一种隧道洞门墙石材饰面结构的制作方法

1.本实用新型涉及一种隧道建设领域，具体是指一种隧道洞门墙石材饰面结构。


背景技术：

2.建筑外墙干挂石材应用十分广泛，个别交通隧道工程试着直接移植至隧道洞门墙石材饰面，但由于该方法存在一定的安全隐患，故未取得实质性的进展。主要原因是交通隧道与建筑工程不同，交通隧道洞门墙的受力情况十分复杂，既存在渗透水、冰雪、自然风力等气候环境影响，又有行车振动和车辆活塞风受力等外力。因此，隧道洞门墙石材饰面结构需要综合考虑上述因素，方能确保工程营运安全和交通畅通。


技术实现要素：

3.本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷而提供一种构造简单、施工便利、安全可靠、美观实用、资源节约的隧道洞门墙石材饰面结构。
4.本实用新型的技术问题通过以下技术方案实现：
5.一种隧道洞门墙石材饰面结构，包括构成隧道洞门墙的墙面和拱圈，以及构成石材饰面的多块方形饰面、多块条形饰面和多块弧形饰面，所述的多块方形饰面平整铺贴在墙面上，每块方形饰面的背面中部均设有面凹槽和嵌固在面凹槽内的7形板嵌件，每块方形饰面的上缘面和下缘面均设有边凹槽，每相邻两块方形饰面的边凹槽之间均设有t形板嵌件，且7形板嵌件和t形板嵌件均经连接件与倾斜锚固在隧道洞门墙上的锚栓连接；所述的多块条形饰面沿水平方向铺贴在墙面顶部，每块条形饰面均与相邻的方形饰面粘合连接；所述的多块弧形饰面沿拱圈外沿铺贴，每块弧形饰面的背面中部均设有面凹槽和嵌固在面凹槽内的7形板嵌件，该7形板嵌件经连接件与倾斜锚固在隧道洞门墙上的锚栓连接；所述的石材饰面与隧道洞门墙之间设有多根沿纵横方向布置的渗水管和灌注自密实混凝土，每相邻两块石材饰面之间均密封胶合。
6.所述的连接件包括内角钢连接件和外角钢连接件；所述的t形板嵌件经外角钢连接件与倾斜锚固在隧道洞门墙上的锚栓连接；所述的7形板嵌件经内角钢连接件与倾斜锚固在隧道洞门墙上的锚栓连接；所述的内角钢连接件与外角钢连接件之间设有互相连接的十字板。
7.所述的隧道洞门墙顶部埋置避雷针，该避雷针经导线与所有连接件连通，再接入接地线。
8.所述的渗水管为耐久性asa改性树脂管，外径1.5cm～2.0cm、壁厚1.5mm～2.0mm,该渗水管外包双层土工布，并沿隧道洞门墙墙面的纵横方向间距各为50cm～100cm布置，渗水管相互连接处用树脂胶密封，纵向渗水管每隔50cm～100cm作梅花状穿孔贯通全断面，横向渗水管朝上部分每隔50cm～100cm作梅花状半圆贯通；所述的渗水管绑扎在连接件上，且渗水管的最低端接口接入隧道的纵向排水沟内。
9.所述的方形饰面每块长度110cm～120cm、宽度50cm～60cm、厚度2.8cm～3.2cm，弧
形饰面每块长度80cm～120cm、宽度同拱圈宽度、厚度2.8cm～3.2cm，条形饰面每块长度110cm～120cm、宽度20cm～30cm、厚度8cm～10cm；所述方形饰面的上缘面和下缘面的中间切割出边凹槽，该边凹槽尺寸不小于高20mm
×
宽0.8mm，其内由t形板嵌件嵌固，边凹槽与t形板嵌件的间隙1.5mm～2.0mm；所述方形饰面的背面中部切割出多个面凹槽，每个面凹槽的尺寸均不小于高120mm
×
宽20mm，每个面凹槽内均由7形板嵌件嵌固，该面凹槽与7形板嵌件的间隙1.5mm～2.0mm；所述弧形饰面的背面中部切割出多个面凹槽，每个面凹槽的尺寸均不小于高120mm
×
宽20mm，每个面凹槽内均由7形板嵌件嵌固，该面凹槽与7形板嵌件的间隙1.5mm～2.0mm；所述的条形饰面经水泥砂浆粘结在隧道洞门墙的墙面顶部，并悬出方形饰面和弧形饰面构成的平面5cm～8cm；所述的相邻两块石材饰面之间均设有分隔缝，该分隔缝内填塞泡沫条和硅酮结构密封胶作密封胶合。
10.所述的外角钢连接件的尺寸不小于∟50mm
×
5mm、长度与方形饰面的长度相同；所述的内角钢连接件的尺寸不小于∟50mm
×
5mm
×
120mm。
11.所述的锚栓为钢质棒材，一端端头车有螺纹，另一端插入锚栓孔内，多个锚栓孔与水平面成角在隧道洞门墙上钻孔，，多个锚栓孔与锚栓的间隙由高强度水泥砂浆粘结，将螺帽与契形垫块、连接多个锚栓的连接件锚固，该连接件再用螺栓与t形板嵌件或7形板嵌件连接；所述的契形垫块契形倾角为；所述的多个锚栓的平面布置视拱圈的不同位置相应调节其间距和平面位置。
12.所述的自密实混凝土为自密实纤维混凝土，其在自身重力作用下,无需任何振捣即能密实成型的高性能水泥混凝土；所述的自密实混凝土内掺加聚丙烯纤维类无机纤维，并填灌入石材饰面与隧道洞门墙表面以及连接件和渗水管之间的空隙；自密实混凝土的最小层厚不小于2cm，构成自密实混凝土的粗骨料直径不大于1.0cm。
13.与现有技术相比，本实用新型主要提供了一种隧道洞门墙石材饰面结构，其具有如下优点：一是针对交通隧道与建筑工程的不同特点，综合考虑交通隧道洞门墙的复杂受力情况，既考虑渗透水、冰雪、自然风力等气候环境影响，又考虑行车振动和车辆活塞风受力等外力荷载，确保安全；二是根据隧道洞门墙石材饰面的受力特点，将锚栓设置为与墙面成一定夹角，优化结构受力，将石材饰面部分竖向受力转化为锚栓的受压力，且锚栓孔倾斜向上灌注砂浆时与常规的水平向锚栓孔相比避免砂浆外流浪费，既节约材料又方便砂浆灌入密实；三是所用的连接件均为普通钢材，比常规使用的不锈钢连接件节约费用，相邻连接件之间用十字板相互焊接，增强整体稳定性，同时石材饰面与隧道洞门墙表面之间设置纵横向渗水管排水，空隙内又由掺加聚丙烯纤维类无机纤维的自密实混凝土灌实，综合石材饰面湿贴法、干挂法等方法的优点，提高抗裂性和耐久性；四是所提供的计算方法原理清晰、实用易行，可作为隧道洞门墙石材饰面结构设计和施工的指导，提高了安全质量性能。因此，本实用新型是一种构造简单、施工便利、安全可靠、美观实用、资源节约的隧道洞门墙石材饰面结构，它能确保工程营运安全和交通畅通，结合相应的施工方法，更具有较高的经济效益和社会效益。
附图说明
14.图1为本实用新型的结构立面示意图。
15.图2为隧道洞门墙石材饰面的结构立面图。
16.图3为图2的
ⅰ‑ⅰ
、
ⅱ‑ⅱ
剖面图。
17.图4为图2的
ⅲ‑ⅲ
剖面图。
18.图5为锚栓的受力计算图式。
具体实施方式
19.下面将按上述附图对本实用新型实施例再作详细说明。
20.如图1~图5所示，1.隧道洞门墙、11.拱圈、12.墙面、13.避雷针、14.接地线、2.渗水管、21.横向渗水管、22.纵向渗水管、3.石材饰面、31.方形饰面、32.条形饰面、33.弧形饰面、34.边凹槽、35.面凹槽、36.分隔缝、4.锚栓、41.水泥砂浆、42.螺帽、43.契形垫板、5.连接件、511.外角钢连接件、512.内角钢连接件、52.t形板嵌件、53.7形板嵌件、54.十字板、55.螺栓、6.自密实混凝土。
21.一种隧道洞门墙石材饰面结构，如图1~图4所示，涉及一种隧道建设领域，它主要是在构成水泥混凝土隧道洞门墙的墙面12、拱圈11和墙面顶部铺贴多块石材饰面3，该隧道洞门墙1为隧道洞门的防护工程结构，可作为石材饰面3、连接件5、锚栓4和自密实混凝土6等的设置基础，而石材饰面3为花岗岩类不易风化石材，采用三类样式，分别为多块方形饰面31、多块条形饰面32和多块弧形饰面33。
22.所述的多块方形饰面31平整铺贴在墙面12上，该方形饰面31每块长度110cm～120cm、宽度50cm～60cm、厚度2.8cm～3.2cm，每块方形饰面31的背面中部均设有面凹槽35和嵌固在面凹槽内的7形板嵌件，每块方形饰面31的上缘面和下缘面均设有边凹槽34，每相邻两块方形饰面31的边凹槽之间均设有t形板嵌件，且7形板嵌件和t形板嵌件均经连接件5与倾斜锚固在隧道洞门墙1上的锚栓4连接。
23.所述的多块条形饰面32沿水平方向铺贴在墙面12顶部，该条形饰面32每块长度110cm～120cm、宽度20cm～30cm、厚度8cm～10cm，每块条形饰面32均与相邻的方形饰面31粘合连接。
24.所述的多块弧形饰面33沿拱圈11外沿铺贴，该弧形饰面33每块长度80cm～120cm、宽度同拱圈宽度、厚度2.8cm～3.2cm，每块弧形饰面33的背面中部均设有面凹槽35和嵌固在面凹槽内的7形板嵌件，该7形板嵌件经连接件5与倾斜锚固在隧道洞门墙1上的锚栓4连接。
25.其中，连接件5主要由内角钢连接件512和外角钢连接件511构成，上述部件均采用普通钢制材料。
26.而且，t形板嵌件52是经外角钢连接件511与倾斜锚固在隧道洞门墙1上的锚栓4连接，该外角钢连接件511的尺寸不小于∟50mm
×
5mm、长度与方形饰面31的长度相同；7形板嵌件53是经内角钢连接件512与倾斜锚固在隧道洞门墙1上的锚栓4连接，该内角钢连接件512的尺寸不小于∟50mm
×
5mm
×
120mm，再在内角钢连接件512与外角钢连接件511之间设有互相连接的十字板54进行加强。而t形板嵌件52与外角钢连接件511、7形板嵌件53与内角钢连接件512主要采用螺栓55连接固定。
27.所述的边凹槽34是在方形饰面31的上缘面和下缘面的中间通长切割而出，该边凹槽34是一个方形凹槽，尺寸不小于高20mm
×
宽0.8mm，上下相邻方形饰面31的两个边凹槽之间，也就是上一块方形饰面下缘面上的边凹槽与下一块方形饰面上缘面上的边凹槽内之间
由t形板嵌件52作共同嵌固，且边凹槽34与t形板嵌件52的间隙1.5mm～2.0mm。
28.所述的面凹槽35是在方形饰面31的背面中部和弧形饰面33的背面中部切割出多个，每个面凹槽35也均是方形凹槽，尺寸均不小于高120mm
×
宽20mm，每个面凹槽35内均由7形板嵌件53嵌固，故面凹槽个数与7形板嵌件个数保持相同，该面凹槽35与7形板嵌件53的间隙1.5mm～2.0mm。
29.所述的条形饰面32经水泥砂浆41粘结在隧道洞门墙1的墙面12顶部，并悬出方形饰面31和弧形饰面33构成的平面5cm～8cm，该水泥砂浆41为高强度水泥砂浆，通过试验确定原材料和配合比。
30.所述的多个石材饰面3是按照隧道洞门墙1的大小规模分块的，隧道洞门墙上哪些部位需要铺贴方形饰面31或条形饰面32或弧形饰面33必须要求美规整洁，相邻两块石材饰面3之间均设有0.8cm～1.2cm的分隔缝36，例如分隔缝可设置在相邻两块方形饰面31、条形饰面32和弧形饰面33，也可设置在方形饰面31与条形饰面32之间或方形饰面31与弧形饰面33之间，沿竖向的分隔缝36相互错开不留竖向通缝，并在朝隧道洞门墙石材饰面出面方向的分隔缝36内填塞泡沫条和硅酮结构密封胶作密封胶合以固定住石材饰面。
31.所述的石材饰面4与隧道洞门墙1之间设有多根沿纵横方向布置的渗水管2以便于排泄渗透水，待硅酮结构密封胶固化后，在石材饰面3与隧道洞门墙1之间的间隙内还灌注自密实混凝土进6行连接加固；所述的渗水管2选用耐久性asa改性树脂管，外径1.5cm～2.0cm、壁厚1.5mm～2.0mm,该渗水管2外包双层土工布，并沿隧道洞门墙墙面12的纵横方向间距各为50cm～100cm布置，也就是沿水平方向的横向渗水管21和沿竖直方向的纵向渗水管22，纵横向渗水管相互连接处用树脂胶密封，纵向渗水管22每隔50cm～100cm作梅花状穿孔贯通全断面，横向渗水管21朝上部分每隔50cm～100cm作梅花状半圆贯通，所有渗水管2都通过钢丝绑扎在各个连接件5上，且渗水管2最低端的接口接入隧道的纵向排水沟内。
32.所述的自密实混凝土6为自密实纤维混凝土，其在自身重力作用下,无需任何振捣即能密实成型的高性能水泥混凝土，主要通过控制水泥强度和水灰比、龄期、养护条件等使自密实混凝土强度等级满足配合比设计强度等级的要求，并使弹性模量、高抗裂性、长期性能和耐久性等其他性能符合设计或相关标准。所述的自密实混凝土内掺加聚丙烯纤维类无机纤维，增强抗裂性，并填灌入多个石材饰面3与隧道洞门墙1表面以及连接件和渗水管之间的空隙；自密实混凝土6的最小层厚不小于2cm，构成自密实混凝土6的粗骨料直径不大于1.0cm。
33.同时，隧道洞门墙1顶部埋置避雷针13，该避雷针经导线与所有连接件5连通，再接入接地线14，而避雷针13、接地线14均为隧道洞门墙1的防雷设置部件，避雷针13、导线和接地线14深度需符合二级防雷技术要求。
34.所述的多个锚栓4是隧道洞门墙1上石材饰面3结构的主要受力部件，该锚栓4为长度的钢质棒材，一端端头车有螺纹，另一端插入直径为的锚栓孔内，多个锚栓孔与水平面成角在隧道洞门墙1上钻孔，，多个锚栓孔与锚栓4的间隙由高强度水泥砂浆41粘结，将螺帽42与契形垫块43、连接多个锚栓4的连接件5锚固，该连接件再用螺栓55与t形板嵌件52或7形板嵌件53连接；所述的契形垫块43契形倾角为；所述的多个锚栓4的平面布置视拱圈11的不同位置相应调节其间距和平面位置。
35.所述的每根锚栓4直径为，与水平面成角锚固在隧道洞门墙1上，也就是由上而下倾斜锚固，每根锚栓4总长度为，端头长度车有螺纹，并通过螺帽42、契形垫块43与连接件5锚固，锚栓4与连接件5为弹性嵌固连接，锚栓4锚入隧道洞门墙1上的锚栓孔内的锚固长度为，锚栓孔用水泥砂浆41粘合，锚栓4受到自密实混凝土6自重、石材饰面3、连接件5自重和冰雪、自然风力、行车振动、车辆活塞风等外力作用下，每根锚栓4作为一端弹性嵌固、一端自由的弹性地基梁受力，弹性嵌固端、自由端，水泥砂浆41的拉力弹性系数和压力弹性系数分别为，综合弹性系数等于拉力弹性系数和压力弹性系数之和即，综合弹性反力为，根据弹性地基梁力学理论，锚栓受力计算如下：
36.公式一、
[0037][0038]
由以上式可得到
[0039]
由以上方程组可求出；
[0040]
公式二、
[0041][0042]
公式一、公式二中的各符号定义为：
[0043]
——锚栓4预留在隧道洞门墙1上的作用力作用点的水平计算长度，；
[0044]
——锚栓锚固在隧道洞门墙上的长度，；
[0045]
——锚栓4的直径，；
[0046]
——锚栓孔的直径，；
[0047]
——锚栓4与水平线的夹角，；
[0048]
——以隧道洞门墙1上锚栓中心点为原点沿锚栓4长度的坐标值，；
[0049]
——以隧道洞门墙1上锚栓4中心点为原点垂直于锚栓长度的变形曲线方程即锚栓处的变形值，；
[0050]
——锚栓处最大变形的绝对值，；
[0051]
——分别为水泥砂浆41的综合弹性系数、拉力弹性系数和压力弹性系数,通过试验确定，缺乏试验资料时，根据有关规范确定,；
[0052]
——综合弹性反力,；
[0053]
——锚栓4的抗弯刚度，；
[0054]
——作用在锚栓4距隧道洞门墙1表面的水平计算长度外端a的单个锚栓的荷载，单个锚栓4的荷载包括自密实混凝土6自重、石材饰面3、连接件5自重和冰雪、自然风力、行车振动、车辆活塞风的外力，，；
[0055]
——作用在单个锚栓4上荷载包括自密实混凝土6自重、石材饰面3、连接件5自重和冰雪、自然风力的常规总荷载，；
[0056]
——车辆活塞风荷载，车辆行驶至隧道口时，由于隧道壁所构成的空间限制,车辆所推挤的空气不能全部绕流到车辆后方,必然有部分空气会被车辆向前推动，而车辆尾端后方存在着负压区域，这就称为“活塞效应”，此时隧道洞门墙产生向隧道洞门内的车辆活塞风拉力荷载，车辆活塞风荷载与车辆的速度、车辆数量以及隧道口环境、隧道内壁摩阻力的众多因素有关，作用在单个锚栓上的车辆活塞风荷载力由试验检测得到，；
[0057]
——作用在单个锚栓4上行车振动系数，通过试验确定，缺乏试验资料时，参照
有关规范确定，或视隧道口的路面衔接平整情况对车辆平稳行驶状态取1.05～1.45；
[0058]
——分别为锚栓处的弯矩、剪力和转角，；
[0059]
——作用在锚栓端的力矩和剪力，；
[0060]
——作用在锚栓b端的力矩和剪力，；
[0061]
——系数，，；
[0062]
——锚栓4作为弹性地基梁计算的变形系数；
[0063]
——分别为锚栓4的容许抗弯弯矩和容许抗剪强度，；
[0064]
——分别为水泥砂浆41的容许抗拉强度和容许抗压强度，。
[0065]
另外，该隧道洞门墙石材饰面结构施工方法包括如下步骤：
[0066]
步骤一、调查检测和设计计算
[0067]
根据隧道洞门墙1的建设规模初步设计石材饰面的结构方案，并提出所用材料的技术要求和标准；
[0068]
通过试验确定，或缺乏试验资料时，根据有关规范分别确定水泥砂浆41的综合弹性系数、拉力弹性系数和压力弹性系数；
[0069]
通过调查、计算作用在单个锚栓4上荷载，包括自密实混凝土6自重、石材饰面3、连接件5自重和冰雪、自然风力的常规总荷载；
[0070]
通过检测、计算作用在单个锚栓4上的车辆活塞风荷载；
[0071]
通过试验确定，或缺乏试验资料时，参照有关规范确定或视隧道口的路面衔接平整情况对车辆平稳行驶状态选取行车振动系数；
[0072]
由公式一、公式二计算锚栓长度和规格尺寸及材料要求；
[0073]
设计详细的施工图，确定原材料、施工技术要求和标准；
[0074]
步骤二、制作石材饰面的结构部件
[0075]
复核隧道洞门墙尺寸是否与设计图纸一致；
[0076]
②
按设计图纸制作渗水管和连接件，数量和质量符合设计要求；
[0077]
按设计图纸选用石材饰面的外观色泽、质地，切割外形尺寸、凹槽、数量和规格符合设计要求；
[0078]
步骤三、搭设施工脚手架
[0079]
沿隧道洞门墙搭设施工脚手架，脚手架与隧道洞门墙之间的预留宽度以方便施工操作为宜；
[0080]
②
清理隧道洞门墙上的混凝土残渣、水泥浆，凿毛局部过于光滑处混凝土；
[0081]
按设计图纸划线石材饰面分块、标出锚栓位置标记和渗水管位置标记；
[0082]
步骤四、安装渗水管
[0083]
从上而下安装纵向渗水管22和横向渗水管21，渗水管2用水泥钉和铁丝固定；
[0084]
②
纵向渗水管22与横向渗水管21接头用硅酮结构密封胶密封；
[0085]
渗水管2最底下的接口接入隧道的纵向排水沟内；。
[0086]
步骤五、石材饰面施工
[0087]
通过试验确定水泥砂浆41、自密实混凝土6和硅酮结构密封胶的原材料和配合比；
[0088]
②
锚栓钻孔，锚栓孔的孔径和深度符合设计要求，钻孔完成后用空压机压气清孔；
[0089]
拌制水泥砂浆，首孔灌入砂浆通过锚栓试插确定砂浆的灌入量以免过量浪费；锚栓孔内灌入水泥砂浆41，来回旋转插入锚栓到底直至孔口溢出砂浆，外挂土工布洒水养护规定时间；
[0090]
安装底下第一排方形饰面和底下第一块弧形饰面的连接件5，安装底下第一排方形饰面和底下第一块弧形饰面，并调整方形饰面的平面位置准确；在第一排方形饰面侧面与底下第一块弧形饰面侧面预留分隔缝36，分隔缝内填塞泡沫条，该泡沫条外填塞硅酮结构密封胶作密封胶合；
[0091]
待硅酮结构密封胶固化后，将拌制完成的自密实混凝土灌入第一排方形饰面、第一块弧形饰面与隧道洞门墙墙面之间的空隙，用木榔头轻轻敲击第一排方形饰面和底下第一块弧形饰面，待自密实混凝土浇灌密实，清理底下第一排方形饰面顶部边凹槽内的混凝土浆液，覆盖土工布养护；
[0092]
按本步骤、安装上排及以上各排方形饰面，如上排或上排以上各排方形饰面的高度高于底下第一块弧形饰面时，再继续同时安装第二块弧形饰面，以使拱圈处的弧形饰面与方形饰面同步安装，上下排、同排周边以及与弧形饰面的分隔缝内均填塞泡沫条和硅酮结构密封胶作密封胶合，待硅酮结构密封胶固化后，灌注自密实混凝土；一个拱圈对称安装施工，待方形饰面安装完成后，在最高排方形饰面的顶部铺设砂浆，安装条形饰面；
[0093]
步骤六、安装防雷装置
[0094]
在最底下第一排方形饰面和最底下第一块弧形饰面前埋下接地线14；
[0095]
②
在锚栓4、连接件5安装完成后用导线连通所有连接件和接入接地线14，并预留最高排连接件至顶部避雷针13的连接导线；
[0096]
在最高排方形饰面顶部铺设水泥砂浆41、安装条形饰面32前预埋顶部避雷针13；
[0097]
步骤七、石材饰面养护和质量检验
[0098]
在锚栓4灌入水泥砂浆41直至所有石材饰面3施工过程中，注重工程施工质量，并进行必需的试验检测，及时养护保证内在质量，分隔缝36宽度一致，石材饰面3的分块线条顺直，沿竖向的分隔缝36相互错开不留竖向通缝，外观平整美观。
[0099]
以上所述仅是本实用新型的具体实施例，本领域技术人员应该理解，任何与该实施例类似的结构设计，均应包含在本实用新型的保护范围之内。