其专用性，仅适用于盾构法隧道的预制拼装，对于暗挖隧道施工采用时会有施工难度大、运输不便等问题，且人工操作施工精度达不到要求。

因此有必要探索一种既能保证软弱破碎地层的加固支护效果，又具有运输方便、施工简便的新型地铁隧道衬砌型式。

技术实现要素：

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：提供一种结构型式简单、施工方便，加固效果和承载能力优良的新型地铁隧道衬砌结构，以便能够更好地改善软弱破碎地层的加固效果、提高地铁隧道支护系统的承载能力。

一种新型地铁隧道充填式衬砌结构，包括整体呈圆管状的外层布袋，布袋内部设置有径向拉筋和环向构造筋组成的钢筋骨架；其特征在于，所述外层布袋由内侧透水布、外侧防渗布和两端的侧向封口布缝制而成，内侧透水布和外侧防渗布上设置有若干连通内外的预留锚杆孔，一端的侧向封口布上设置有注浆口和溢浆孔；所述径向拉筋和环向构造筋采用焊接的方式相连接，并且在两者的连接部位采用细钢丝分别与内侧透水布和外侧防渗布绑扎在一起。

本发明的一种新型地铁隧道充填式衬砌结构，设置有注浆口和溢浆孔，施工时，靠注浆口连接注浆设备直接进行灌浆作业，一次性快速灌浆到位形成隧道衬砌，减少了施工工序，同时避免了采用挂网喷浆等方式发生扰动作用，防止周边地层强度急剧下降的缺陷，提高了加固效果。

作为优化，所述侧向封口布位于充填式衬砌结构的两侧端部，其中一端的侧向封口布上设置有注浆口和溢浆孔，另一端的侧向封口布不设置开孔。这样，方便施工时从一侧端部进行，可以最大程度的减小工作区间。

作为优化，所述内侧透水布采用渗透性优良的聚酯长丝土工布，外侧防渗布和侧向封口布均采用防渗性能较好的高强度聚乙烯复合防渗膜。这样，保证灌浆作业时浆液中的水全部从内侧透水布的一面渗出，防止衬砌外侧渗水对隧道周边的地层产生弱化。

作为优化，所述注浆口设置于衬砌结构的底部，溢浆孔设置于衬砌结构的顶部。这样，保证灌注浆液过程中从下往上逐渐密实，浆液灌满后从顶部溢浆孔溢出，防止出现漏浆和灌注不密实等现象。

作为优化，所述注浆口采用塑料材质，一端与侧向封口布固定连接在一起，另一端设有螺纹。这样，方便注浆设备直接与注浆口连接，进行灌浆作业，而不需要其他接口设备。

作为优化，同一断面上共设置8根径向拉筋和2根环向构造筋，相同断面上的径向拉筋和环向构造筋焊接成一个整体，并将焊点位置作为绑扎节点，采用细钢丝将钢筋与内侧透水布及外侧防渗布分别绑扎在一起。这样，可以将内部的钢筋与外层布袋连接为一个整体，在注浆过程中起到收紧的作用，防止出现不均匀膨胀或过度膨胀的现象。

作为优化，所述预留锚杆孔设于4个相邻绑扎节点形成的长方形网格的中心位置。这样，可以减少支护锚杆施工时对钢筋及绑扎节点的损坏，此外，中心位置充填混凝土更厚，支护锚杆打设完成后促进应力分布更为合理。

作为优化，所述预留锚杆孔的直径应超过所选支护锚杆直径的3倍。这样，可以防止注浆过程中预留锚杆孔因浆液膨胀现象而完全挤压消失。

作为优化，所述支护锚杆应在充填式衬砌结构成型且充填混凝土达到85%以上强度后施工。这样，可以防止支护锚杆施工时对衬砌结构造成损坏，降低衬砌的承载能力。

作为优化，所述支护锚杆应采用梅花形布设，在每个支护断面的预留锚杆孔中采用隔一打一的跳打方式。这样，可以使支护锚杆在双向出现错位，更有利于群锚效应及合理受力。

作为优化，所述充填混凝土应采用细粒混凝土。这样，可以防止由于混凝土中的砂石粒径过大出现灌浆不均匀，并有效防止大粒径石子将外层布袋划破的现象。

本发明一种新型地铁隧道充填式衬砌结构具有以下突出效果：

（1）本发明采用外层布袋结合内部钢筋骨架的结构，可采用工厂预制，灌浆施工前可轻易折叠、调整位置，方便运输；

（2）本发明内部完全贯通，利用注浆设备直接充填灌浆形成连续整体，衬砌结构成型且达到85%以上强度后再施工支护锚杆，避免了传统施工方式易引起软弱破碎地层扰动的问题；

（3）本发明结构型式简单，具体形状和尺寸可根据设计条件进行变更和预制，加固效果和承载能力优良，能够适应各类软弱土层地铁隧道工程的加固处理。

故综上所述，本发明具有结构型式简单，施工方便，加固效果和承载能力好的优点，能够更好地改善软弱破碎地层的加固效果、提高地铁隧道支护系统的承载能力。

附图说明

图1为本发明一种新型地铁隧道充填式衬砌结构的示意图；

图2为本发明的横断面示意图。

图例说明：1-溢浆孔；2-内侧透水布；3-侧向封口布；4-注浆口；5-外侧防渗布；6-支护锚杆；7-预留锚杆孔；8-绑扎节点；9-充填混凝土；10-环向构造筋；11-径向拉筋。

具体实施方式

下面结合具体实施方式和附图对本发明作进一步的详细说明。

如图1、图2所示，一种新型地铁隧道充填式衬砌结构，包括整体呈圆管状的外层布袋，布袋内部设置有径向拉筋11和环向构造筋10组成的钢筋骨架；其特征在于，所述外层布袋由内侧透水布2、外侧防渗布5和两端的侧向封口布3缝制而成，内侧透水布2和外侧防渗布5上设置有若干连通内外的预留锚杆孔7，一端的侧向封口布3上设置有注浆口4和溢浆孔1；所述径向拉筋11和环向构造筋10采用焊接的方式相连接，并且在两者的连接部位采用细钢丝分别与内侧透水布2和外侧防渗布5绑扎在一起，形成绑扎节点8。

其中，所述侧向封口布3位于充填式衬砌结构的两侧端部，其中一端的侧向封口布3上设置有注浆口4和溢浆孔1，另一端的侧向封口布3不设置开孔。这样，方便施工时从一侧端部进行，可以最大程度的减小工作区间。

其中，所述内侧透水布2采用渗透性优良的聚酯长丝土工布，外侧防渗布5和侧向封口布3均采用防渗性能较好的高强度聚乙烯复合防渗膜。这样，保证灌浆作业时浆液中的水全部从内侧透水布2的一面渗出，防止衬砌外侧渗水对隧道周边的地层产生弱化。

其中，所述注浆口4设置于衬砌结构的底部，溢浆孔1设置于衬砌结构的顶部。这样，保证灌注浆液过程中从下往上逐渐密实，浆液灌满后从顶部溢浆孔溢出，防止出现漏浆和灌注不密实等现象。

其中，所述注浆口4采用塑料材质，一端与侧向封口布3固定连接在一起，另一端设有螺纹。这样，方便注浆设备直接与注浆口4连接，进行灌浆作业，而不需要其他接口设备。

其中，同一断面上共设置8根径向拉筋11和2根环向构造筋10，相同断面上的径向拉筋11和环向构造筋10焊接成一个整体，并将焊点位置作为绑扎节点8，采用细钢丝将钢筋与内侧透水布2及外侧防渗布5分别绑扎在一起。这样，可以将内部的钢筋与外层布袋连接为一个整体，在注浆过程中起到收紧的作用，防止出现不均匀膨胀或过度膨胀的现象。

其中，所述预留锚杆孔7设于4个相邻绑扎节点8形成的长方形网格的中心位置。这样，可以减少支护锚杆6施工时对钢筋及绑扎节点8的损坏，此外，中心位置充填混凝土9更厚，支护锚杆6打设完成后促进应力分布更为合理。

其中，所述预留锚杆孔7的直径应超过所选支护锚杆6直径的3倍。这样，可以防止注浆过程中预留锚杆孔7因浆液膨胀现象而完全挤压消失。

其中，所述支护锚杆6应在充填式衬砌结构成型且充填混凝土8达到85%以上强度后施工。这样，可以防止支护锚杆6施工时对衬砌结构造成损坏，降低衬砌的承载能力。

其中，所述支护锚杆6应采用梅花形布设，在每个支护断面的预留锚杆孔7中采用隔一打一的跳打方式。这样，可以使支护锚杆6在双向出现错位，更有利于群锚效应及合理受力。

其中，所述充填混凝土9应采用细粒混凝土。这样，可以防止由于混凝土中的砂石粒径过大出现灌浆不均匀，并有效防止大粒径石子将外层布袋划破的现象。

本发明的一种新型地铁隧道充填式衬砌结构，设置有注浆口4和溢浆孔1，施工时，靠注浆口4连接注浆设备直接进行灌浆作业，一次性快速灌浆到位形成隧道衬砌，衬砌结构成型且达到85%以上强度后再施工支护锚杆6。