一种适用于软弱围岩隧道的环保耐久型单层衬砌结构的制作方法

本发明涉及隧道工程支护技术领域，具体涉及一种适用于软弱围岩隧道的环保耐久型单层衬砌结构。

背景技术：

近年来随着我国基础设施建设的迅猛发展，在修建公路、铁路、水利等工程中修建的隧道工程也随之增多。隧道工程施工过程中的复杂性及风险性对隧道工程衬砌结构的安全性及实用性提出了更高的要求。

隧道衬砌是指在隧道开挖后，为防止围岩的变形或坍塌，在隧道周边用钢筋混凝土等材料修建形成的永久性支护结构。目前工程中采用较多的是复合式衬砌，即采用内外两层先后施作、两层之间铺设防水层的隧道衬砌。采用复合式衬砌对衬砌受力非常有利，围岩在外层柔性支护条件下可产生一定的可控变形，变形基本稳定后再施作内层衬砌，对原先外层支护产生径向力，使其处于三维受力状态，有利于隧道衬砌结构的稳定；但是采用此种衬砌，施工工序较多，施工过程复杂，施工耗材多，工程造价较高。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种适用于软弱围岩隧道的环保耐久型单层衬砌结构，旨在保证衬砌结构满足受力情况合理，荷载分布均匀，具有一定抵抗变形的能力的同时，具有施工工艺简单，节约施工建材，使用寿命长，低碳环保，工程造价低的特点。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种适用于软弱围岩隧道的环保耐久型单层衬砌结构，开挖后的软弱围岩隧道内壁面上依次设置有掺有玄武岩纤维喷射的混凝土，由玄武岩纤维制成的波纹板组成的单层衬砌，从外向岩层内打设的若干锚杆，钢筋网以及喷射在钢筋网上的掺有玄武岩纤维的外层混凝土；上述波纹板制成的单层衬砌结构为：波纹板的外侧波纹凹陷处设置排水管，波纹板外表面上铺设有无纺布，且该波纹凹陷处的空隙处填充有过滤材质；上述与隧道内壁混凝土吻合的环形波纹板由多块波纹板连接而成，相邻波纹板之间的重叠部位上采用螺栓固定连接。

所述锚杆采用玄武岩纤维锚杆；锚杆布置形式为梅花形布置，或根据实际支护情况采取其他布置形式。

所述钢筋网采用玄武岩纤维钢筋制作成的钢筋网。

所述波纹板技术参数为：壁厚t为4.0～12.0mm，波距l为125、200、300、380、400mm，波高d为25、55、110、140、150mm，镀锌厚度均≥84μm。

所述隧道形状为马蹄形隧道，所述波纹板由对应于半圆弧顶拱，两个边拱以及一个底拱的四段管节组成，每个管节由一个波纹板卷制而成。

所述相邻两块波纹板之间的重叠部位除了采用螺栓固定连接外，还采用垫板和螺栓连接。

本发明的另一目的是提供上述衬砌结构的施工方法。

一种适用于软弱围岩隧道的环保耐久型单层衬砌结构的施工方法，步骤如下：

（1）开挖软弱围岩隧道后，及时喷射一层掺有玄武岩纤维的混凝土；

（2）拼接波纹板前，先在波纹凹陷处设置排水管，外围填充过滤材质，最后铺设一层无纺布，形成排水系统；

（3）拼接波纹板成环，波纹板的拼接根据实际隧道断面形状而选定，马蹄形隧道的波纹板分四块拼接，即由对应于半圆顶拱、两个边拱和一个底拱的四个管节拼接，纵向拼接长度1.5~2m，波纹板技术参数选取壁厚10.0mm，波距300mm，波高110mm；

（4）波纹板拼接完成后，紧跟施作玄武岩锚杆，锚杆采用梅花形布置，或根据不同情况采用其他布置形式，保护加固围岩；

（5）铺设玄武岩钢筋网，钢筋网片可现场预制，网片规格可根据不同隧道支护类型而定；

（6）紧跟喷射混凝土，喷射混凝土前掺入一定含量的玄武岩纤维，分层喷射至设计厚度，以保证混凝土强度，减小回弹量，进一步加固软弱围岩，形成隧道衬砌内层。

本发明提出了采用波纹板+玄武岩锚杆+玄武岩钢筋网+喷射掺有玄武岩纤维的混凝土形成的结构作为隧道单层衬砌，形成的单层衬砌结构受力均匀，具有一定的抵抗变形的能力，施工工艺简单，施工工期短，采用新型玄武岩纤维材料，减少施工造成的污染，减少后期养护成本，使用寿命长，经济效益和环保效益显著，可广泛应用于各种软弱围岩隧道衬砌结构的工程中。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明所涉及的一种适用于软弱围岩隧道的环保耐久型单层衬砌结构，采用此技术形成的单层衬砌结构受力均匀，具有一定的抵抗变形的能力，施工工艺简单，施工工期短，减少施工污染，低碳环保，广泛应用于各种软弱围岩隧道衬砌结构的工程中。

2、本发明采用的玄武岩锚杆（用高性能树脂为基础材料，玄武岩纤维为增强材料、经拉挤工艺复合成型），相比普通锚杆具有更高的抗拉强度，耐高温，耐腐蚀，防水隔热，制作工艺环保。

3、本发明所采用的钢筋网采用含玄武岩纤维的钢筋（以高强玻璃纤维、玄武岩纤维为增强材料、合成树脂及辅助剂为基础材料，经拉挤牵引成型的一种新型复合材料），与现有的钢筋相比，其抗拉强度、弹性模量高，延展性较好，同时又具有抗腐蚀、抗疲劳、质量轻等的特点。

4、本发明所喷射的玄武岩纤维混凝土，改善了混凝土的粘聚性和稳定性，提高了混凝土的抗冲击性、抗渗性、抗冻融循环能力，在工程中起到加固补强、延长使用寿命的作用。

5、本发明所采用的波纹板形成的单层衬砌，波纹板可进行提前预制，生产周期短，现场安装方便，具有较高强度、抵抗变形效果显著，防水效果好，减少后期运营养护成本，使用寿命长，针对不同的软弱围岩隧道具有较强的适应能力，经济效益、环保效益显著，应用前景广。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明所涉及的技术方案进行说明：

图1为本发明涉及的隧道环保耐久型单层衬砌结构横断面示意图。

图2为本发明涉及的隧道环保耐久型单层衬砌结构的纵断面示意图。

图3为本发明涉及的波纹板纵断面示意图。

图4为本发明涉及的波纹板示意图。

图5为本发明涉及的单层衬砌结构排水管局部放大示意图。

图6为本发明涉及的波纹板横向拼接示意图。

图7为本发明涉及的波纹板纵向拼接示意图。

具体实施方式

下面结合实例对本发明的具体实施方式做进一步说明。

本发明所述的一种适用于软弱围岩隧道的环保耐久型单层衬砌结构如图1所示，其中包括软弱围岩隧道1、（玄武岩）锚杆2、（玄武岩）钢筋网3、（掺有玄武岩纤维的）喷射混凝土4a、外层混凝土4、波纹板制成的单层衬砌5、排水管6、无纺布7、过滤材质8、螺栓9、垫板和螺栓10。

图1、图5示出，一种适用于软弱围岩隧道的环保耐久型单层衬砌结构，开挖后的软弱围岩隧道1内壁面上依次设置有掺有玄武岩纤维喷射的混凝土4a，由玄武岩纤维制成的波纹板组成的单层衬砌5，从外向岩层内打设的若干锚杆2，钢筋网3以及喷射在钢筋网3上的掺有玄武岩纤维的外层混凝土4；上述波纹板制成的单层衬砌5结构为：波纹板的外侧波纹凹陷处设置排水管6，波纹板外表面上铺设有无纺布7，且该波纹凹陷处的空隙处填充有过滤材质8；上述与隧道1内壁混凝土4a吻合的环形波纹板由多块波纹板连接而成，相邻波纹板之间的重叠部位上采用螺栓9固定连接（参见图2、图3、图4、图6、图7）。

锚杆2采用玄武岩纤维锚杆；锚杆2布置形式为梅花形布置，或根据实际支护情况采取其他布置形式。

钢筋网3采用玄武岩纤维钢筋制作成的钢筋网。

波纹板技术参数为：壁厚t为4.0～12.0mm，波距l为125、200、300、380、400mm，波高d为25、55、110、140、150mm，镀锌厚度均≥84μm。

隧道1形状为马蹄形隧道（断面的周边由4个圆弧组成，洞顶为半圆拱，两侧接曲率半径较大的边拱，洞底为向上仰的底拱边拱与底拱的连接处用圆弧修圆），所述波纹板由对应于半圆弧顶拱，两个边拱以及一个底拱的四段管节组成，每个管节由一个波纹板卷制而成。

相邻两块波纹板之间的重叠部位除了采用螺栓固定连接外，还采用垫板和螺栓10连接。

step1、开挖软弱围岩隧道后，及时喷射一层掺有玄武岩纤维的混凝土；

step2、拼接波纹板前，先在波纹凹陷处设置排水管，外围填充过滤材质，最后铺设一层无纺布，形成排水系统；

step3、拼接波纹板成环，波纹板的拼接可根据实际隧道断面形状而选定，本发明以马蹄形隧道断面为例，波纹板分四块拼接，纵向拼接长度1.5~2m，波纹板技术参数选取壁厚10.0mm，波距300mm，波高110mm；

step4、波纹板拼接完成后，紧跟施作玄武岩锚杆，锚杆可采用梅花形布置，也可以根据不同情况采用其他布置形式，保护加固围岩；

step5、铺设玄武岩钢筋网，钢筋网片可现场预制，网片规格可根据不同隧道支护类型而定；

step6、紧跟喷射混凝土，喷射混凝土前掺入一定含量的玄武岩纤维，分层喷射至设计厚度，以保证混凝土强度，减小回弹量，进一步加固软弱围岩，形成隧道衬砌内层；

step7、通过上述施工步骤形成了以锚喷支护+波纹板拼接而成的环保耐久型单层隧道衬砌结构，受力情况合理，荷载分布均匀，具有一定抵抗变形的能力，使用寿命长，低碳环保，施工成本低，对于软弱围岩隧道工程中具有较强的适应能力，应用前景广阔。

上述实施例所述仅仅是对本发明的优选实施方式，并不构成对本发明的限制，应当指出，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都应受到专利法的保护。