隧道拱架及其施工方法与流程

本发明涉及隧道工程复合式衬砌施工技术领域，具体涉及一种隧道拱架及其施工方法。

背景技术：

随着我国道路交通建设规模不断扩大、速度不断提升的背景下,隧道工程已经成为其中一项十分重要的施工环节,在隧道施工过程中,需要利用钢拱架对隧道进行初期支护,这样可确保施工的安全性和稳定性,因此必须要保证钢拱架的强度。

传统的钢拱架具有两种结构,一种是半圆形钢拱架,另一种是圆拱直墙钢拱架。圆拱直墙钢拱架一般是由三块钢支架组合组成的,即顶部半圆形支架,两侧垂直的边墙支架。顶部支架和边墙支架的规格不同,即:弯曲半径、长度不相同。在生产时会出现型钢原料与变形错配现象,使材料浪费、工期延长、人员工作量增加。也会出现拼接后长度不够的问题，支护效果降低的问题。顶部支架和边墙支架的规格不同,需要的存储、运输设备多,使工作场地占地大、现场凌乱。半圆形钢拱架,大多是一体成型的,或多块型钢变形成后拼接组成。一体成型的钢拱架制作比较复杂,而且存储和运送难度较高,拼接时需要专用的设备运输及架设。而拼接式钢拱架会出现相邻拱支架因拱支架弧度不够、垂直度不够而造成的拱架拼接不紧密,使支护效果降低的问题。

以上两种类型拱架对隧道超高地应力区或浅埋段岩体极破碎区，无法保证足够的刚度支撑拱顶压力，往往具有一定局限性。有鉴于此,有必要对现有技术中隧道支护的钢拱架及其的制作方法予以改进,以解决上述问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种便于在隧道拱架上提供预应力，提高隧道拱架刚度和强度的隧道拱架和易于现场施工的隧道拱架施工方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

隧道拱架，包括若干个分节拱架，若干个分节拱架相接形成隧道拱架，所述分节拱架为管状结构，分节拱架与分节拱架相接处的分节拱架上的端部设置有连接板，分节拱架与分节拱架之间通过连接板相接。

进一步的，所述连接板上设置有拱架通孔，所述拱架通孔与分节拱架的管孔对应，使得相接的两节分节拱架的管孔连通。

进一步的，所述隧道拱架的管内浇筑有混凝土。

进一步的，所述隧道拱架的拱顶处设置有用于浇筑混凝土的预留注浆孔。

进一步的，若干个分节拱架相接形成一个闭环状隧道拱架，隧道拱架内的管孔相通。

进一步的，所述隧道拱架分为顶拱支架、边墙支架和仰拱支架，两个边墙支架的上端连接所述顶拱支架，两个边墙支架的下端连接所述仰拱支架，进而形成一个闭环状隧道拱架，在边墙支架与仰拱支架的连接处设置有补充注浆孔。

进一步的，所述隧道拱架的管内穿入有波纹管，波纹管内穿入设置有预应力钢丝束，所述混凝土浇筑在波纹管的外壁与分节拱架的内壁之间。

进一步的，所述连接板上设置有螺栓孔，两块连接板通过在螺栓孔内紧固螺栓使得分节拱架与分节拱架相接。

隧道拱架的施工方法，包括如下步骤：

s1，将若干个分节拱架分为a单元、b单元和c单元，a单元为顶拱支架，b单元为边墙支架，c单元为仰拱支架，将所需要a单元分节拱架、b单元分节拱架和c单元分节拱架按照设计图纸中的单元划分,逐一编号；

s2，编号完成后按照一定的顺序,将a、b、c三个单元的分节拱架依次拼装,拼装顺序为:先拼装a单元的拱顶支架,起到拱架定位作用,再逐次对称拼装b单元的边墙拱架，最后拼装c单元的仰拱支架，并且同步在分节拱架管内埋设波纹管，最后使整个隧道拱架封闭成环；

s3，封闭成环后开始在拱顶处的预留注浆孔内注浆，使混凝土浇筑在波纹管的外壁与分节拱架的内壁之间；

s4，待注浆完成后，开始预应力钢丝束穿束，并施加预应力，整体完成后，即形成完整的预应力钢管混凝土体系。

进一步的，在s3中，在预留注浆孔和补充注浆孔同时注浆。

本发明的有益效果是：本发明的隧道拱架采用钢管制作，可有效提高拱架强度、刚度；在钢管注入混凝土，进一步提高钢管的强度、刚度；同时可以在钢管内设置波纹管和预应力钢丝束，为整个拱架提供预应力，再进一步提高隧道拱架的强度、刚度；采用本发明的隧道拱架施工方法，使得施工有序，保证安全、缩短工期、降低成本、利于现场文明施工。

附图说明

图1为本发明的隧道拱架的结构示意图；

图2为本发明的分节拱架连接处的结构示意图；

图3为本发明的连接板的结构示意图；

图4为本发明的分节拱架与波纹管连接的结构示意图；

图中所示：1-分节拱架；101-顶拱支架；102-边墙支架；103-仰拱支架；2-连接板；201-拱架通孔；202-螺栓孔；3-预留注浆孔；4-补充注浆孔；5-波纹管；6-混凝土。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如附图所示，本发明的隧道拱架，包括若干个分节拱架1，若干个分节拱架1相接形成隧道拱架，所述分节拱架1为管状结构，分节拱架1与分节拱架1相接处的分节拱架1上的端部设置有连接板2，分节拱架1与分节拱架1之间通过连接板2相接。将隧道拱架的结构设置为管状，用于可在分节拱架1的管内设置预应力部件，比如波纹管5和预应力钢丝束，使得隧道拱架能够实施预应力，保证隧道拱架的刚度和强度，进一步提高隧道拱架的稳定性，分节拱架1可采用钢管，保证隧道拱架的刚度和强度，同时如附图2所示，分节拱架1与分节拱架1相接处，分节拱架1的端部设置有连接板2，两个分节拱架1的端部均设置连接板2，通过将两块连接板2固定连接，即可将两个分节拱架1相接，相比于传统的隧道拱架，本发明的隧道拱架将分节拱架1的结构设置成管状，便于了在隧道拱架上设置预应力部件，进一步提高了隧道拱架的刚度，强度。

所述连接板2上设置有拱架通孔201，所述拱架通孔201与分节拱架1的管孔对应，使得相接的两节分节拱架1的管孔连通。如图3所示，在连接板2上设置有拱架通孔201，使得相接的两节分节拱架1的管孔连通，用于在分节拱架1的管内设置预应力部件和混凝土。

所述隧道拱架的管内浇筑有混凝土。在分节拱架1的管内浇筑混凝土，使得隧道拱架形成一体，更加稳定，牢固。

为了便于浇筑混凝土，同时使得浇筑混凝土更加均匀，所述隧道拱架的拱顶处设置有用于浇筑混凝土的预留注浆孔3。

为了提高隧道拱架刚度和强度，若干个分节拱架1相接形成一个闭环状隧道拱架，隧道拱架内的管孔相通。

隧道拱架分为顶拱支架101、边墙支架102和仰拱支架103，两个边墙支架102的上端连接所述顶拱支架101，两个边墙支架102的下端连接所述仰拱支架103，进而形成一个闭环状隧道拱架，在边墙支架102与仰拱支架101的连接处设置有补充注浆孔4，如图1所示，至少一节分节拱架1形成顶拱支架101，边墙支架102和仰拱支架103，进而形成一个闭合环状，补充注浆孔4的设置是为了使得隧道拱架管孔内浇筑的混凝土更加均匀，保证底部的管内也充满混凝土，同时可在补充注浆孔4进行预应力钢丝束穿束，施加预应力，将补充注浆孔4，便于施工人员施工。

隧道拱架的管内穿入有波纹管5，波纹管5内穿入设置有预应力钢丝束，混凝土浇筑在波纹管5的外壁与分节拱架1的内壁之间。波纹管5和预应力钢丝束即为隧道拱架施加预应力的部件，将波纹管5和预应力钢丝束设置在隧道拱架的管，保护了波纹管5和预应力钢丝束的同时，也为隧道拱架提供了预应力，使得隧道拱架的强度和刚度得到极大的提升，如图4所示，将混凝土浇筑在波纹管5的外壁与分节拱架1的内壁之间，在固定波纹管5的同时，提高了隧道拱架稳定性。

两块连接板2的连接方式可以为焊接，卡接，或用螺栓螺钉固定连接，本实施例中，所述连接板2上设置有螺栓孔202，两块连接板2通过在螺栓孔202内紧固螺栓使得分节拱架1与分节拱架1相接，通过螺栓固定连接，便于施工的实施，节省施工时间的同时，有具有很高的稳定性。

采用隧道拱架的施工方法，包括如下步骤：

s1，将若干个分节拱架1分为a单元、b单元和c单元，a单元为顶拱支架101，b单元为边墙支架102，c单元为仰拱支架103，将所需要a单元分节拱架1、b单元分节拱架1和c单元分节拱架1按照设计图纸中的单元划分,逐一编号；

s2，编号完成后按照一定的顺序,将a、b、c三个单元的分节拱架1依次拼装,拼装顺序为:先拼装a单元的拱顶支架101,起到拱架定位作用,再逐次对称拼装b单元的边墙拱架102，最后拼装c单元的仰拱支架103，并且同步在分节拱架1管内埋设波纹管5，最后使整个隧道拱架封闭成环；

s3，封闭成环后开始在拱顶处的预留注浆孔3内注浆，使混凝土浇筑在波纹管5的外壁与分节拱架1的内壁之间；

s4，待注浆完成后，开始预应力钢丝束穿束，并施加预应力，整体完成后，即形成完整的预应力钢管混凝土体系。

通过对分节拱架1划分单元,对单元进行逐一编号，使得整个施工更加有序，加快隧道拱架的安装时间，同时依次拼装拱顶支架101、拱顶支架101和仰拱支架103，使得安装更加容易，结构稳定性得到保障。

在s3中，在预留注浆孔3和补充注浆孔4同时注浆。同时在补充注浆孔4注入混凝土，是为了防止隧道拱架底部缺少混凝土，保证隧道拱架管孔内浇筑的混凝土更加均匀，保证底部的管内也充满混凝土。