一种隧道基底及其施工工法的制作方法

本发明涉及隧道工程建设技术领域，具体地涉及到一种隧道基底。本发明还涉及一种隧道基底的施工工法。

背景技术：

近年来，随着我国铁路运输的发展，铁路隧道建设工程也显得越来越重要，投入运营的隧道工程也越来越多。

目前，铁路隧道基底通常采用混凝土浇筑而成。在运营期，隧道基底常见的病害有分层、开裂、底鼓、下陷、翻浆冒泥、衬砌裂损等病害。这些都严重了影响隧道的安全和正常运营，降低了衬砌结构对围岩的承载能力。同时，铺底和仰拱破损，导致路面变形，从而严重危及行车安全。

隧道病害危害极大，一旦发现病害需要立刻进行治理。隧道病害治理过程中，现有的隧道基底换填和拆换仰拱的施工周期长，施工效率低。此外，对隧道围岩的干扰严重，不仅严重影响了处理后的隧道基底的承载能力，而且施工安全性较差，隧道基底的施工及养护成本高。

技术实现要素：

针对至少一些如上所述的技术问题，本发明旨在提出一种隧道基底。该隧道基底采用预制件装配连接而成，预制件设有特定的结构，其安装连接方便，施工方便，且施工效率高。隧道基底的支撑结构能够保证该隧道基底具有良好支撑性能，能够有效减少隧道病害，且隧道基底的维护保养方便。该隧道基底还具有良好的排水性能和密封防水性能。此外，在建造过程，该隧道基底显著减少了施工污染、大大提高了施工效率和质量安全水平，并且有效节约资源，降低了施工和养护成本。

本发明还提供了一种如上所述的隧道基底的施工工法。

为此，根据本发明的第一方面，提供了一种隧道基底，所述隧道基底包括：设置在隧道底部的仰拱预制块；连接在所述仰拱预制块上部的预制填充层，所述预制填充层包括两个分别与隧道两侧拱墙的底部连接且呈镜像布置的f型预制块，及固定连接在两个所述f型预制块之间的门型预制块；其中，所述预制填充层与所述仰拱预制块适配安装，且所述仰拱预制块和所述预制填充层沿隧道底部纵向连续设置形成隧道基底。

在一个优选的实施例中，在所述仰拱预制块的上端设有若干纵向延伸的安装槽，以及两侧设有竖向延伸的连接侧板，所述连接侧板的端部设有纵向间隔开分布的凸起。

在一个优选的实施例中，所述f型预制块包括本体部分，以及与所述本体部分垂直连接且彼此间隔开的第一连接板和第二连接板，所述本体部分设有纵向延伸的且能与所述凸起适配安装的凹槽。

在一个优选的实施例中，所述门型预制块包括本体板和垂直连接在所述本体板两端的连接侧板，所述f型预制块的所述第一连接板、第二连接板和所述连接侧板适配安装到所述安装槽内，从而将所述预制填充层安装到所述仰拱预制块上。

在一个优选的实施例中，在所述仰拱预制块的纵向端面上设有横向延伸的榫槽，纵向相邻的所述仰拱预制块通过所述榫槽形成连接。

在一个优选的实施例中，在所述仰拱预制块上端的中部设有沿隧道纵向延伸的第一排水沟，在隧道的一个侧壁底部且处于所述f型预制块上设有沿隧道纵向延伸的第二排水沟。

在一个优选的实施例中，所述仰拱预制块的中部设有若干竖向延伸的排水管，在所述仰拱预制块的下部且处于所述第一排水沟的正下方设有纵向透水管，所述第一排水沟通过所述排水管与所述纵向透水管连通。

在一个优选的实施例中，在所述预制填充层与所述仰拱预制块的连接处均设有抗振垫层，且在所述仰拱预制块的内部设有遇水膨胀的止水带。

在一个优选的实施例中，在纵向连续连接的所述门型预制块上设有检查井，所述检查井沿隧道纵向均匀间隔开分布。

根据本发明的第二方面，提供了一种如上所述的隧道基底的施工工法，包括以下步骤：

开挖和清理隧道底部，且底部开挖面做精平处理，并且现浇找平层；

待所述找平层的混凝土达到相应强度后，吊装放置所述仰拱预制块，拼装放置三环所述仰拱预制块后，将所述仰拱预制块与所述找平层之间的缝隙浇注水泥灌浆料填实；

在所述仰拱预制块的与所述预制填充层的连接面上铺设所述抗振垫层，先吊装放置两侧的所述f型预制块，再吊装放置所述门型预制块，从而将所述预制填充层适配安装到所述仰拱预制块上，并进行紧固连接；

重复上述各步骤，沿隧道纵向连续施工直至隧道基底铺设完成；

放置预制的第一排水沟和第二排水沟。

附图说明

下面将参照附图对本发明进行说明。

图1显示了根据本发明的隧道基底的横向截面的示意图。

图2显示了图1中所示的仰拱预制块的结构。

图3显示了仰拱预制块纵向连续安装结构的俯视图。

图4和图5显示了图1所示隧道基底中的f型预制块的结构。

图6和图7显示了图1所示隧道基底中的门型预制块的结构。

图8显示了预制填充层纵向连续安装结构的俯视图。

在本申请中，所有附图均为示意性的附图，仅用于说明本发明的原理，并且未按实际比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。

需要说明的是，在本申请中，将隧道基底的横截面中的水平线方向定义为“横向”，而将隧道的延伸方向定义为“纵向”，将与水平面垂直的方向定义为“竖向”。并且将本申请中使用的方向性用语或限定词“上端”、“下端”等相似用语均是针对所参照的附图而言，它们并不用于限定所涉及零部件的绝对位置，而是可以根据具体情况而变化。

图1显示了根据本发明的隧道基底100的横向截面的示意图。如图1所示，隧道基底100安装在隧道200的底部。根据本发明，隧道基底100为预制件。隧道基底100包括设置在隧道拱形墙210底部的仰拱预制块110，以及连接安装在仰拱预制块110上的预制填充层120。预制填充层120包括两个分别与隧道两侧的隧道拱形墙210的底部连接的f型预制块130，以及固定连接在两个f型预制块130之间的门型预制块140。两个f型预制块130与门型预制块140固定连接后适配安装到仰拱预制块130上。预制填充层120与仰拱预制块110适配安装，且沿隧道底部纵向连续设置形成隧道基底100。

在一个实施例中，隧道拱形墙210采用c30钢筋混凝土制成。隧道拱形墙210能够有效保证隧道的支撑防护性能。

图2显示了仰拱预制块110的结构。如图2所示，仰拱预制块110的底部构造成圆弧状。在仰拱预制块110的上端设有若干纵向延伸的安装槽111，安装槽111在横向上按照一定距离间隔开设置。同时，在仰拱预制块110的两侧设有竖向延伸的连接侧板112，连接侧板112的端部设有纵向间隔开分布的凸起113。安装槽111与凸起113用于定位安装预制填充层120。此外，在仰拱预制块110的纵向端面上设有榫槽114，榫槽114沿横向延伸。相邻的仰拱预制块110通过榫槽114相互连接。

图3显示了铺设后的仰拱预制块110的俯视图。如图3所示，仰拱预制块110上设有排水管115。排水管115设置在仰拱预制块110的中部，且沿竖向延伸。排水管115在纵向上均匀间隔开分布。在一个实施例中，排水管115的纵向间距设置为25m。排水管115的用途将在下文进行介绍。

此外，仰拱预制块110还设有斜螺栓孔117，在斜螺栓孔中安装斜螺栓以连接相邻的仰拱预制块110。在一个实施例中，斜螺栓采用m24的高强度螺栓，强度等级为10.9s，且斜螺栓之间采用m24防松动垫圈。由此，纵向上相邻的仰拱预制块110采用榫槽连接结合螺栓连接的方式相连接。且在仰拱预制块110上设有用于定位的吊装孔118。另外，为了保证仰拱预制块110之间的密封防水性能，在仰拱预制块110的内部设有遇水膨胀的止水带116。同时，在仰拱预制块110的连接处设有抗振垫层。抗振垫层还能够调整仰拱预制块110之间的间隙，从而提高相邻的仰拱预制块110之间的拼装精度，以保证隧道基底100的性能。

图4和图5显示了f型预制块130的结构。如图4和图5所示，f型预制块130包括本体部分131，以及设置在本体部分131的一端的第一连接板132和设置在本体部分131的中部的第二连接板133。第一连接板132和第二连接板133均与本体部分131垂直，且设置在本体部分131的一个端面上。在本体部分131的未设有第一连接板132的一端的端面上设有纵向延伸的凹槽135。凹槽135用于与仰拱预制块110上的凸起113适配安装。在图5所示实施例中，在第一连接板132上设有四个连接孔134。同时，在本体部分131上设有斜螺栓孔136，斜螺栓孔136用于安装斜螺栓以连接纵向相邻的f型预制块130。

图6和图7显示了门型预制块140的结构。如图6和图7所示，门型预制块140包括构造成矩形板状的本体板141，以及连接在本体板141两端的连接侧板142。连接侧板142设置在本体板141的一个端面上，且与本体板141垂直。在图6汇入图7所示实施例中，在连接侧板142上设有四个螺栓孔143。连接孔143能够与f型预制块130的第一连接板132上的连接孔134相对应，以安装连接螺栓，从而将f型预制块130与门型预制块140固定连接在一起以形成预制填充层120。同时，在本体板141上也设有斜螺栓孔144，斜螺栓孔144用于安装斜螺栓以连接纵向相邻的门型预制块140。

在本实施例中，在f型预制块130的第一连接板132与门型预制块140的连接侧板142之间设有抗振垫层。在一个实施例中，抗振垫层采用三元乙丙弹性密封橡胶垫。抗振垫层能够保证f型预制块130与门型预制块140之间的密封防水性能，且能够调整f型预制块130与门型预制块140之间的间隙，提高了f型预制块130与门型预制块140之间的拼装精度，进一步保证了隧道基底100的性能。

吊装连接预制填充层120与仰拱预制块110时，f型预制块130与门型预制块140通过连接螺栓固定连接形成预制填充层120。仰拱预制块110的连接侧板112上的凸起113与凹槽135适配安装，且f型预制块130的第一连接部131、第二连接部133以及门型预制块140的连接侧板142适配安装到仰拱预制块110的安装槽111中。由此，完成预制填充层120与仰拱预制块110的安装连接，从而形成隧道基底100。在一个实施例中，隧道基底100通过预埋钢筋孔与隧道拱墙210的底部连接。隧道基底100的这种结构使其具有吊装施工方便、施工效率高、安全性能高、易于维护保养等优点。

图8显示了预制填充层120纵向连续安装结构的俯视图。如图8所示，f型预制块130的本体部分131上设有用于吊装作业的吊装孔137。且门型预制块140的本体板141上也设有用于吊装作业的吊装孔147。

在一个实施例中，在纵向上连续连接的门型预制块140的本体板141上设有检查井145。如图8所示，检查井145设置在门型预制块140的中部，且沿隧道纵向均匀间隔开设置。在一个实施例中，检查井145在纵向上间距设置为25m。检查井145设为矩形口，用于检查门型预制块140的腔体内的状况，以检查保养隧道基底100内部的状况。

在一个实施例中，仰拱预制块110、f型预制块130以及门型预制块140均采用c40钢筋混凝土材料制成。由此，使得仰拱预制块110和预制填充层120具有良好的支撑防护性能，有效提高了隧道基底100的支撑性能，提高了隧道基底的安全性能。

根据本发明，隧道基底100还设有沿隧道纵向延伸的第一排水沟150和第二排水沟160。如图1所示，第一排水沟150设置在仰拱预制块110上端的中部。第二排水沟160设置在隧道的一个侧壁的底部且处于f型预制块130的上端。在一个实施例中，第一排水沟150和第二排水沟160均设有盖板，且均为预制件。优选地，第一排水沟150、第二排水沟160以及盖板均采用玻璃纤维增强材料制成。

此外，在仰拱预制块110的下部设有用于排水的纵向透水管。纵向透水管处于第一排水沟150的正下方，且与第一排水沟150相平行沿隧道纵向延伸。在一个实施例中，纵向透水管采用φ300hdpe透水管。优选地，在纵向透水管四周设有过滤层170。如图1所示，过滤层170的截面构造成梯形。在一个实施例中，过滤层170设有混凝土底座，以及处于仰拱预制块110与纵向透水管之间的碎石过滤层。过滤层170能够有效过滤隧道岩层中的杂质。在本实施例中，第一排水沟150通过排水管115与纵向透水管连通。第一排水沟150中的积水能够流通过排水管115流入纵向透水管，并通过纵向透水管排出。由此，降低积水对隧道的影响，减少了隧道基底100病害的发生，提高了隧道基底100的安全性能。

根据本发明，由仰拱预制块110与预制填充层120装配式连接的隧道基底100与围岩接触采用5-10cm的精石混凝土找平层结合注浆方式。在一个实施例中，现浇找平层采用c20混凝土材料制成。

下面简述根据本发明的隧道基底100的施工工法。

首先，开挖和清理隧道底部，且隧道底部的开挖面做精平处理，并且现浇水泥砂浆找平层。同时，在隧道底部埋设纵向透水管。待找平层的混凝土达到相应强度后，吊装放置仰拱预制块110，拼装放置三环仰拱预制块110后，将仰拱预制块与找平层之间的缝隙浇注水泥灌浆料填实。之后，进行每环预制填充层120的吊装放置。预制填充层120的安装过程如下，先在仰拱预制块110的连接面上铺设抗振垫层，然后，吊装放置隧道两侧的f型预制块130，再吊装放置门型预制块140，连接安装在两侧的f型预制块130之间，并进行紧固连接。在预制填充层120的这一安装过程中，f型预制块130通过相应的仰拱预制块110上的预埋钢筋孔和安装槽111进行定位吊装。而f型预制块130和门型预制块140吊装前，在相应的连接位置处连接安装抗振垫层。在纵向方向上，相邻的f型预制块130之间，以及相邻的门型预制块140之间均通过连接螺栓形成固定连接。由此，将三环预制填充层120适配安装到已经安装好的三环仰拱预制块110上，从而完成三环隧道基底的铺设施工。之后，重复上述各步骤，以三环为一个循环沿隧道纵向连续施工直至隧道基底100铺设完成。最后，放置预制的第一排水沟150和第二排水沟160。

根据本发明，在三环隧道基底的吊装放置过程中。待仰拱预制块110与预制填充层120拼装完成后，需要先检查仰拱预制块110与预制填充层120结构的拼装精度。若满足安装要求，再用定扭气动扳手按预定扭矩紧固所有连接螺栓，初拧扭矩为施工扭矩的50％，以保证仰拱预制块110以及榫槽紧密连接在一起。在一个实施例中，每个螺母的施工扭力矩不小于660n·m。在用机动扳手时，拧扳时间持续2s-5s。之后，通过以上方式纵向上依次铺设隧道基底。

在仰拱预制块110与预制填充层120的拼装过程中，门型预制块140的顶面与平导衬砌结构水平轴线距离、以及门型预制块140的竖直轴线与平导衬砌结构竖直轴线距离均处于±10mm的误差范围内，保证了仰拱预制块110与预制填充层120之间的顺利连接。在仰拱预制块110与预制填充层120的纵向、横向以及竖向连接处均设置抗振垫层。由此，仰拱预制块110与预制填充层120之间出现的拼装误差可通过抗振垫层调整间隙，从而实现仰拱预制块110与预制填充层120之间的拼装精度的控制，同时，实现仰拱预制块110与预制填充层120对曲线半径的拟合。在本实施例中，在抗振垫层安装时，应确保抗振垫层与相应平面的角度一致以防止仰拱预制块110以及预制填充层120出现高低不平。

根据本发明，在隧道基底100的施工过程中，在仰拱预制块110及预制填充层120的相应的位置预埋用于测量不同数据的传感器，以监测仰拱预制块110及预制填充层120结构的稳定，同时，用于检验在实际施工荷载(包括运输、吊装等实际工作情况)下隧道基底100的底部结构的承载能力。通过传感器检测的数据分析隧道基底100的状况，并采取对应的应对措施，从而能够有效降低隧道基底的病害。

根据本发明的隧道基底100，该隧道基底100采用预制件仰拱预制块110和预制填充层120装配连接而成，仰拱预制块110与预制填充层120具有相适配的连接结构，其安装连接方便，施工方便，且施工效率高。隧道基底100的支撑结构能够保证该隧道基底100具有良好的支撑性能，能够有效减少隧道病害，且隧道基底100的维护保养方便。该隧道基底还具有良好的排水性能和密封防水性能。此外，在施工过程，隧道基底100显著减少了施工污染、大大提高了施工效率和质量安全水平，并且有效节约资源，降低了施工和养护成本。

最后应说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施方案而已，并不构成对本发明的任何限制。尽管参照前述实施方案对本发明进行了详细的说明，但是对于本领域的技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。