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CN111425217A - 一种可重复利用的装配式套拱结构及其施工方法 - Google Patents

一种可重复利用的装配式套拱结构及其施工方法 Download PDF

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CN111425217A
CN111425217A CN202010355512.5A CN202010355512A CN111425217A CN 111425217 A CN111425217 A CN 111425217A CN 202010355512 A CN202010355512 A CN 202010355512A CN 111425217 A CN111425217 A CN 111425217A
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CN
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arch
steel
pipe
orifice
cover
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张生
雷良
占盼
黄钒
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Sichuan Communication Surveying and Design Institute Co Ltd
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Sichuan Communication Surveying and Design Institute Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种可重复利用的装配式套拱结构，由套拱基座、钢拱架、连接钢拱架的连接钢筋、孔口管构成；至少3榀钢拱架通过连接钢筋连接，每榀钢拱架都与套拱基座相连；孔口管布置在钢拱架顶部；在使用套拱结构时，将孔口管一一对应固定在大管棚内，底部的3榀钢拱架通过孔口管对大管棚起到固定和支撑作用，在装配式套拱结构进行定位后可以快速进行管棚施工。装配式管棚套拱对地基承载力要求不高，当遇到山区地形陡峭起伏大、地形斜交的偏压隧道洞口时使用本方案提供的装配式套拱结构，可以实现对边仰坡进行“零”开挖，从而避免出现隧道洞口的边坡和仰坡高度太高的安全隐患，同时也能够实现环境协调，体现出绿色公路理念。

Description

一种可重复利用的装配式套拱结构及其施工方法
技术领域
本发明涉及高速公路隧道领域，尤其涉及一种可重复利用的装配式套拱结构及其施工方法。
背景技术
近年来，越来越多的山区高速公路被规划、建设。高速公路给山区交通带来了极大的便利。但是由于高速公路属于高等级公路，线形指标要求较高，山区地形陡峭，起伏较大，出现了越来越多的隧道，设计、施工难度也越来越大。一般而言，隧道开挖进洞常采用大管棚进行辅助施工，确保进度安全，管棚施工需要套拱进行定位，常规管棚套拱对地基承载力要求较高，稍有不慎会发生套拱基础沉降导致套拱侵限，而且其占用空间较大，管棚施工完毕后不再拆除，特别是一些地形狭窄的地方，其侵占有限的空间，而且又不太美观。
本发明提供一种可重复利用的装配式套拱结构，其定位后可以快速的进行管棚施工，对边仰坡进行“零”开挖，而且其安装时间较短，一天可以完成安装，比常规套拱施工需要一周节约大量时间，待管棚施工完毕后，将其拆除移至另外的隧道进行施工，节约了大量的社会资源，同时又不影响洞门美观，其对地基承载力要求较低，适用性广。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：常规管棚套拱施工周期长，对地基承载力要求较高，稍有不慎会发生套拱基础沉降导致套拱侵限，而且其占用空间较大，管棚施工完毕后不再拆除，特别是一些地形狭窄的地方，其侵占有限的空间，而且又不太美观。
为解决上述技术问题，本发明提供一种可重复利用的装配式套拱结构及其施工方法。
本发明通过下述技术方案实现：
本方案提供一种可重复利用的装配式套拱结构，包括：套拱基座、钢拱架、连接钢拱架的连接钢筋、孔口管；
至少3榀钢拱架纵向排列连接，每榀钢拱架都从套拱基座左侧弯曲延伸连接至套拱基座右侧；连接钢筋连接在钢拱架之间与钢拱架垂直，孔口管沿钢拱架纵向排列方向布置在钢拱架顶部。
本方案工作原理：本发明提供的可重复利用的装配式套拱结构，由套拱基座、钢拱架、连接钢拱架的连接钢筋、孔口管构成；由至少3榀钢拱架通过连接钢筋纵向连接，然后钢拱架与套拱基座相连，孔口管布置在钢拱架顶部，如此组成了本方案的装配式套拱；一般而言，隧道开挖进洞常采用大管棚进行辅助施工，为确保进洞安全，大管棚施工时需要套拱进行定位和支撑，常规的管棚套拱是先安装好工架支撑装置，然后安装钢筋网片、焊接钢管、对套拱安装模板进行加固牢固，测量校核完后浇筑混凝土，这类常规管棚套拱对地基承载力要求较高，稍有不慎还会发生套拱基础沉降导致套拱倾陷，而且其占用空间较大，管棚施工完毕后不便再拆除，特别是在一些地形狭窄的地方，管棚侵占的空间有限，而且管棚又影响。本发明提供的可重复利用的装配式套拱结构在使用套拱结构时，将孔口管一一对应固定在大管棚内，底部的3榀钢拱架通过孔口管就可以对大管棚起到固定和支撑作用，在装配式套拱结构进行定位后就可以快速的进行管棚施工。
由于装配式套拱结构由钢拱架和钢筋构成，因此装配式管棚套拱对地基承载力要求不高，当遇到高速公路线形指标要求较高、山区地形陡峭起伏大、地形斜交的偏压隧道洞口时使用本方案提供的装配式套拱结构，可以实现对边仰坡进行“零”开挖，从而避免出现隧道洞口的边坡和仰坡高度太高而影响隧道施工和运营期间的安全，同时也能够实现环境协调，体现出绿色公路理念。装配式套拱结构不需要浇筑混凝土，其安装时间较短，一天可以完成安装，比常规套拱施工需要一周节约大量时间，待管棚施工完毕后，就可以将装配式套拱结构拆除移至另外的隧道进行施工，节约了大量的社会资源，同时又不影响洞门美观，实用性非常广。
进一步优选方案为，钢拱架沿纵向间距70cm进行等间距布置。
进一步优选方案为，连接钢筋沿钢拱架环向间距为0.5m，连接钢筋的两端与各自连接的钢拱架焊接在一起。
本技术方案工作原理：每榀钢拱架都通过锚杆与套拱基座相连，竖直方向上对钢拱架进行了固定，在两个钢拱架之间环向每0.5m设置一根连接钢筋纵向连接，连接钢筋内外侧交错布置，对钢拱架进行横向固定，这样使整个套拱更加稳定。
进一步优选方案为，每榀钢拱架由2个预制构件A和至少1个预制构件B组成，预制构件B通过螺栓连接在2个预制构件A之间。
每榀钢拱架均分为三个单元，由2个预制构件A和至少1个预制构件B组成，单元之间采用螺栓连接，便于在隧道开挖前移走套拱时好将拆卸钢拱架为三个单元，减小了占用空间。
钢拱架单元划分按照分部开挖拟定，施工时可以根据实际情况调整。
进一步优选方案为，预制构件B由工字钢两端各焊接一块钢板A而成，预制构件A的工字钢一端焊接连接钢板A，另一端焊接连接钢板B。
进一步优选方案为，预制构件A通过连接钢板B与套拱基座相连。
进一步优选方案为，所述连接钢板A为：220mm长X 260mm宽X16mm厚，连接钢板B为：220mm长X 400mm宽X16mm厚。
连接钢板B要连接套拱基座和钢拱架，更大的面积的连接钢板B能够更好的承载钢拱架。
进一步优选方案为，在钢拱架顶部120°范围沿钢拱架纵向排列方向均匀布置孔口管，孔口管沿钢拱架环向间距为40cm，孔口管与钢拱架直接焊接或经过钢垫块焊接。进一步优选方案为，孔口管与钢拱架纵向外插角为2°。
一方面孔口管安装进大管棚内对大管棚进行支撑与固定，另一方面孔口管也是大管棚的导向管，起一个导向的作用，因为围岩是三相不均匀的，特别是土质中的孤石会使得钻孔偏向，另外孔口管与钢拱架纵向外插角为2°可以使得孔口管在洞顶一定范围内注浆固结形成一圈的固结体，而不是这个固结体有一部分在隧道开挖轮廓线内部，外插角要根据实际岩层产状况进行调整。
本发明还提供一种可重复利用装配式管棚套拱结构施工方法，具体步骤包括：
S1.在起拱线两侧二次衬砌外紧邻二次衬砌浇筑套拱基础；
S2.隧道内轮廓预留出相应衬砌厚度范围后预留变形量，根据确定的隧道轮廓线预制安装装配式套拱结构的钢拱架；
S3.对隧道坡面采用锚网喷进行防护后，采用锚栓将钢拱架固定在基座上；
S4.对管棚进行注浆，套拱与坡面有间隙段管棚不开孔，防止漏浆。
S5.注浆浆液初凝后，终凝前割掉管棚露空段，移走套拱，进行隧道开挖。
本发明提供一种可重复利用的装配式套拱结构，其定位后可以快速的进行管棚施工，对边仰坡进行“零”开挖，而且其安装时间较短，一天可以完成安装，比常规套拱施工需要一周节约大量时间，待管棚施工完毕后，将其拆除移至另外的隧道进行施工，节约了大量的社会资源，同时又不影响洞门美观，其对地基承载力要求较低，适用性广。
本发明的可重复利用的装配式套拱，适用性广，能适用多种地形条件，无论地形正交还是斜交，无论坡面是基岩还是土层。造价低，加工简单，施工快捷，较常规管棚节约较多时间和造价，特别适用于一个项目有较多隧道的项目。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明提供的一种可重复利用的装配式套拱结构及其施工方法，由至少3榀钢拱架通过连接钢筋纵向连接，然后钢拱架与套拱基座相连，孔口管布置在钢拱架顶部，组成的装配式套拱，对地基承载力要求不高，可以实现对边仰坡进行“零”开挖，从而避免出现隧道洞口的边坡和仰坡高度太高的安全隐患，同时也能够实现环境协调，体现出绿色公路理念；
2、本发明提供的一种可重复利用的装配式套拱结构及其施工方法，不需要后期浇筑混凝土，其安装时间较短，一天可以完成安装，比常规套拱施工需要一周节约大量时间，待管棚施工完毕后，就可以将装配式套拱结构拆除移至另外的隧道进行施工，节约了大量的社会资源，同时又不影响洞门美观，实用性非常广。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明装配式套拱结构图。
图2为钢拱架组合安装图。
图3为预制构件A示意图。
图4为预制构件B示意图。
图5为孔口管安装示意图。
图6为本装配式套拱施工断面示意图。
图7为大管棚断面示意图
附图中标记及对应的零部件名称：
1-套拱基座，2-钢拱架，3-连接钢拱架的连接钢筋，4-孔口管，5-预制构件A，6-预制构件B，7-连接钢板A，8-连接钢板B，9-工字钢，10-钢垫块，11-隧道中线地面线，12-注浆扩散半径，13-大管棚，14-初期支护，15-二次衬砌，16-预留变形量，17-施工支洞中线，18-设计高程点，19-螺栓，20-外径108mm大管棚导管，21-注浆孔，22-直径42mm固定钢管，23-主筋，24-焊接。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
如图1所示，一种可重复利用的装配式套拱结构，包括：套拱基座1、钢拱架2、连接钢拱架的连接钢筋3、孔口管4；
至少3榀钢拱架2纵向排列连接，每榀钢拱架2都从套拱基座1左侧弯曲延伸连接至套拱基座1右侧；连接钢筋3连接在钢拱架2之间与钢拱架2垂直，孔口管4沿钢拱架2纵向排列方向布置在钢拱架2顶部。
如图2所示，钢拱架2沿纵向间距70cm进行等间距布置，钢拱架2之间采用连接钢筋3纵向连接。连接钢筋3沿钢拱架2环向间距0.5m，连接钢筋3的两端与各自连接的钢拱架2焊接在一起。
每榀钢拱架2由2个预制构件A5和1个预制构件B6组成，预制构件B6通过螺栓连接在2个预制构件A5之间。
预制构件6由工字钢两端各焊接一块钢板A而成，预制构件5的工字钢一端焊接连接钢板A7，另一端焊接连接钢板B8。
所述连接钢板A7为：220mm长X 260mm宽X16mm厚，连接钢板B8为：220mm长X400mm宽X16mm厚。
图3为预制构件A示意图，图4为预制构件B示意图。
在钢拱架顶部120°范围纵向均匀布置孔口管，在钢拱架顶部120°范围内的孔口管间环向间距为40cm，孔口管与钢拱架直接焊接或经过钢垫块10焊接。如图5为孔口管安装示意图所示。
孔口管与钢拱架纵向外插角为2°。
实施例2
一种可重复利用装配式管棚套拱结构施工方法，具体步骤包括：
S1.在起拱线两侧二次衬砌外紧邻二次衬砌浇筑套拱基础；
S2.隧道内轮廓预留出相应衬砌厚度范围后预留变形量，根据确定的隧道轮廓线预制安装装配式套拱结构的钢拱架；
S3.对隧道坡面采用锚网喷进行防护后，采用锚栓将钢拱架固定在基座上；
S4.对管棚进行注浆，套拱与坡面有间隙段管棚不开孔，防止漏浆。
S5.注浆浆液初凝后，终凝前割掉管棚露空段，移走套拱，进行隧道开挖。
如图5所示，根据上述可重复利用装配式管棚套拱结构施工方法在起拱线两侧二次衬砌外紧邻二次衬砌浇筑套拱C30混凝土基础。
令隧道内轮廓半径扩大1m，起拱线以上范围为套拱范围，隧道内轮廓半径扩大1m是考虑了二次衬砌厚度，初期支护厚度和预留变形量16。根据确定的轮廓线预制I18钢拱架，每榀钢拱架均分为三个单元(两个预制构件A5和1个预制构件B6)，单元之间采用螺栓19连接。
钢拱架2沿纵向间距70cm，等间距布置3榀，钢拱架2之间的纵向连接钢筋3采用直径22mm的钢筋，沿钢拱架环向每0.5m设置一根22钢筋，钢筋的两端与钢拱架焊接在一起形成一联。每个套拱有3联。
在每联钢拱架顶部120°范围，环向间距40cm，纵向外插角2°均匀布置直径140mm孔口管4。以上钢构件均在钢构件加工厂生产，确保尺寸的精度。孔口管4采用直径140mm的热轧钢管，壁厚5mm，长2m。
对隧道坡面采用锚网喷进行防护，其措施为：
Figure BDA0002473302660000051
注浆小导管长4.5m，按1.2m间距排成梅花型布置。
Figure BDA0002473302660000052
钢筋网间距25×25cm，喷砼平均厚度10cm。其兼顾管棚注浆的封浆层。
将3联加工好的钢拱架2按照在套拱基座1上，即采用锚栓10将钢拱架2固定在套拱基座1上。采用水平钻机C6或者凿岩台车对大管棚13进行造孔。对大管棚13进行注浆，装配式套拱与坡面有间隙段大管棚13不开孔，防止漏浆。
如图7所示，大管棚设计参数：
(1)大管棚导管22规格：热轧无缝钢花管，外径108mm，壁厚6mm，每段长4～6m，分段拼装达到超前支护长度。
(2)导管上钻注浆孔21，孔径8mm，孔间距20cm，呈梅花型布置，尾部2m留不钻孔的止浆段。
(3)管距：环向间距40cm。
(4)倾角：外插角为2°
(5)注浆材料：纯水泥浆，注浆压力1～2Mpa，水灰比为1：0.5～1：1。
(6)导管内插加劲钢筋笼，主筋23要4根，直径22mm，固定钢管22采用直径42mm热轧无缝钢管制作，每段长4cm，间距150cm，与主筋之间焊接24。
注浆浆液初凝后，终凝前割掉大管棚13露空段，移走装配式套拱，清理孔口管4(便于下次使用)，进行隧道开挖。
大管棚施工：
(1)洞口管棚套拱拼装；在工作平台上架立三榀钢拱架(间距70cm)。
(2)管棚导管钻孔：管棚应按设计位置施工，钻孔立轴方向必须准确控制，以保证孔口的孔向正确。当导管钻孔的孔壁不致坍塌时，每钻完一孔便顶进一根钢管；当导管钻孔的孔壁易坍塌时，宜采用导管与钻头同时钻进的方法(即跟管钻)。钻进中应经常采用侧斜仪量测钢管钻进的偏斜度，发现偏斜超过设计要求，及时纠正。
(3)地层注浆：钻孔完成后撤出钻杆，留下导管，联上注浆接头，即可进行地层注浆，注浆材料采用纯水泥浆。
(4)充填并加固导管：先用钻具清孔、冲洗，然后插入注浆管，充填M20水泥砂浆。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可重复利用的装配式套拱结构，其特征在于，包括：套拱基座(1)、钢拱架(2)、连接钢拱架的连接钢筋(3)、孔口管(4)；
至少3榀钢拱架(2)纵向排列连接，每榀钢拱架(2)都从套拱基座(1)左侧弯曲延伸连接至套拱基座(1)右侧；连接钢筋(3)连接在钢拱架(2)之间与钢拱架(2)垂直，孔口管(4)沿钢拱架(2)纵向排列方向布置在钢拱架(2)顶部。
2.根据权利要求1所述的一种可重复利用的装配式套拱结构，其特征在于，钢拱架(2)沿纵向间距70cm进行等间距布置。
3.根据权利要求2所述的一种可重复利用的装配式套拱结构，其特征在于，连接钢筋(3)沿钢拱架(2)环向间距为0.5m，连接钢筋(3)的两端与各自连接的钢拱架(2)焊接在一起。
4.根据权利要求2所述的一种可重复利用的装配式套拱结构，其特征在于，每榀钢拱架(2)由2个预制构件A(5)和至少1个预制构件B(6)组成，预制构件B(6)通过螺栓连接在2个预制构件A(5)之间。
5.根据权利要求4所述的一种可重复利用的装配式套拱结构，其特征在于，所述预制构件B(6)由工字钢两端各焊接一块钢板A而成；预制构件A(5)由工字钢一端焊接连接钢板A(7)，另一端焊接连接钢板B(8)组成。
6.根据权利要求5所述的一种可重复利用的装配式套拱结构，其特征在于，预制构件A(5)通过连接钢板B(8)与套拱基座(1)相连。
7.根据权利要求5所述的一种可重复利用的装配式套拱结构，其特征在于，所述连接钢板A(7)为：220mm长X 260mm宽X16mm厚，连接钢板B(8)为：220mm长X 400mm宽X16mm厚。
8.根据权利要求1所述的一种可重复利用的装配式套拱结构，其特征在于，在钢拱架(2)顶部120°范围沿钢拱架(2)纵向排列方向均匀布置孔口管(4)，孔口管(4)沿钢拱架(2)环向间距为40cm，孔口管(4)与钢拱架(2)直接焊接或经过钢垫块焊接。
9.根据权利要求8所述的一种可重复利用的装配式套拱结构，其特征在于，孔口管(4)与钢拱架(2)纵向外插角为2°。
10.一种可重复利用装配式管棚套拱结构施工方法，具体步骤包括：
S1.在起拱线两侧二次衬砌外紧邻二次衬砌浇筑套拱基础；
S2.隧道内轮廓预留出相应衬砌厚度范围后预留变形量，根据确定的隧道轮廓线预制安装装配式套拱结构的钢拱架；
S3.对隧道坡面采用锚网喷进行防护后，采用锚栓将钢拱架固定在基座上；
S4.对管棚进行注浆，套拱与坡面有间隙段管棚不开孔，防止漏浆；
S5.注浆浆液初凝后，终凝前割掉管棚露空段，移走套拱，进行隧道开挖。
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