一种用于洞库的离壁式被复结构及其施工方法与流程

本发明涉及隧道工程防水保温领域，具体涉及一种防水保温效果好、便于安装维护且施工成本低、工程量少的用于洞库的离壁式被复结构及其施工方法。

背景技术：

隧道及地下工程是现代公路、铁路、城市地铁、水电工程、国防工程等建设中的重要主成部分，在现代综合交通体系建设、现代国防工程建设中发挥越来越重要的作用。近年来，随着我国社会与经济的飞速发展，我国隧道与地下工程发展迅猛，隧道建设遍及全中国各个城市，同时考虑到我国地域广的特点，在隧道建设过程中必然面对特殊自然气候，如北方的寒冷气候条件，南方的潮湿、夏热气候条件，在此基础上，隧道建设过程中必然面对防水、防潮等问题。

目前，在地下工程领域，传统离壁式被复结构主要应用于大跨度(20米以上)的地下洞库，并且一般用于对防水、防潮等性能要求高的洞库中。传统离壁式被复结构内衬结构形式主要是：在洞室顶部设置等截面混凝土结构拱圈，拱脚处需设置与岩壁抵紧的水平支撑，边墙一般采用与拱圈同标号的混凝土砌块(或料石)砌筑，被复与岩壁间留有空气隔层，在空气隔层底部设置排水明沟。这种以现场浇筑方式施建的传统离壁式被复结构主要存在以下缺陷：(1)被复结构大面积使用现浇混凝土拱圈、水平支撑以及混凝砌块等构件，增加了现场施工人力、物力及工期；(2)现浇混凝土拱圈与边墙整体稳定性、抗震性能差；(3)现浇混凝土构件不便于后期拆换及维护；(4)现场浇筑施工作业存在大量灰尘，对工人造成身体健康影响的问题。

技术实现要素：

基于传统离壁式被复结构存在的上述缺陷，本发明提供了一种用于洞库的离壁式被复结构，通过设置轻钢门架结构层以及包覆于轻钢门架结构层外部的防水保温屋面板以及墙面板，取代传统大面积浇筑由混凝土拱圈、水平支撑以及混凝砌块等构件组成的保温结构，该结构在满足洞库防水、保温、隔热、防潮等特殊性能需求的同时，还可实现提前预制、现场快速安装、装配式施工；此外，轻钢门架结构还具有抗震、承载稳定性高、后期维护方便以及经济环保的优势。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种用于洞库的离壁式被复结构，包括由洞库围岩向洞库内部依次设置的洞室初期支护结构层、空气隔层以及防水保温结构，所述防水保温结构由轻钢门架结构层和包覆于轻钢门架结构层外侧的防水保温外层构成；所述防水保温外层由设置于轻钢门架结构层顶部的屋面板和设置于轻钢门架结构层两侧的墙面板构成，所述屋面板和两侧墙面板分别由保温材料制成，所述屋面板和两侧墙面板表面分别覆有防水层。

作为优选，所述洞室初期支护结构层为紧贴布置于洞室围岩表面的锚喷支护层。

作为优选，所述空气隔层设置于洞室初期支护结构层和防水保温结构之间，所述空气隔层的侧向宽度为60-80cm，顶部高度为120cm-150cm。

作为优选，所述空气隔层底部两侧的洞库地面分别设置排水明沟，两侧排水明沟分别与多个纵向间隔设置的横向排水管相连接，所述多个横向排水管中间连接纵向排水管，所述纵向排水管分别与两侧的横向排水管相贯通，形成整体排水系统。

作为优选，多个所述横向排水管的纵向间距为5m，所述纵向排水管为玻璃钢管。

作为优选，所述屋面板采用轻质保温材料制成，所述墙面板采用由水泥和发泡剂制成的轻质保温隔墙板；所述屋面板表面设置高分子自粘胶膜防水卷材，以形成屋面防水；墙面板外表面喷涂防水层，以形成墙面防水。

作为优选，所述两侧墙面板底部分别设置有厚度为250mm的混凝土墙基。

作为优选，所述轻型钢架结构层上设有检修门。

本发明还提供了一种用于施工上述用于洞库的离壁式被复结构的方法，包括以下步骤：

步骤一，洞库洞室开挖并进行初期支护操作，形成锚喷支护层；

步骤二，预制轻钢门架结构构件、屋面板及墙面板，并运输至洞库现场；

步骤三，现场安装轻钢门架结构层；

步骤四，现场施工排水明沟、混凝土墙基、横向排水管、纵向排水管及地面；

步骤五，现场安装屋面板、墙面板；

步骤六，现场施作屋面防水层、墙面防水层，洞库的离壁式被复结构施工完成。

本发明同现有技术相比具有以下优点及效果：

1、本发明所述用于洞库的离壁式被复结构采用轻钢门架结构作为保温结构的支撑主体，与传统采用钢筋混凝土现场浇筑的离壁式被复保温结构相比，具有以下优点：(1)所述轻钢门架结构可以提前预制生产，可直接运输至洞库施工场地，进行现场组装，继而大大降低了施工人力成本、缩短了施工周期；(2)轻钢门架系统除了具有自重轻、钢材用量省等经济优势外，由于系统自身蒙皮效应的存在，使得钢架结构整体刚度高、承载稳定性强，具有较强的抗震能力；(3)轻钢门架结构系统采用装配式的施工工艺，使得构件现场组装以及后续拆卸维护较为便利；(4)轻钢门架结构现场搭建施工无作业粉尘，对环境较为友好，对施工人员安全无伤害。

2、本发明所述用于洞库的离壁式被复结构，通过在轻钢门架结构的顶部设置屋面板，在轻钢门架结构的两侧设置墙面板，其中，所述屋面板和墙面板分别由保温材料制成，且所述屋面板和墙面板表面分别覆有防水层，继而使得轻钢门架结构除了具有稳定性强、刚度高的特点外，还具有防水、保温、隔热、防潮的性能。

3、本发明所述用于洞库的离壁式被复结构，通过在空气隔层的底部设置排水明沟，并将排水明沟通过横向排水管与纵向排水管相连接，使得整体离壁式被复结构除了具有防水、防潮的性能外，还具有可靠的排水功能，以有效解决洞库初期支护结构层背后存在渗漏水的问题。

4、综上，本发明所述用于洞库的离壁式被复结构具有防水、保温、隔热、防潮、抗震、承载稳定性高、施工快、施工无污染、维修便利的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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为本发明实施例所述用于洞库的离壁式被复结构的纵向剖面示意图。

标号说明：1、洞室初期支护结构层；2、空气隔层；21、排水明沟；3、轻钢门架结构层；31、屋面板；32、墙面板；311、高分子自粘胶膜防水卷材；321、墙面防水层；322、混凝土墙基；4、横向排水管；5、纵向排水管。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例1：如图1所示，一种用于洞库的离壁式被复结构，包括由洞库围岩向洞库内部依次设置的洞室初期支护结构层1、空气隔层2以及防水保温结构，所述防水保温结构由轻钢门架结构层3和包覆于轻钢门架结构层3外侧的防水保温外层构成；所述防水保温外层由设置于轻钢门架结构层3顶部的屋面板31和设置于轻钢门架结构层3两侧的墙面板32构成，所述屋面板31和两侧墙面板32分别由保温材料制成，所述屋面板31和两侧墙面板32表面分别覆有防水层。

具体地，在本实施例1中，轻钢门架结构层3包括屋面系统、墙面系统、刚架斜梁、刚架柱、支撑、系杆等。其中，轻型钢结构与普通钢结构相比，有较好的经济指标；另外，本发明以轻钢结构系统(冷弯薄壁型钢的檩条和樯梁、彩涂压型板和轻质保温材料的屋面板和墙板)取代传统混凝土和热轧型钢制作的屋面板、檩条，具有以下优点：轻型钢结构不仅自重轻、钢材用量省、施工速度快，而且它本身具有较强的抗震能力，并能提高整个房屋的稳定性能；构件可在工厂进行预制生产，最后运输至现场进行安装施工，实现了快速安装、装配式施工，减少了现场混凝土浇筑施工，具有综合经济效益高、环保的优点；同时，门式刚架体系中存在着较大的蒙皮效应，蒙皮效应得存在使建筑物整体刚度得以加强。

本实施例1中，所述洞室初期支护结构层1为紧贴布置于洞室围岩表面的锚喷支护层。其中，本发明通过对岩体破坏机理和支护特性的研究，在ii、iii级围岩，跨度在20米内，无大块不稳定块体的条件下，通过锚喷支护加强岩体的自承载能力，并将其作为永久承载结构一部分的结构层，可提高离壁式衬砌岩体的稳定性。

在本实施例1中，洞室初期支护结构层1与岩石紧贴设置，洞库建成后，岩石将自身温度、湿度传递给初期支护，为解决该问题，在洞室初期支护结构层1内侧设置空气隔层2，利用空气导热性能低的特点，降低岩石对洞内温度的影响，同时考虑内衬结构施工操作空间，可将空气隔层2侧向宽度设置为60～80cm，顶部高度设置为120cm～150cm。

实施例2：如图1所示，一种用于洞库的离壁式被复结构，与实施例1的区别在于，所述屋面板31采用轻质保温材料制成，所述墙面板32采用由水泥和发泡剂制成的轻质保温隔墙板；所述屋面板31表面设置高分子自粘胶膜防水卷材311，以形成屋面防水；所述墙面板32外表面喷涂防水层321，以形成墙面防水，所述两侧墙面板32底部分别设置有厚度为250mm的混凝土墙基322，继而形成轻钢门架结构层外侧的整体防水体系。

其中，本实施例2中，所述屋面板31结合保温材料制备，墙面板32设有发泡剂，使得由屋面板和墙面板构成的整体防水层还具有保温隔热的效果，为稳定洞室环境提供了较好的保障。

实施例3：如图1所示，一种用于洞库的离壁式被复结构，与实施例2的区别在于，所述轻型钢架结构层3上设有检修门，以便于后期更换及运营维护。

实施例4：如图1所示，一种用于洞库的离壁式被复结构，与实施例2或3的区别在于，所述空气隔层2底部两侧的洞库地面分别设置排水明沟21，两侧排水明沟21分别与多个纵向间隔设置的横向排水管4相连接，所述多个横向排水管4中间连接纵向排水管5，所述纵向排水管5分别与两侧的横向排水管4相贯通，以形成整体排水系统。

其中，洞库往往建于山岭中，面临水量大，存在渗漏水的现象，本实施例通过在空气隔层2底部增设排水明沟21，并通过设置与其相连接横向排水管4与纵向排水管5，可以有效将初期支护结构层背后的渗漏水排出洞库。

具体地，本实施例4中，所述横向排水管4的纵向间距为5m，纵向排水管5采用玻璃钢管。

实施例5：一种用于建造实施例4所述洞库的离壁式被复结构(如图1所示)的施工方法，具体包括以下步骤：

第一步，洞库开挖并进行初期支护操作，形成锚喷支护层；

具体地，本实施例以洞室跨度为25m，最大高度15m的洞室为例。隧道洞室开挖，选用合理的分部开挖工序及锚杆(锚索等)支护措施，隧道洞室拱部及边墙喷射c35高性能混凝土形成洞室初期支护结构层1。

第二步，轻钢门架结构构件、屋面板31及墙面板32与步骤一同步在工厂预制并生产；

第三步，初期支护稳定后，将轻钢门架结构构件、屋面板31及墙面板32运输至洞库现场，运输过程中应做必须保证结构的稳定性和不导致永久变形，还应按施工组织设计进行安排运输。

第四步，现场安装轻钢门架结构层3；

具体来说，先安装主构件，安装顺序宜先从靠近山墙的有柱间支撑的两端刚架起开始，避开侧向设有洞室部位，刚架安装完毕后应将其间的檩条、支撑等全部装好。

第五步，现场施工空气隔层2底部排水明沟21、混凝土墙基322、横向排水管4、纵向排水管5及洞库地面；

具体来说，先施作横向排水管4及纵向排水沟，横向排水管间距按5m设置，横向排水管4与纵向排水管5连接处设置泄水孔，再一次性施作纵向排水沟、混凝土墙基322和地面。

第六步，现场安装屋面板31、墙面板32；

具体来说，屋面板吊装依据屋面板板型、制作卡模、采用垂直运输设备逐块吊装，屋面板端部直接固定与“c”型钢之上。

第七步，现场施作屋面防水层、墙面防水层；

具体来说，屋面防水层：首先清理屋面板面层，利于防水砂浆进行找平，再敷设防水卷材；墙面防水层：首先清理屋面板面前，再施作喷涂防水层。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。