采用预制仰拱模块的隧道的制作方法

本公开涉及隧道施工技术领域，尤其涉及一种采用预制仰拱模块的隧道。

背景技术：

随着我国的铁路建设高速发展，铁路建设已经涉及全国各个区域。在铁路建设时会受到地形限制，当遇到山区地带时需要开挖隧道，隧道施工成为铁路建设过程中必不可少的一个环节。实际施工时，隧道结构通常由上台阶、下台阶和仰拱组成。目前，隧道仰拱初支、二衬，以及仰拱回填都是通过现场绑扎钢筋，然后通过现浇混凝土的方式施做，这种方法施工工序多、机械化程度较低、质量不易控制，更重要是现浇仰拱成型及受力滞后，与隧道“早封闭”这一设计施工原则不吻合，不能有效控制已开挖段落的变形沉降，易引发初支开裂、变形、坍塌、下陷、翻浆冒泥等事故。所以在隧道施工建设时，尽快确保仰拱结构与上台阶结构和下台阶结构形成闭环，以避免隧道已开挖段落变形沉降，成为了现有技术中隧道建设继续解决的技术问题。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种采用预制仰拱模块的隧道，确保预制仰拱模块与初期支护进行稳定的连接，避免隧道已开挖段落变形沉降。

本公开提供了一种采用预制仰拱模块的隧道，包括上台阶、下台阶及仰拱，所述上台阶和所述下台阶的侧壁设置有初期支护，所述仰拱的底壁设置有仰拱垫层，所述仰拱垫层上设置有预制仰拱模块，所述预制仰拱模块的横向端部与所述初期支护的下端之间设置有连接钢架；

所述预制仰拱模块设置有预埋套筒，所述预埋套筒延伸至所述预制仰拱模块的横向端部外侧，所述预埋套筒的伸出部分开设有第一条形安装孔，所述第一条形安装孔沿横向延伸布置，所述连接钢架的内端开设有第一螺栓安装孔，所述第一螺栓安装孔及所述第一条形安装孔配合连接有紧固螺栓，所述初期支护的下端外侧设置有支撑钢板，所述支撑钢板沿纵向延伸布置，所述连接钢架的外端设置有与所述支撑钢板连接的连接钢板，所述支撑钢板开设有第二条形安装孔，所述第二条形安装孔沿竖向延伸布置，所述连接钢板开设有第二螺栓安装孔，所述第二螺栓安装孔及所述第二条形安装孔配合连接有紧固螺栓。

可选的，所述连接钢板上设置有加强块。

可选的，所述仰拱的底壁开设有凹槽，所述凹槽沿纵向延伸布置，所述预制仰拱模块的底部设置有与所述凹槽配合的凸块。

可选的，还包括钢架限位件，所述钢架限位件呈u型板状，所述钢架限位件敞口朝下与所述连接钢架配合，所述钢架限位件的两端延伸设置有翻边，所述翻边与所述仰拱的底壁之间设置有固定锚杆。

可选的，所述翻边上开设有安装孔，所述固定锚杆包括同轴配合的外中空杆和内中空杆，所述外中空杆与所述安装孔配合，所述外中空杆的下端设置有楔缝式端头，所述内中空杆的下端设置有与所述楔缝式端头的内壁配合的楔形端头，所述外中空杆的上端设置有垫板，所述内中空杆的上端设置有紧固螺母，所述外中空杆的外周镀有玻璃纤维，所述外中空杆的外周还设置有水泥砂浆卷。

可选的，相邻的所述连接钢架之间设置有纵向加强梁。

可选的，所述预制仰拱模块的横向端部设置有卯榫凸起结构。

可选的，所述初期支护的内侧设置有二次衬砌，所述预制仰拱模块设置有预埋钢筋，所述预埋钢筋延伸至所述预制仰拱模块的横向端部外侧，所述预埋钢筋的伸出部分与所述二次衬砌的钢筋骨架连接。

可选的，所述预制仰拱模块开设有减重孔。

可选的，所述预制仰拱模块还开设有与所述减重孔连通的浇注孔。

本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：使得连接钢架更加紧固的支撑于初期支护与预制仰拱模块之间，最终再对连接钢架与预埋套筒之间的紧固螺栓进行再次紧固并将两者进行焊接、连接钢板与支撑钢板之间的紧固螺栓进行再次紧固并将两者进行焊接，如此确保预制仰拱模块与初期支护进行稳定的连接，避免连接钢架安装不紧固导致初期支护因围岩压力而向内侧变形，本申请将传统隧道施工中的仰拱填充替换为预制仰拱模块，如此可以确保隧道周圈的支护快速构成闭环，避免隧道已开挖段落变形沉降，提高隧道结构稳定性和施工进度。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开实施例提供的隧道的示意图；

图2为预制仰拱模块的安装主视图；

图3为预制仰拱模块的安装俯视图；

图4为图2的局部放大图；

图5为预埋套筒与连接钢架的示意图；

图6为支撑钢板与连接钢板的示意图；

图7为连接钢架与钢架限位件的示意图；

图8为固定锚杆的示意图。

其中，1、上台阶；2、下台阶；3、仰拱；4、初期支护；5、仰拱垫层；6、凹槽；7、预制仰拱模块；71、减重孔；8、凸块；9、连接钢架；91、第一螺栓安装孔；10、预埋套筒；101、第一条形安装孔；11、支撑钢板；111、第二条形安装孔；12、连接钢板；121、第二螺栓安装孔；122、加强块；13、钢架限位件；131、翻边；132、安装孔；14、固定锚杆；141、外中空杆；142、楔缝式端头；143、内中空杆；144、楔形端头；145、紧固螺母；146、垫板；147、水泥砂浆卷；15、纵向加强梁；16、卯榫凸起结构；17、二次衬砌；18、预埋钢筋。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1至图8所示，本公开提供的一种采用预制仰拱模块的隧道，包括上台阶1、下台阶2及仰拱3，上台阶1和下台阶2的侧壁设置有初期支护4，仰拱3的底壁设置有仰拱垫层5，仰拱垫层5上设置有预制仰拱模块7，预制仰拱模块7的横向端部与初期支护4的下端之间设置有连接钢架9；

预制仰拱模块7设置有预埋套筒10，预埋套筒10延伸至预制仰拱模块7的横向端部外侧，预埋套筒10的伸出部分开设有第一条形安装孔101，第一条形安装孔101沿横向延伸布置，连接钢架9的内端开设有第一螺栓安装孔91，第一螺栓安装孔91及第一条形安装孔101配合连接有紧固螺栓，初期支护4的下端外侧设置有支撑钢板11，支撑钢板11沿纵向延伸布置，连接钢架9的外端设置有与支撑钢板11连接的连接钢板12，支撑钢板11开设有第二条形安装孔111，第二条形安装孔111沿竖向延伸布置，连接钢板12开设有第二螺栓安装孔121，第二螺栓安装孔121及第二条形安装孔111配合连接有紧固螺栓。

与现有技术相比，本申请将传统隧道施工中的仰拱填充替换为预制仰拱模块7，如此可以确保隧道周圈的支护快速构成闭环，避免隧道已开挖段落变形沉降，提高隧道结构稳定性和施工进度。

具体实施时，采用台阶开挖法或全断面开挖法开挖隧道，开挖的隧道自上而下分为上台阶1、下台阶2及仰拱3，对上台阶1及下台阶2的侧壁施作初期支护4，对仰拱3的底壁施作仰拱垫层5，通过运输设备将预制仰拱模块7吊装至隧道内待安装位置，先将连接钢架9插置入预埋套筒10内；

随后调节连接钢架9使其更加匹配的安装于初期支护4与预制仰拱模块7之间，采用紧固螺栓提供预紧力通过第一螺栓安装孔91及第一条形安装孔101将连接钢架9与预埋套筒10连接，采用紧固螺栓提供预紧力通过第二螺栓安装孔121及第二条形安装孔111将连接钢板12与支撑钢板11连接；

初期支护4的下端向下呈收缩状，且初期支护4的下端呈斜面或弧面状，向下冲击连接钢板12挤压初期支护4，可使得连接钢架9更加紧固的支撑于初期支护4与预制仰拱模块7之间，最终再对连接钢架9与预埋套筒10之间的紧固螺栓进行再次紧固并将两者进行焊接、连接钢板12与支撑钢板11之间的紧固螺栓进行再次紧固并将两者进行焊接，如此确保预制仰拱模块7与初期支护4进行稳定的连接，避免连接钢架9安装不紧固导致初期支护4因围岩压力而向内侧变形。

其中第一条形安装孔101及第二条形安装孔111的设置便于连接钢架9的位置调整，使得连接钢架9调整至合适的受力安装位置，以确保预制仰拱模块7与初期支护4形成稳定的闭环支护结构。

在一些实施例中，如图2、图4和图6所示，连接钢板12上设置有加强块122。

连接钢板12上设置的加强块122作为受力点，冲击装置对加强块122施力，以使得连接钢架9下沉，连接钢架9提供一定的张力支撑于预制仰拱模块7与初期支护4之间，确保隧道支护结构稳定。

在一些实施例中，如图1和图2所示，仰拱3的底壁开设有凹槽6，凹槽6沿纵向延伸布置，预制仰拱模块7的底部设置有与凹槽6配合的凸块8。

预制仰拱模块7布置于仰拱3的底壁之后，在围岩压力的作用下，初期支护4及连接钢架9还是有可能发生变形，此时预制仰拱模块7可能会发生位置偏移，上述方案设置凹槽6与凸块8进行配合，确保了预制仰拱模块7的稳定性。

在一些实施例中，如图7所示，还包括钢架限位件13，钢架限位件13呈u型板状，钢架限位件13敞口朝下与连接钢架9配合，钢架限位件13的两端延伸设置有翻边131，翻边131与仰拱3的底壁之间设置有固定锚杆14。

设置钢架限位件13进一步的确保连接钢架9的稳定性，通过固定锚杆14与仰拱3的底壁连接，提高连接钢架9的受力载荷，提高隧道支护稳定性。

在一些实施例中，如图8所示，翻边131上开设有安装孔132，固定锚杆14包括同轴配合的外中空杆141和内中空杆143，外中空杆141与安装孔132配合，外中空杆141的下端设置有楔缝式端头142，内中空杆143的下端设置有与楔缝式端头142的内壁配合的楔形端头144，外中空杆141的上端设置有垫板146，内中空杆143的上端设置有紧固螺母145，外中空杆141的外周镀有玻璃纤维，外中空杆141的外周还设置有水泥砂浆卷147。

在仰拱3的底壁对应翻边131的位置进行钻孔，将固定锚杆14穿过安装孔132放入钻孔，垫板146紧贴在翻边131上，旋紧紧固螺母145，外中空杆141在钻孔内保持不动，内中空杆143的上端被拉出，楔形端头144相对楔缝式端头142的内壁滑动，楔缝式端头142涨开并与钻孔内壁紧固连接，随后通过内中空杆143的上端高压注浆，水泥浆自楔形端头144流出填充整个钻孔，水泥砂浆卷147遇水泥浆中的水分而膨胀与钻孔内壁紧固连接，通过固定锚杆14、安装孔132及钻孔的配合，实现钢架限位件13及连接钢架9的固定。

在一些实施例中，如图3所示，相邻的连接钢架9之间设置有纵向加强梁15。

纵向加强梁15布置于连接钢架9之间，加强了连接钢架9在纵向的抗变形能力，在纵向上使得初期支护4及连接钢架9形成整体的受力结构，进一步的提升隧道支护的结构强度。

在一些实施例中，如图2和图4所示，预制仰拱模块7的横向端部设置有卯榫凸起结构16。

隧道二次衬砌17在进行浇注成型时与卯榫凸起结构16构成卡嵌配合，提高隧道二次衬砌17与预制仰拱模块7的结合程度，确保了隧道支护结构的整体闭合成环，提高整体结构强度。

在一些实施例中，如图2和图4所示，初期支护4的内侧设置有二次衬砌17，预制仰拱模块7设置有预埋钢筋18，预埋钢筋18延伸至预制仰拱模块7的横向端部外侧，预埋钢筋18的伸出部分与二次衬砌17的钢筋骨架连接。

预埋钢筋18与二次衬砌17的钢筋骨架绑扎在一起，二次衬砌17在浇注成型时与预制仰拱模块7的横向端部结合稳定，确保了隧道支护结构的整体闭合成环，提高整体结构强度。

在一些实施例中，如图2所示，预制仰拱模块7开设有减重孔71。在保证预制仰拱模块7结构强度的同时，在其内腔开设减重孔71，便于进行吊装运输；同时预制仰拱模块7还开设有与减重孔71连通的浇注孔，如若想进一步的确保预制仰拱模块7的结构稳定性，可在预制仰拱模块7安装固定后，通过浇注孔对减重孔71浇注混凝土，使得预制仰拱模块7。

本公开的其中一实施例的具体工作过程如下：

a、开挖隧道，开挖的隧道自上而下分为上台阶1、下台阶2及仰拱3，在开挖仰拱3时，在仰拱3的底壁沿纵向开挖凹槽6，对上台阶1及下台阶2的侧壁施作初期支护4，对仰拱3的底壁施作仰拱垫层5；

b、通过运输设备将预制仰拱模块7吊装至仰拱3上的待安装位置，在吊装预制仰拱模块7时，将预制仰拱模块7底部的凸块8与凹槽6配合，将连接钢架9内端插置入预埋套筒10内，将连接钢架9外端的连接钢板12与初期支护4下端的支撑钢板11对齐；

c、采用紧固螺栓提供预紧力通过第一螺栓安装孔91及第一条形安装孔101将连接钢架9与预埋套筒10连接，采用紧固螺栓提供预紧力通过第二螺栓安装孔121及第二条形安装孔111将连接钢板12与支撑钢板11连接；

d、采用冲击装置施加冲击力向下冲击连接钢板12上设置的加强块122以使得连接钢架9下沉，支撑于初期支护4与预制仰拱模块7之间；

e、对第一螺栓安装孔91及第一条形安装孔101之间的紧固螺栓进行紧固，对第二螺栓安装孔121及第二条形安装孔111之间的紧固螺栓进行紧固，将连接钢架9与预埋套筒10焊接，将连接钢板12与支撑钢板11焊接，最终完成预制仰拱模块7与初期支护4的连接；

f、将u型板状的钢架限位件13敞口朝下与连接钢架9配合，将固定锚杆14穿过钢架限位件13的翻边131与仰拱3的底壁连接；

g、在相邻的连接钢架9之间焊接纵向加强梁15；

h、在初期支护4的内侧绑扎钢筋骨架，将预制仰拱模块7的横向端部外侧的预埋钢筋18与钢筋骨架连接，随后设置侧模浇注混凝土成型二次衬砌17，二次衬砌17与预制仰拱模块7的横向端部外侧的卯榫凸起结构16配合；

i、通过预制仰拱模块7上的浇注孔浇注混凝土，将预制仰拱模块7上的减重孔71填充密实。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。