一种双层二次衬砌的多连拱隧道结构的制作方法

1.本实用新型涉及隧道施工领域，尤其涉及一种双层二次衬砌的多连拱隧道结构。


背景技术：

2.在我国，隧道的结构形式多为双洞分离式，这种结构形式在建设中已积累了丰富理论和实践经验。但在特殊地质及地形条件的地区，由于总体路线展线受限以及桥隧衔接方式等因素的综合考虑，双洞分离式隧道往往难以实现。在山岭重丘区和土地资源宝贵的基本农田和城市用地范围，连拱隧道具有占地少、地下空间利用率高等特点，已成为一种重要的结构形式。此外，随着人民对便捷通畅的交通需要的提高，传统的双向四车道以及六车道隧道不能满足日益增长的交通量的需求。近年来，出现了超大跨双连拱、三连拱、四连拱工程实例，如宛坪高速公路刘家湾隧道为六车道连拱高速公路隧道、西安地铁2号线草场坡～小寨区间围三连拱隧道、北京地铁10号线牡丹园站
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健德门站区间三连拱隧道、哈尔滨地铁一号线一期工程采用四连拱隧道等。其中，长沙市银星路道路洗心隧道采用双向十车道四连拱方案，开挖宽度约63m，长度为约497m，该隧道开挖宽度远超国内公路、地铁、市政工程鲜有的几座既有四连拱隧道工程，工程规模为国内之首。
3.其中，双连拱的设计施工已有多年历史，国内外已有相当的成果，但在依然还有许多问题有待进一步研究解决，连拱隧道结构复杂、开挖、支护相互交错，使得围岩应力和衬砌受力转换变得十分复杂，在隧道开挖过程中，围岩应力分布、衬砌各部分的应力和变形难以获得准确解答；连拱隧道结构和施工复杂，隧道中墙顶部雁形部的防水问题突出，需从结构设计、防排水材料和施工工艺三个方面做系统、全面的研究。随着三连拱、四连拱隧道逐渐出现在工程应用中，以双连拱隧道建造技术为基础，推广至多连拱隧道建设存在诸多技术障碍，沿用原有双连拱隧道建造技术，连拱隧道存在的施工工法转换困难、结构有效荷载难以确定、中墙受力的不确定性、裂缝控制及渗漏水问题严重等固有技术问题在多连拱隧道建造中进一步放大。
4.鉴于多连拱隧道结构安全性无法保证，急需寻找新的技术思路来解决问题，以提高多连拱隧道建造的安全性、经济性，和施工快速的要求。


技术实现要素：

5.本实用新型的主要目的在于提供一种双层二次衬砌的多连拱隧道结构，旨在解决多连拱隧道结构施工过程中衬砌容易因扰动而开裂的技术问题。
6.为了实现上述目的，本实用新型提供一种双层二次衬砌的多连拱隧道结构，所述多连拱隧道结构的连拱个数大于或等于3，所述多连拱隧道包括2个辅隧道、至少两个中隔墙以及设置于两个相邻的所述中隔墙之间的主隧道，2个所述辅隧道分别位于所述多连拱隧道的两侧，其中，每个所述主隧道包括初期支护、第一层二次衬砌和第二层二次衬砌；所述初期支护由型钢钢架和喷射混凝土结构构成，所述初期支护跨设于两个相邻的所述中隔墙的顶部；所述第一层二次衬砌设置于所述初期支护的内侧并贴靠所述中隔墙，所述第一
层二次衬砌为钢筋混凝土结构并独立成环；所述第二层二次衬砌设置于所述第一层二次衬砌的内侧，所述第二层二次衬砌为钢筋混凝土结构并独立成环。
7.优选地，所述初期支护的型钢钢架与所述中隔墙内埋设的钢架连接，并通过喷射混凝土与所述中隔墙连为一体。
8.优选地，所述主隧道还包括设置于所述初期支护和所述第一层二次衬砌之间的防水层和排水系统。
9.优选地，所述第一层二次衬砌的厚度为35
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40cm，所述第二层二次衬砌的厚度为25
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30cm。
10.优选地，所述辅隧道包括单层支护和设置于所述单层支护内侧的单层衬砌。
11.优选地，所述单层支护由型钢钢架和喷射混凝土结构构成，所述单层支护的一端架设于所述中隔墙的顶部，所述单层支护的型钢钢架与所述中隔墙内埋设的钢架连接，并通过喷射混凝土与所述中隔墙连为一体。
12.优选地，所述中隔墙的侧面为向内凹陷的弧形面。
13.优选地，所述初期支护的截面呈圆弧状。
14.优选地，所述中隔墙由钢拱架浇筑混凝土而成。
15.优选地，所述第一层二次衬砌采用整体式弧形模板浇筑而成。
16.本申请的方案中，多连拱隧道结构包括至少一个主隧道和两个辅隧道，主隧道先于辅隧道施作，每个主隧道包括初期支护、第一层二次衬砌和第二层二次衬砌。其中，第一层二次衬砌独立成环能够有效增强初期支护的刚度，支撑隧道的成型以及帮助抵抗相邻隧道施工时的开挖扰动。在与主隧道相邻的隧道开挖完成后，第二层二次衬砌才施作于主隧道内，第二层二次衬砌用于起到安全储备、装饰以及防水的作用。即使第一层二次衬砌因相邻隧道的开挖扰动出现了开裂的情形，后补的第二层二次衬砌也能对第一层二次衬砌的裂缝进行掩盖。本申请通过在后期增设第二层单独闭合成环的钢筋混凝土二次衬砌，解决了多连拱隧道结构施工过程中受扰动导致二次衬砌开裂的问题。
附图说明
17.为了更清楚地说明本实用新型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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
18.图1为本实用新型的双层二次衬砌的多连拱隧道结构的结构示意图；
19.图2为图1的局部视图。
20.本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
21.附图标号说明：
22.110
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初期支护、120
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第一层二次衬砌、130
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第二层二次衬砌；
23.210
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单层支护、220
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单层衬砌；
24.300
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中隔墙。
具体实施方式
25.应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
26.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
27.需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
28.另外，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
29.请参照附图1至附图2，为了实现上述目的，本实用新型提供一种双层二次衬砌的多连拱隧道结构，多连拱隧道结构的连拱个数大于或等于3，多连拱隧道包括2个辅隧道、至少两个中隔墙300以及设置于两个相邻的中隔墙300之间的主隧道，2个辅隧道分别位于多连拱隧道的两侧，其中，每个主隧道包括初期支护110、第一层二次衬砌120和第二层二次衬砌130；初期支护110由型钢钢架和喷射混凝土结构构成，初期支护110跨设于两个相邻的中隔墙300的顶部；第一层二次衬砌120设置于初期支护110的内侧并贴靠中隔墙300，第一层二次衬砌120为钢筋混凝土结构并独立成环；第二层二次衬砌130设置于第一层二次衬砌120的内侧，第二层二次衬砌130为钢筋混凝土结构并独立成环。
30.其中，中隔墙300用于支撑隧道的侧边并作为初期支护110的搭建基础。初期支护110在混凝土的作用下与中隔墙300连为一体；初期支护110用于在隧道洞口施工时形成安全的施工空间。进一步地，初期支护110的截面呈圆弧状，对隧道的洞顶进行支撑，且两端分别跨设于相邻的两个中隔墙300上。
31.其中，第一层二次衬砌120和第二层二次衬砌130可以均为钢筋混凝土结构。第一层二次衬砌120施作完成后便开始对相邻的隧道进行开挖，待相邻的隧道开挖完后，再返回先前隧道进行第二层二次衬砌130的施作。在这次施作顺序下，通过第一层二次衬砌120支撑先施作的隧道的成型，然而对相邻隧道提前开挖，即使第一层二次衬砌120因相邻隧道的开挖扰动出现了开裂和渗水的情形，后补的第二层二次衬砌130也能对第一层二次衬砌120的裂缝进行掩盖性修复，解决开裂渗水问题。
32.本申请的方案中，多连拱隧道结构包括至少一个主隧道和两个辅隧道，主隧道先于辅隧道施作，每个主隧道包括初期支护110、第一层二次衬砌120和第二层二次衬砌130。其中，第一层二次衬砌120独立成环能够有效增强初期支护110的刚度，支撑隧道的成型以及帮助抵抗相邻隧道施工时的开挖扰动。在与主隧道相邻的隧道开挖完成后，第二层二次衬砌130才施作于主隧道内，第二层二次衬砌130用于起到安全储备、装饰以及防水的作用。
即使第一层二次衬砌120因相邻隧道的开挖扰动出现了开裂的情形，后补的第二层二次衬砌130也能对第一层二次衬砌120的裂缝进行掩盖。本申请通过在后期增设第二层单独闭合成环的钢筋混凝土二次衬砌，解决了多连拱隧道结构施工过程中受扰动导致二次衬砌开裂的问题。
33.作为本实用新型的优选实施方式，初期支护110的型钢钢架与中隔墙300内埋设的钢架连接，并通过喷射混凝土与中隔墙300连为一体。初期支护110的型钢钢架与中隔墙300内埋设的钢架可以以焊接的方式增强初期支护110的支护强度，焊接后通过喷射混凝土将初期支护110和中隔墙300紧密地连为一体。
34.优选地，主隧道还包括设置于初期支护110和第一层二次衬砌120之间的防水层和排水系统。防水层可以由防水建材构成，用于将水隔绝在第一层二次衬砌120之外。防水层可以采用土工布加ldpe防水层，将水堵在二次衬砌之外，作为第一道防水措施。二次衬砌的模筑混凝土采用c25以上的防水混凝土浇筑，隧道洞身变形缝可以设置中埋式的橡胶止水带，施工缝设置带注浆管膨润橡胶水条，边墙基础与拱墙二次衬砌之间的施工纵缝也应设置橡胶止水条作为第二道防水措施。此外，防水层与第一层二次衬砌120之间还可以设置有排水系统，地表下来的水经排水系统排出。
35.优选地，第一层二次衬砌120可以采用整体式弧形模板分段浇筑而成，保证浇筑的连贯性和质量。进一步地，第二层二次衬砌130的厚度小于第一层二次衬砌120的厚度，第一层二次衬砌120的厚度为35
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40cm，第二层二次衬砌130的厚度为25
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30cm，以减少结构体积。
36.作为本实用新型的优选实施方式，辅隧道包括单层支护210和设置于单层支护内侧的单层衬砌220。需要说明的是，辅隧道是位于多连拱隧道的两侧的隧道，在主隧道完成施工后，再进行辅隧道的施工。由于主隧道事先施作完成，因此在开挖相邻隧道时容易对已经施作完成的主隧道产生扰动，致使主隧道的二次衬砌开裂。而辅隧道由于是最后施工，因此在施作完成后不会受到扰动，可以直接采用现有的单层支护210结构来节省成本。进一步地，辅隧道可以包括单层支护210和单层衬砌220，单层支护210由型钢钢架和喷射混凝土结构构成，单层支护210的一端跨设于中隔墙300的顶部，单层支护210的型钢钢架与中隔墙300内埋设的钢架连接，并通过喷射混凝土与中隔墙300连为一体；单层衬砌220设置于单层支护210的内侧。
37.作为本实用新型的具体实施方式，中隔墙300的侧面可以为向内凹陷的弧形面，初期支护110的截面呈圆弧状，中隔墙300的侧面与第一初期支护110的弧形内侧面相接，共同形成一个半圆形的内壁面。其中，中隔墙300可以由钢拱架浇筑混凝土而成。具体施工时，在中导洞内间隔设置多个钢拱架，相邻的钢拱架通过连接筋连接。沿中导洞的纵深方向，在中导洞的地面设置多个支撑架，多个支撑架与多个钢拱架一一对应连接；再在多个钢骨架上设置钢筋网，在中导洞内分段浇筑中隔墙300砼以形成中隔墙300。进一步地，中隔墙300内还设置有向地面延伸的锚杆，锚杆与钢拱架连接，锚杆将中隔墙300稳定地固定在地面上。
38.施作双层二次衬砌的多连拱隧道结构的施工方法如下：
39.s10，开挖各中导洞，开挖后分段浇筑中隔墙砼以形成多个所述中隔墙；
40.在联拱隧道施工时，可以采用三导洞法施工或中导洞
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正洞施工工法。三导洞法即首先开挖中导洞，然后施做中隔墙，再分别开挖左右导洞。开挖中导洞主要是为了首先施做中隔墙。而中导洞
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正洞施工工法则是广泛用于双连拱隧道施工的一种高效施工方法。采用
光面爆破大断面开挖,使用锚、喷、网、钢拱架和超前导管及超前管棚等支护手段,先开挖贯通中导洞，浇筑中隔墙混凝土。
41.s20，开挖第一个主隧道的隧道洞口；
42.其中，采用中导洞
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正洞法施工时，铺设中隔墙顶防水材料,并将中隔墙相同标号的砼回填,打设长管棚注浆,然后开挖右洞上拱及临时支护,同时做好围岩的变形观测。待右洞上拱推进适当距离后,开挖左洞上拱并做好上拱的临时支护,做好围岩的变形观测。
43.s30，施作第一个主隧道的初期支护：采用型钢钢架架设于所述中隔墙的墙顶，通过喷射混凝土的方式在所述中隔墙的墙顶形成所述初期支护，所述初期支护在混凝土的作用下与所述中隔墙连为一体；所述初期支护用于在隧道洞口施工时形成安全的施工空间；
44.通过喷射混凝土使第一层初期支护在混凝土的作用下与所述中隔墙连为一体，加强支护的强度和可靠性。
45.s40，在所述初期支护的内侧做防水处理；
46.s50，施作第一个主隧道的第一层二次衬砌：搭建衬砌钢筋后，用二次衬砌台车搭建模板，浇筑混凝土砼以形成所述第一层二次衬砌；所述第一层二次衬砌在隧道内独立成环；
47.第一层二次衬砌主要由钢筋混凝土构成，厚度为35
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45cm。第一层二次衬砌用于抵抗载荷、保护隧道内部，支撑隧道的成型。二次衬砌可以采用衬砌台车对称浇筑二次衬砌砼。
48.s60，开挖与第一个主隧道相邻的两个隧道，并同时施作初期支护以保护施工；
49.s70，将与第一个主隧道相邻的两个隧道开挖完成后，返回第一个主隧道施作第二层二次衬砌：所述第二层二次衬砌的施作方法与所述第一层二次衬砌的施作方法相同，且所述第二层二次衬砌的的厚度小于所述第一层二次衬砌的厚度；
50.虽然第一层二次衬砌能够支撑隧道的成型并结合初期支护一起抵抗扰动，但在相邻两个隧道的持续开挖扰动下，第一层二次衬砌难免出现一些小的裂缝。这些裂缝影响美观的同时还有渗水的可能性。因此，待相邻的隧道开挖完后，再返回先前隧道进行第二层二次衬砌的施作，第二层二次衬砌可以起到修补和加强的作用。即使第一层二次衬砌因相邻隧道的开挖扰动出现了开裂和渗水的情形，后补的第二层二次衬砌也能对第一层二次衬砌的裂缝进行掩盖性修复，解决开裂渗水问题。第二层二次衬砌的的厚度为25
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30cm，小于第一层二次衬砌的厚度。
51.s80，施作其余的各个主隧道：其余主隧道的后续施工方法与第一个主隧道的施工方法相同，各个主隧道均在相邻的隧道开挖完成后才开始施作所述第二层二次衬砌；
52.各个主隧道的施作方法相差不大，各个主隧道均在相邻的隧道开挖完成后才开始施作所述第二层二次衬砌，否则第二层二次衬砌无法起到修补的作用。
53.s90，施作完所有的主隧道后，最后施作两个所述辅隧道，所述辅隧道采用单层二次衬砌结构或双层二次衬砌结构。
54.由于主隧道事先施作完成，因此在开挖相邻隧道时容易对已经施作完成的主隧道产生扰动，致使主隧道的二次衬砌开裂，因此主隧道全部采用双层二次衬砌支护结构。而辅隧道由于是最后施工，因此在施作完成后不会受到扰动，可以直接采用现有的单层二次衬砌结构来节省成本。
55.本申请的方案中，多连拱隧道结构包括至少一个主隧道和两个辅隧道，主隧道先于辅隧道施作，每个主隧道包括初期支护、第一层二次衬砌和第二层二次衬砌。其中，第一层二次衬砌独立成环能够有效增强初期支护的刚度，支撑隧道的成型以及帮助抵抗相邻隧道施工时的开挖扰动。在与主隧道相邻的隧道开挖完成后，第二层二次衬砌才施作于主隧道内，第二层二次衬砌用于起到安全储备、装饰以及防水的作用。即使第一层二次衬砌因相邻隧道的开挖扰动出现了开裂的情形，后补的第二层二次衬砌也能对第一层二次衬砌的裂缝进行掩盖。本申请通过在后期增设第二层单独闭合成环的钢筋混凝土二次衬砌，解决了多连拱隧道结构施工过程中受扰动导致二次衬砌开裂的问题。
56.作为本发明的具体实施方式，所述搭建衬砌钢筋后，用二次衬砌台车搭建模板，浇筑混凝土砼以形成所述第一层二次衬砌的步骤具体包括：
57.s51，根据隧道内参数设计钢筋，根据设计钢筋间距标出环向主筋布设位置，在定位钢筋上标出纵向分布筋安装位置，然后开始绑扎此段范围内钢筋，进行衬砌钢筋的搭建；
58.s52，采用二次衬砌台车搭建模板，二次衬砌台车的底面置于已施工仰拱填充的砼表面上；调整模板中心线同台车大梁中心重合，使台车在砼灌注过程中处于良好的受力状态；台车走行至立模位置，用千斤顶调整至准确位置，并进行定位复测，直至调整到准确位置为止；
59.其中，为避免在浇注边墙砼时台车上浮，还须在台车顶部加设木撑或千斤顶。同时检查工作窗状况是否良好。测量放线时要考虑设计预留沉落量。
60.s53，浇筑混凝土砼时采用分层、左右交替对称浇筑，输送软管管口至浇筑面垂距控制在两米内；
61.浇筑混凝土砼采用分层、左右交替对称浇筑，两侧高差控制在1.8m以内，输送软管管口至浇筑面垂距控制在两米以内，以防砼离析。浇注过程要连续，避免停歇造成冷缝，间歇时间超过一小时则按施工缝处理。当砼浇至作业窗下50cm时，应刮净窗口附近的脏物，涂刷脱模剂，窗口与面板接缝处涂腻子以保紧密结合，不漏浆。隧道衬砌封顶时选择合适的砼塌落度，从拱部的灌注口压注封顶。由封顶口倒退逐一泵送砼，砼泵应连续运转，输送管宜直，转弯宜缓，接头严密，泵送前润滑管道。在顶部衬砌时纵向每隔预设距离预埋塑料注浆管，在衬砌后进行注浆处理。
62.s54，拆模后养护期不少于14天，形成所述第一层二次衬砌。
63.浇筑后混凝土强度应达到8.0mpa以上。拆模前可以用水冲洗模板外表面，拆模后用高压水喷淋混凝土表面，以降低水化热，养护期不少于14天，形成所述第一层二次衬砌。
64.此外，混凝土振捣要定人定位用插入式振动器捣固，保证混凝土密实；起拱线以下辅以木锤模外敲振和插入式振动器捣固，以抑制混凝土表面的气泡产生。在灌注过程中严禁用振动棒拖拉混凝土。
65.优选地，所述开挖各中导洞，开挖后分段浇筑中隔墙砼以形成多个所述中隔墙的步骤具体包括：
66.开挖各中导洞，在挖掘的过程中向挖掘出的所述中导洞的洞壁上喷射混凝土；
67.贴合所述中导洞的洞壁轮廓，在所述中导洞内间隔设置多个钢拱架，相邻的所述钢拱架通过连接筋连接；
68.沿所述中导洞的纵深方向，在所述中导洞的地面设置多个支撑架，多个所述支撑
架与多个所述钢拱架一一对应连接；
69.在多个所述钢拱架上设置钢筋网；
70.在每个所述中导洞内分段浇筑中隔墙砼以形成多个所述中隔墙。
71.作为本发明的一种可选实施方式，所述开挖第一个主隧道的隧道洞口的步骤具体可以包括：
72.将第一个主隧道的隧道洞口分为左侧洞口和右侧洞口，先对左侧洞口进行挖掘，左侧拱部设置注浆小导管进行超前预支护，隧道内设置左侧拱部钢架，左侧拱部钢架与所述中隔墙内的预埋钢架连接；左侧洞口挖掘30至40米后进行右侧洞口挖掘，右侧拱部设置同样注浆小导管进行超前预支护，并设置右侧拱部钢架；左侧洞口和右侧洞口交替挖掘直至完成整个主隧道的隧道洞口开挖。通过左右交替开挖并进行超前预支护的方式提供施工作业的安全性。
73.优选地，所述采用型钢钢架架设于所述中隔墙的墙顶的步骤具体包括：将型钢钢架搭设于所述中隔墙的墙顶，并将所述型钢钢架与所述中隔墙内埋设的钢架连接起来，连接处以焊接或螺栓锁紧的方式固定。为了使第一层初期支护和中隔墙能够充分连接成一体，将第一层初期支护的型钢钢架与所述中隔墙内埋设的钢架固定连接起来，并通过喷射混凝土一体成型。
74.作为本发明的一种优选实施方式，所述施工方法还可以包括：将所有的主隧道按照从左至右或从右至左的顺序依次编号，并安装编号顺序对所述主隧道进行施工。通过对主隧道按照某一方向进行顺次施工，能够使位于中间的主隧道只受到一次扰动，同时使施工效率更高。
75.优选地，所述在所述初期支护的内侧做防水处理的步骤具体包括：在所述初期支护的内侧施作防水层和排水系统，所述防水层采用土工布和ldpe防水材料构成。防水层可以采用土工布加ldpe防水层，将水堵在二次衬砌之外，作为第一道防水措施。二次衬砌的模筑混凝土采用c25以上的防水混凝土浇筑，隧道洞身变形缝可以设置中埋式的橡胶止水带，施工缝设置带注浆管膨润橡胶水条，边墙基础与拱墙二次衬砌之间的施工纵缝也应设置橡胶止水条作为第二道防水措施。
76.以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。