一种装配式让压型隧道初期支护结构与施工方法与流程

本发明涉及隧道施工领域，具体涉及一种装配式让压型隧道的初期支护结构以及采用该种结构进行施工的方法。

背景技术：

我国交通、水电、综合管廊等基础设施建设规模大、数量多、速度快，潜力巨大。隧道工程作为穿山越岭的有效方式被广泛采用。目前，山岭隧道主要采用复合式衬砌结构，即按照初期支护、防水板和二次衬砌的施工顺序结构，该结构的初期支护往往由喷射混凝土和钢架等组成，可以较好的适应普通地层。

然而初期采用喷射混凝土进行初期支护时，首先混凝土的采料和拌制受地形和天气影响较大，施工组织不能及时为隧道的初期支护需要提供喷射混凝土，因此不能及时地对进尺开挖的隧道提供支护，并且喷射混凝土施工速度慢，尤其当喷射厚度较大时，初凝和终凝过程时间较长，导致初期支护效果较差，当对于特殊地层，如膨胀地层、软弱地层，开挖后变形较大，变形时所产生的围岩压力较大，因此传统的此类支护结构不能及时地对这些特殊地层的隧道开挖形成有效地初期支护。

隧道施工用的盾构机可以实现对隧道开挖及时的初期支护，然而出于施工成本考虑，并且采用盾构机施工时对地质条件的要求非常高，采用盾构机施工的隧道一般设计长度较长，随着生产生活中对交通的大力建设，长度较小的小型隧道越来越多地出现在施工设计中，因此急需一种对隧道开挖初期可以快速进行支护的初期支护结构。

技术实现要素：

一、解决的技术问题

本发明针对现有技术的不足，推出一种隧道的初期支护结构以及采用该支护结构进行施工的方法，以解决传统隧道的初期支护不能及时起到支护效果的缺陷。

二、具体技术方案

实现原理：一种装配式让压型隧道初期支护结构，包括有装配单元和止水部，所述装配单元和所述止水部交替设置形成支护隧道开挖面的拱形结构，相邻的所述装配单元之间机械连接且挤密所述止水部。

工作原理：对施工隧道采用边开挖边支护的方式进行初期支护，根据隧道开挖形成的隧道边墙开挖面、隧道拱顶开挖面尺寸、半径参数，确定需要的所述装配单元的数量及每块所述装配单元的曲率半径，之后借助施工机械和支撑模板将所述装配单元支撑安装在隧道开挖形成的边墙开挖面、拱顶开挖面上，在安装完成每一块所述装配单元之后需要在该块装配单元侧边安装所述止水部，并固定该块所述止水部，之后紧贴该块止水部安装下一个所述装配单元，并将相邻的两个所述装配单元之间进行机械连接，此时所述止水部与所述装配单元之间紧密连接，以此循环完成对隧道的边墙开挖面、拱顶开挖面的初期闭合支护。

本发明所述的装配单元结构简单，采用机械连接相邻的所述装配单元，操作快捷、方便，对隧道的初期支护施工不受地形和天气的影响，可以及时、快速地完成对隧道开挖的初期支护，减小了隧道围岩的变形情况，大大提高了施工质量和施工安全。

作为优选：每块所述装配单元上粘结有一块让压单元，该让压单元安装于所述装配单元与隧道开挖面之间。

隧道开挖面往往是凸凹不平的，因此采用所述让压单元进行安装，在安装时借助施工机械顶紧每一块所述装配单元，使得安装的该块装配单元上的所述让压单元被压缩，在所述让压单元被压缩的情况下，不仅可以保证将每一块所述装配单元安装至设计的安装标高，最主要的是被压缩的每一块所述让压单元能够与隧道的开挖面全面紧密相接，保证了每一块所述装配单元与该块装配单元上的所述让压单元均匀受力，因此可以保证隧道围岩产生的压力更加均匀地施加在每一块所述装配单元上，将每一块所述装配单元的持力性能最大化，减少了每一块所述装配单元受力变形的现象，提高对隧道进行初期支护的安全系数。

作为优选：所述让压单元为大行程可压缩材料。可以视现场隧道围岩开挖面的不平整情况，制作不同厚度、不同曲率的所述让压单元，大行程可压缩材料具有强度可变、良好的塑性变形能力及减震效果好的优点，避免了传统注浆步骤，并且在一定的预定压力作用下，大行程可压缩材料产生一定的变形，可以将隧道围岩的压力更加均匀地传递到所述装配单元上，最大限度地发挥所述装配单元的持力性能，适应对不平整隧道围岩开挖面的初期安装支护要求。

作为优选：所述装配单元两侧分别设置有连接部，该连接部上开有两个螺栓孔，该螺栓孔适配有高强度紧固螺栓。采用螺栓连接方式对相邻的所述装配单元进行连接，一方面可以提供一种较为稳固的连接方式，另一方面可以提高对所述装配单元的安装效率，对隧道的开挖面进行及时支护。

作为优选：所述装配单元为大刚度双曲拱板。结构方面采用双曲拱结构，与同质量材料所制作的板式结构相比，其抗弯、抗压性能是板式结构的数倍以上。因此用在此处可以更好地抵抗隧道围岩对所述装配单元形成的围岩压力，提高了所述装配单元的抗变形能力，可以大幅度提高用于隧道初期支护的安全和稳定性。

作为优选：所述止水部为橡胶止水带，橡胶止水带质量较轻方便安装，橡胶止水带具有一定的变形能力，在相邻的所述装配单元进行机械连接时挤压所述橡胶止水带，可以使橡胶止水带更加紧密地填充在相邻的所述装配单元之间，可以起到更好的止水作用，并且采用橡胶止水带，可以起到一定的抗腐蚀作用，可以提高对隧道进行初期支护的防护效果。

一种装配式让压型隧道初期支护结构的施工方法：

步骤一：隧道的边墙开挖面、拱顶开挖面均由装配单元及粘结在该装配单元上的让压单元、止水部进行拼装完成初期支护，根据隧道施工图设计纵向不同位置处的隧道内轮廓横断面尺寸、半径等参数，确定将隧道横断面进行闭合支护的所述装配单元、让压单元的数量和止水部的数量，并确定每一块所述装配单元及粘结在该块装配单元上的让压单元的曲率半径、安装位置和设计安装标高；

步骤二：工厂预制所述装配单元和让压单元，并将预制完成的每一块所述让压单元一一对应粘结在每一块所述装配单元上，并采用一定的压力预压粘结在所述装配单元上的所述让压单元，保证每一块所述装配单元与每一块所述让压单元之间固定牢固；

步骤三：按照隧道的边墙开挖面、拱顶开挖面从下向上的顺序安装粘结有所述让压单元的所述装配单元，并安装止水部，在安装时，将每一块所述装配单元上的所述让压单元贴紧隧道的边墙开挖面、拱顶开挖面，借助施工机械顶紧预压所述让压单元使得所述让压单元压缩变形，最终使得每一块所述装配单元处于标高位置，在安装完成每一块粘结有所述让压单元的所述装配单元并校核标高之后，需要在安装完成的该块所述装配单元一侧安装所述止水部，之后在安装完成的该块止水部侧边安装下一块带有所述让压单元的所述装配单元，并将相邻的所述装配单元之间机械连接，以此交替安装，直到将粘结有所述让压单元的所述装配单元、止水部将隧道的边墙开挖面、拱顶开挖面密闭支护成环；

步骤四：按照施工顺序重复以上步骤，进入隧道下一个相邻隧道边墙开挖面、拱顶开挖面的施工，直至隧道贯通。

所述装配单元、让压单元全部可以在工厂预制，也可以分别制造，现场组装，对于单掌子面隧道这种循环作业工程，可以大幅度降低隧道初期支护结构施工所占用的时间，显著提高对隧道初期支护的施工速度。而且现场安装不需要喷射混凝土，可以明显改善隧道开挖掌子面的作业环境，降低所需风量，节约成本。现场安装可以采用施工机械施工，速度快、效率高，对施工作业人员需求少，安全系数大、风险小，符合当前绿色、环保建造技术主流。

本发明的有益效果为：

1、设置所述装配单元，所述装配单元、让压单元全部可以在工厂预制，现场组装，可以大幅度降低隧道初期支护结构施工所占用的时间，避免了传统采用喷射混凝土层、防水层和二衬混凝土模注层施工，提高了隧道初期支护的施工效率，因此提高了隧道初期支护抵抗隧道围岩的变形能力，大幅度提高了施工安全。

2、承载能力方面采用双曲拱为主抵抗隧道围岩变形，与同质量制作的板式结构相比，采用双曲拱形式其抗弯、抗压能力是板式结构的数倍以上，因此进一步提高了抵抗隧道围岩的变形能力，提高了对隧道围岩进行初期支护的支护强度。

3、采用所述让压单元，在一定的预定压力作用下，该让压单元可以发生较大变形，用来适应开挖面的不平整度，从而使所述装配单元尽快受力，避免了注浆等步骤。被压缩之后的所述让压单元与隧道开挖面挤密接触，且所述让压单元与所述装配单元之间处于完全密贴粘结状态，因此所述让压单元可以更加均匀地将隧道围岩的压力传递到每一块所述装配单元上，可以良好的转移和分配围岩压力。

4、本发明结构简单，施工之前可以在工厂进行预制、拼装，施工不受地形和天气影响，安装施工作业快，对施工人员需求较少，最主要的是可以及时对隧道的开挖面进行初期支护，提高对隧道初期支护的支护效率和支护强度。

附图说明

图1为装配单元、让压单元粘结结构示意图；

图2为装配单元、让压单元、止水部在隧道围岩开挖面的装配示意图；

图3为图2中a处放大示意图。

附图标记说明：1装配单元，2止水部，3让压单元，4连接部，5螺栓孔，6高强度紧固螺栓，7围岩。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图2所示：一种装配式让压型隧道初期支护结构，由装配单元1和止水部2组成，所述装配单元1和所述止水部2交替设置形成支护隧道开挖面的拱形结构，相邻的所述装配单元1之间机械连接且挤密所述止水部2。所述装配单元1为大刚度双曲拱板，该装配单元1两侧分别设置有连接部4，该连接部4与所述装配单元1一体成形，保证了所述连接部4与所述装配单元1连接的整体性，同时保证了所述连接部4与所述装配单元1的整体强度和稳定性，所述连接部4上开有两个螺栓孔5，所述螺栓孔5适配有高强度紧固螺栓6。相邻的所述装配单元1之间通过所述连接部4及该连接部4上的两个螺栓孔5、高强度紧固螺栓6进行连接，采用所述高强度紧固螺栓6进行机械连接的方式，一方面可以提高安装效率，另一方面可以提高相邻的所述装配单元1之间的连接强度。每块所述装配单元1上粘结有一块让压单元3，该让压单元3安装于所述装配单元1与隧道开挖面之间，所述让压单元3为大行程可压缩材料，该让压单元3具体为轻质泡沫混凝土。所述止水部2为遇水膨胀的梯形橡胶止水带。

一种装配式让压型隧道初期支护结构的施工方法：

步骤一：隧道的边墙开挖面、拱顶开挖面均由装配单元1及粘结在该装配单元1上的让压单元3、止水部2进行拼装完成初期支护，根据隧道施工图设计纵向不同位置处的隧道内轮廓横断面尺寸、半径等参数，确定将隧道横断面进行闭合支护的所述装配单元1、让压单元3的数量和止水部2的数量，并确定每一块所述装配单元1及粘结在该块装配单元1上的让压单元3的曲率半径、安装位置和设计安装标高；

步骤二：工厂预制所述装配单元1和让压单元3，并将预制完成的每一块所述让压单元3一一对应粘结在每一块所述装配单元1上，并采用一定的压力预压粘结在所述装配单元1上的所述让压单元3，保证每一块所述装配单元1与每一块所述让压单元3之间固定牢固；

步骤三：按照隧道的边墙开挖面、拱顶开挖面从下向上的顺序安装粘结有所述让压单元3的所述装配单元1，并安装止水部2，在安装时，将每一块所述装配单元1上的所述让压单元3贴紧隧道的边墙开挖面、拱顶开挖面，借助施工机械顶紧预压所述让压单元3使得所述让压单元3压缩变形，最终使得每一块所述装配单元1处于标高位置，在安装完成每一块粘结有所述让压单元3的所述装配单元1并校核标高之后，需要在安装完成的该块所述装配单元1一侧安装所述止水部2，之后在安装完成的该块止水部2侧边安装下一块带有所述让压单元3的所述装配单元1，并将相邻的所述装配单元1之间机械连接，以此交替安装，直到将粘结有所述让压单元3的所述装配单元1、止水部2将隧道的边墙开挖面、拱顶开挖面密闭支护成环；

步骤四：按照施工顺序重复以上步骤，进入隧道下一个相邻隧道边墙开挖面、拱顶开挖面的施工，直至隧道贯通。

工作原理：根据隧道设计开挖的横断面尺寸，确定隧道中每个横断面所需要的所述装配单元1数量及与所述装配单元1相匹配的所述让压单元3的数量，并确定每块所述装配单元1及该块装配单元1上的所述让压单元3的尺寸和曲率半径；根据确定的每一块所述装配单元1和对应的每一块所述让压单元3的尺寸和曲率半径在工厂进行预制，所述装配单元1采用双曲拱钢材制作，借助模板在每一块所述装配单元1上浇筑预制所述让压单元3，此时每一块所述装配单元1将与该块上的所述让压单元3紧密粘结形成一个整体；之后借助施工机械按照在隧道内从下到上的安装顺序安装所述装配单元1，安装时将所述让压单元3密贴隧道的边墙开挖面、拱顶开挖面，并对安装在隧道的边墙开挖面、拱顶开挖面上的每一块所述装配单元1进行预压，此时该块装配单元1上的所述让压单元3将被压缩产生一定变形，并调整所述装配单元1至设计标高；之后安装梯形橡胶止水带，将梯形橡胶止水带安装在所述连接部4的侧边，梯形橡胶止水带上开有两个通孔，用于穿设所述高强度紧固螺栓6；之后在安装的梯形橡胶止水带侧边安装下一个所述装配单元1，并且借助所述连接部4、设于该连接部4上的螺栓孔5、设于所述梯形橡胶止水带上的通孔，将所述高强度紧固螺栓6穿设在所述螺栓孔5、梯形橡胶止水带上的通孔内并螺纹连接，此时完成对相邻的所述装配单元1进行紧固连接。之后以同样的安装方法对粘结有所述让压单元3的所述装配单元1和所述止水部2进行交替安装，并将隧道的边墙开挖面、拱顶开挖面覆盖密闭成环。

尽管已示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求限定为准。