一种高寒高海拔地区的公路隧道装配式衬砌及其施工方法与流程

本发明涉及道路施工技术领域，特别是涉及一种高寒高海拔地区的公路隧道装配式衬砌及其施工方法。

背景技术：

衬砌施工是高寒高海拔地区的公路隧道施工中重要的一项工程，是隧道洞身周边的永久性支护结构，传统的隧道仰拱衬砌结构在施工时采用现场人工绑扎钢筋和模板现浇混凝土的方式进行，但在施工过程中，需大量安拆模板，并且对熟练工人的要求非常高，使高寒高海拔地区的公路隧道施工周期长；许多地区自然环境恶劣，物资补给速度慢，使施工和人工成本增高；在高寒高海拔条件下由于低温、低气压、低湿度的气候环境，混凝土的施工质量无法得到保证，因此，亟待出现一种既能保证隧道施工质量的同时，又能有效加快隧道的施工进度的高寒高海拔地区的公路隧道装配式衬砌及其施工方法。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种高寒高海拔地区的公路隧道装配式衬砌及其施工方法，以解决上述现有技术存在的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种高寒高海拔地区的公路隧道装配式衬砌及其施工方法，包括拱圈，所述拱圈两侧底部直接连接有侧墙，两所述侧墙底部之间设置有仰拱，所述侧墙和所述仰拱通过固定装置进行连接，所述拱圈由若干预制楔形节段串联组成。

优选的，所述拱圈包括若干预制楔形节段，所述预制楔形节段两侧分别设有通孔，任意所述预制楔形节段通过所述通孔穿设有钢绞线，所述钢绞线两端固接有连接座。

优选的，所述侧墙顶端设置有支座，所述支座与所述预制楔形节段相适配。

优选的，位于中间的所述预制楔形节段和间隔对称设置在位于中间的所述预制楔形节段两侧的所述预制楔形节段顶面分别固接有吊装孔。

优选的，所述侧墙内侧底部设有与所述仰拱端部相同坡度的第一台阶和第二台阶，所述第一台阶在所述第二台阶下端，所述仰拱设置在所述第一台阶上。

优选的，所述固定装置包括设置在所述第二台阶顶面的若干第一凹槽，所述第一凹槽内靠近所述仰拱的一侧设有第一螺栓安装孔，所述仰拱靠近所述第二台阶的顶部设有若干第二凹槽，所述第二凹槽靠近所述第二台阶的一侧设第二螺栓安装孔，所述第一螺栓安装孔与所述第二螺栓安装孔相适配，所述第一螺栓安装孔和所述第二螺栓安装孔内穿设有第二螺栓。

优选的，所述固定装置还包括设置在所述第二台阶上的若干第三螺栓安装孔和设置在所述仰拱两端顶面的若干第四螺栓安装孔，所述第二台阶顶面与所述仰拱靠近所述第二台阶的顶面上通过第三螺栓固接有第二钢板，所述第三螺栓与所述第三螺栓安装孔和所述第四螺栓安装孔相适配。

优选的，所述仰拱靠近所述侧墙的两端顶面上设有注浆孔。

优选的，所述的高寒高海拔地区的公路隧道装配式衬砌的施工方法，包括以下步骤：

a.根据隧道的宽度预制预制楔形节段、侧墙以及仰拱，并在预制楔形节段内预留钢绞线的通孔；

b.待预制构件达到要求强度后对预制楔形节段进行拼装；

c.待施工准备工作就绪后，将拼装好的预制楔形节段、侧墙和仰拱运送至现场进行安装。

优选的，根据步骤c现场安装步骤包括：

a.首先对侧墙进行定位安装，待侧墙安装完毕后，将仰拱与侧墙进行固定，并通过注浆孔对仰拱的下部空间填充密实；

b.通过设备将所述钢绞线连接的预制楔形节段放置在侧墙的支座上；

c.待预制楔形节段、侧墙以及仰拱安装完毕形成整体结构后，在仰拱上浇筑混凝土至面板混凝土标高，并对其整体结构的外部区域进行注浆填充。

本发明公开了以下技术效果：

1.公路隧道内的装配式衬砌结构采用工厂化集中预制、运输和安装，不受气候环境因素的影响，其质量更容易得到控制，减少后期的维护成本；

2.对隧道内的衬砌结构通过整体式制作、整体式安装，可大大缩短现场施工量、简化施工工序，进而加快施工进度，预制的混凝土构件的质量得到了保证，容易在高寒高海拔施工环境恶劣的地区推广应用，具有较高的经济社会效益；

3.其可以全天候进行隧道施工，有效解决高寒高海拔气候环境下的现浇混凝土施工质量问题，可用于高寒高海拔地区隧道的快速施工中。

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为本发明的高寒高海拔地区的公路隧道装配式衬砌及其施工方法的结构示意图；

图2为拱圈非工作状态的结构示意图；

图3为拱圈工作状态的结构示意图；

图4为钢绞线锚固的结构示意图；

图5为拱圈与侧墙连接的结构示意图；

图6为第一台阶与第二台阶的结构示意图；

其中，1、侧墙；2、预制楔形节段；4、钢绞线；5、第一螺栓；6、第一钢板；7、仰拱；8、第一台阶；9、第二台阶；10、第一凹槽；11、第一螺栓安装孔；12、第二凹槽；13、第二螺栓安装孔；14、第二螺栓；15、第三螺栓安装孔；16、第四螺栓安装孔；17、第三螺栓；18、第二钢板；19、支座；20、吊装孔；21、注浆孔；22、标高；23、橡胶缓震垫板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图1-6，本发明提供一种高寒高海拔地区的公路隧道装配式衬砌，包括拱圈，拱圈用于承接周围岩石的压力，所述拱圈两侧底部之间连接有侧墙1，所述侧墙1和所述仰拱7通过固定装置进行连接，所述拱圈由若干预制楔形节段2串联组成，使各预制楔形节段2、侧墙1和仰拱7形成一个完整的封闭结构，在围岩压力下，各预制楔形节段2相互挤压，受力明确。

进一步优化方案，所述拱圈包括若干预制楔形节段2，所述预制楔形节段2两侧分别设有通孔，任意所述预制楔形节段2通过所述通孔穿设有钢绞线4，所述钢绞线4两端固接有连接座，所述连接座包括设置在靠近侧墙1一侧的预制楔形节段2上的第一钢板6，所述第一钢板6与所述预制楔形节段2侧面大小相同，为了将各段所述预制楔形节段2连接起来，所述钢绞线4的两端与位于所述拱圈两端的所述第一钢板6固接。

进一步优化方案，为了更好的连接侧墙1和预制楔形节段2，改善两者之间的受力，在所述侧墙1顶端设置有支座19，所述支座19呈凹形构造，所述支座19与所述预制楔形节段2相适配。

进一步优化方案，为了使所述预制楔形节段2连接成整体的预制构件，在顶升和安装过程中可以自动形成曲线拱圈，在所述居中预制楔形节段2和间隔对称设置在所述居中预制楔形节段2两侧的预制楔形节段2顶面分别固接有吊装孔20。

进一步优化方案，所述侧墙1内侧底部设有与所述仰拱7端部相同坡度的第一台阶8和第二台阶9，所述第一台阶8在所述第二台阶9下端，所述仰拱7设置在所述第一台阶8上，使仰拱7的顶面与第二台阶9的顶面相适配，仰拱7的底面与第一台阶8的顶面相适配。

进一步优化方案，为了避免安装时侧墙1和仰拱7因刚性接触造成的混凝土损伤，在所述第一台阶8上设置一层橡胶缓震垫板23，所述固定装置包括设置在所述第二台阶9顶面的若干第一凹槽10，所述第一凹槽10数量优选为4个，所述第一凹槽10内靠近所述仰拱7的一侧设有第一螺栓安装孔11，所述仰拱7靠近所述第二台阶9的顶部设有若干第二凹槽12，所述第二凹槽12数量优选为4个，所述第二凹槽12靠近所述第二台阶9的一侧设第二螺栓安装孔13，所述第一螺栓安装孔11与所述第二螺栓安装孔13相适配，所述第一螺栓安装孔11和所述第二螺栓安装孔13内穿设有第二螺栓14，所述第二螺栓14为双螺母高强度螺栓，通过第二螺栓14将侧墙1和仰拱7进行连接。

进一步优化方案，所述固定装置还包括设置在所述第二台阶9上的若干第三螺栓安装孔15和设置在所述仰拱7两端顶面的若干第四螺栓安装孔16，所述第三螺栓安装孔15和所述第四螺栓安装孔16数量优选为4个，所述第二台阶9顶面与所述仰拱7靠近所述第二台阶9的顶面上通过第三螺栓17固接有第二钢板18，所述第三螺栓17与所述第三螺栓安装孔15和所述第四螺栓安装孔16相适配，所述第二固定机构用于将侧墙1与仰拱7进行二次永久固定，并在所述仰拱7与第二台阶9的接缝内填充水泥-水玻璃双浆溶液。

进一步优化方案，为了密实仰拱7安装后下部的中空区域，所述仰拱7靠近所述侧墙1的两端顶面上设有注浆孔21。

进一步优化方案，高寒高海拔地区的公路隧道装配式衬砌的施工方法，包括以下步骤：

a.根据隧道的宽度在预制工厂预制预制楔形节段2、侧墙1以及仰拱7，预制楔形节段2、侧墙1及仰拱7采用同一等级的高性能混凝土，各预制楔形节段2、侧墙1和仰拱7通过事先准备的钢模板预制，钢纤维选用微镀铜波浪型钢纤维；并在预制楔形节段2内预留钢绞线4的通孔，与现场浇筑的普通混凝土衬砌相比较，使用预制的衬砌结构可以显著降低衬砌本身的自重，且其本身力学性能优于普通混凝土，各预制楔形节段2、侧墙1和仰拱7形成一个完整的封闭结构，在围岩压力下，各楔形节段相互挤压，受力明确；

b.待预制构件达到要求强度后对预制楔形节段2进行拼装，将钢绞线4依次穿过带有第一钢板6的预制楔形节段2、其他预制楔形节段2和带有第一钢板6的预制楔形节段2，并利用锚具固定钢绞线4；

c.待施工准备工作就绪后，将拼装好的预制楔形节段2、侧墙1和仰拱7运送至现场进行安装，也可将步骤a和b在施工现场完成。

进一步优化方案，根据步骤c现场安装步骤包括：

a.首先对所述侧墙1进行定位安装，待所述侧墙1安装完毕后，将仰拱7放置在侧墙1下部的第一台阶8上，通过第二螺栓14将侧墙1与第一台阶8进行连接，并分别利用第三螺栓17和第二钢板18将仰拱7和侧墙1的第二台阶9进行永久性连接，并通过注浆孔21对仰拱7的下部空间填充密实；

b.待下部仰拱7安装完毕后，通过液压顶升设备和吊装设备将钢绞线4连接的预制楔形节段2放置在侧墙1的支座19上，预制楔形节段2在吊装过程中自动形成拱形曲线；

c.待预制楔形节段2、侧墙1以及仰拱7安装完毕形成整体结构后，在仰拱7上浇筑混凝土至面板混凝土标高22，并对其整体结构的外部区域进行注浆填充。

本实施例中，采用预制的方式进行衬砌施工，大幅减少了模板搭建工作量，施工简单方便，有效加快了施工进度，且预制的混凝土构件的质量得到了保证，容易在高海拔施工环境恶劣的地区推广应用，具有较高的经济社会效益。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。