一种铁路隧道复合装配式套衬结构及其施工方法与流程

1.本发明涉及隧道施工技术领域，更具体的说是涉及一种铁路隧道复合装配式套衬结构及其施工方法。


背景技术：

2.随着我国铁路隧道的大规模修建，运营铁路隧道病害也逐渐步入高发期。隧道衬砌结构开裂、掉块、网裂、渗漏水、冻胀等病害以及隧底出现的下沉、上鼓、水沟外挤、翻浆冒泥等病害在我国东北、西南、西北、东南等地区的隧道内均有分布，这些病害已经严重威胁到列车的运行安全。
3.由于既有线天窗时间短、隧道操作空间有限、施工环境恶劣，加上施工队伍层次不齐，常规整治方法及手段往往达不到预期效果，导致隧道病害反复出现，难以根治，耗费大量人力物力财力，增大了养护维修难度及工作量，严重影响行车安全及运输效益。
4.鉴于此，如何针对所有地质条件和衬砌病害问题进行治理，并基于预制装配式理念提出便捷、高效的既有线隧道病害加固技术，是本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供了一种铁路隧道复合装配式套衬结构及其施工方法，旨在解决上述技术问题。
6.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.一种铁路隧道复合装配式套衬结构，包括：
8.拱形隧道；
9.装配式套衬；所述装配式套衬包括弧形的侧支撑衬板和拱顶支撑衬板；所述侧支撑衬板的数量为多个，且分为两组布置在所述拱形隧道的两侧，每组的多个所述侧支撑衬板沿所述拱形隧道的长度方向依次贴合布置；所述拱顶支撑衬板的数量为多个，且沿所述拱形隧道的长度方向依次贴合布置在所述拱形隧道的拱顶，每个所述拱顶支撑衬板的两端端头分别卡接固定在两侧的两个相邻的所述侧支撑衬板顶端形成的槽口内；多个所述拱顶支撑衬板与两组多个所述侧支撑衬板错缝拼接组成拱形套衬结构；
10.底部加固件；所述底部加固件安装在每个所述侧支撑衬板的底沿两端，且用于实现所述侧支撑衬板与所述拱形隧道原二衬之间的径向连接、所述侧支撑衬板与所述拱形隧道沟槽边沿之间的环向顶紧，以及相邻所述侧支撑衬板之间的纵向连接；
11.注浆层；所述注浆层填充在所述拱形套衬结构与所述拱形隧道之间的间隙。
12.通过上述技术方案，本发明具有普适性，能够针对所有地质条件和衬砌病害问题，与传统现浇式混凝土套衬结构相比，装配式套衬结构在工程造价、受力与变形适应性、可维护性、环境亲和性及结构美观等方面具有众多优点，尤其是在节省工期方面更有不可替代的优势；主要表现在装配式套衬结构强度高，变形适应能力强，结构耐久性强；施工工序简单，采用配套智能化拼装设备施工工效高，工程综合造价低；而且本发明基本不对原有结构
产生影响。
13.优选的，在上述一种铁路隧道复合装配式套衬结构中，所述侧支撑衬板和所述拱顶支撑衬板的凸起弧面均形成有波纹层，所述波纹层的波峰波谷延长方向与所述侧支撑衬板和所述拱顶支撑衬板的长度方向相同。波纹层能够为注浆层提供间隙空间和浆液的流动通道，且能够提高侧支撑衬板和拱顶支撑衬板的结构强度；波纹层的厚度为2cm，宽度为5cm。
14.优选的，在上述一种铁路隧道复合装配式套衬结构中，所述侧支撑衬板和/或所述拱顶支撑衬板上开设有注浆孔。注浆孔能够在拱形套衬结构搭建完成后，作为注浆通道，同时注浆孔也可以作为临时支撑架的支撑孔和吊装用的吊装孔。
15.优选的，在上述一种铁路隧道复合装配式套衬结构中，所述侧支撑衬板的顶端端面具有延伸的第一插接板，所述拱顶支撑衬板的两端端面均具有延伸的第二插接板，所述第一插接板和所述第二插接板均为等腰梯形板；两个相邻的所述第一插接板之间形成有与所述第二插接板形状相同的等腰梯形槽口。设计等腰梯形结构的插接板，能够使相邻两块侧支撑衬板的端头和一块拱顶支撑衬板的端头形成紧密配合。
16.优选的，在上述一种铁路隧道复合装配式套衬结构中，所述第二插接板内部开设有贯通两侧腰的承插孔，所述承插孔内固套有承插套筒；所述第一插接板内部开设有贯通两侧腰的插接孔，所述插接孔与所述承插套筒同轴对应，承插杆从所述插接孔插入，并插合固定在所述承插套筒内。本发明的衬板端头对接处采用承插式结构进行连接，连接简单方便，结构稳定可靠。
17.优选的，在上述一种铁路隧道复合装配式套衬结构中，所述侧支撑衬板和所述拱顶支撑衬板的边沿贴嵌设有遇水膨胀止水带。遇水膨胀止水带能够在注浆时起到膨胀阻隔的作用。
18.优选的，在上述一种铁路隧道复合装配式套衬结构中，所述底部加固件包括连接架、定位柱、支撑板、调节螺杆和调节螺母；所述连接架包括相邻两边焊接固定的第一钢板、第二钢板和第三钢板；所述第一钢板与所述拱形隧道的内壁贴合，且通过固定螺栓与所述拱形隧道内壁紧固连接，所述第二钢板与所述侧支撑衬板底端面贴合；所述第三钢板靠近所述侧支撑衬板的边沿，两个相邻的所述侧支撑衬板对应的两个所述第三钢板通过锁紧螺栓紧固连接；所述侧支撑衬板底端面向上开设有穿出所述侧支撑衬板凹陷面的定位孔，所述定位柱从所述定位孔顶端插入，且穿过所述第二钢板，并插入所述拱形隧道沟槽边沿开设的预设孔；所述支撑板位于所述第二钢板下方，且与所述拱形隧道沟槽边沿贴合；所述支撑板上方的所述侧支撑衬板底端面向上开设有螺纹安装孔，所述螺纹安装孔内固套有螺纹套筒，所述调节螺杆穿过所述第二钢板，所述调节螺杆顶端与所述螺纹套筒螺纹连接，底端顶紧在所述支撑板上；所述调节螺母与所述调节螺杆螺纹连接，且位于所述第二钢板下方，并与所述第二钢板底面顶紧固定。本发明提供的底部加固件能够同时实现侧支撑衬板与拱形隧道原二衬之间的径向连接、侧支撑衬板与拱形隧道沟槽边沿之间的环向顶紧，以及相邻侧支撑衬板之间的纵向连接，连接简单方便，容易操作施工。
19.本发明还提供了一种铁路隧道复合装配式套衬结构的施工方法，包括以下步骤：
20.s1、先将两个所述侧支撑衬板通过底部加固件对称连接在所述拱形隧道两侧，然后实现所述底部加固件与所述拱形隧道原二衬之间的径向连接，再将一个所述拱顶支撑衬
板连接在两个所述侧支撑衬板之间，实现一个环体结构的搭建；
21.s2、重复s1的操作，依次进行所述环体结构的顺次搭建，并将相邻的所述底部加固件进行纵向连接，每增加一个所述环体结构的同时，对所述侧支撑衬板和所述拱顶支撑衬板进行环向压紧，并调节所述底部加固件进行顶紧支撑；以此形成所述拱形套衬结构；
22.s3、在所述拱形套衬结构搭建完成后，支模对所述底部加固件进行注浆封堵，然后对所述拱形套衬结构与所述拱形隧道之间的间隙进行填充，形成所述注浆层。
23.优选的，在上述一种铁路隧道复合装配式套衬结构的施工方法中，在步骤s1和s2中，所述拱顶支撑衬板和两侧的所述侧支撑衬板之间通过承插式结构连接；在所述环体结构搭建的过程中，通过支撑架对所述侧支撑衬板和所述拱顶支撑衬板进行支撑。
24.优选的，在上述一种铁路隧道复合装配式套衬结构的施工方法中，在步骤s2中，在进行所述侧支撑衬板和所述拱顶支撑衬板的环向压紧时，使用千斤顶支撑在所述拱形隧道沟槽边沿和所述侧支撑衬板的底端面之间进行调节。
25.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种铁路隧道复合装配式套衬结构的施工方法，具有以下有益效果：
26.1、本发明具有普适性，能够针对所有地质条件和衬砌病害问题。
27.2、即时承载：一经装配成环，不需养护时间，即可发挥承载作用，有利于保障工程质量，且结构受力性能优良，结构强度高，耐久性强。
28.3、加快进度：机械化程度高，拼装速度快，作业环节少，有利于控制造价，缩短工期。
29.4、节省劳力：大量构件可以在工厂成批生产，在洞内进行机械化拼装，从而节省劳动力。
30.5、适用广泛：装配式衬砌适应能力强，特别是在高寒高海拔等特殊的环境中仍可以采用，占用空间小，能够满足隧道结构各项限界要求。
31.6、绿色环保：拼装时，不需要大量临时支护如拱架、模板等，从而节省了大量的支撑材料及劳动力，且对原有结构的破坏程度降到最低，基本不对原结构产生任何不良影响。
32.7、作业安全：工厂生产，机械装配的成套体系形成，有利于降低作业噪音与粉尘，减少人员身体伤害。
附图说明
33.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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
34.图1附图为本发明提供的铁路隧道的结构示意图；
35.图2附图为本发明提供的铁路隧道去除拱形隧道后的结构示意图；
36.图3附图为本发明提供的图2中局部a的放大图；
37.图4附图为本发明提供的图2中局部b的放大图；
38.图5附图为本发明提供的侧支撑衬板的结构示意图；
39.图6附图为本发明提供的拱顶支撑衬板的结构示意图。
40.其中：
41.1-拱形隧道；
42.2-装配式套衬；
43.21-侧支撑衬板；211-第一插接板；2111-插接孔；2112-定位孔；22-拱顶支撑衬板；221-第二插接板；2211-承插孔；23-注浆孔；24-承插杆；
44.25-遇水膨胀止水带；
45.3-底部加固件；
46.31-连接架；311-第一钢板；312-第二钢板；313-第三钢板；32-定位柱；
47.33-支撑板；34-调节螺杆；35-调节螺母；36-固定螺栓；37-锁紧螺栓；4-注浆层。
具体实施方式
48.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。
49.参见附图1至附图6，本发明实施例公开了一种铁路隧道复合装配式套衬结构，包括：
50.拱形隧道1；
51.装配式套衬2；装配式套衬2包括弧形的侧支撑衬板21和拱顶支撑衬板22；侧支撑衬板21的数量为多个，且分为两组布置在拱形隧道1的两侧，每组的多个侧支撑衬板21沿拱形隧道1的长度方向依次贴合布置；拱顶支撑衬板22的数量为多个，且沿拱形隧道1的长度方向依次贴合布置在拱形隧道1的拱顶，每个拱顶支撑衬板22的两端端头分别卡接固定在两侧的两个相邻的侧支撑衬板21顶端形成的槽口内；多个拱顶支撑衬板22与两组多个侧支撑衬板21错缝拼接组成拱形套衬结构；
52.底部加固件3；底部加固件3安装在每个侧支撑衬板21的底沿两端，且用于实现侧支撑衬板21与拱形隧道1原二衬之间的径向连接、侧支撑衬板21与拱形隧道1沟槽边沿之间的环向顶紧，以及相邻侧支撑衬板21之间的纵向连接；
53.注浆层4；注浆层4填充在拱形套衬结构与拱形隧道1之间的间隙。
54.为了进一步优化上述技术方案，侧支撑衬板21和拱顶支撑衬板22的凸起弧面均形成有波纹层，波纹层的波峰波谷延长方向与侧支撑衬板21和拱顶支撑衬板22的长度方向相同。
55.为了进一步优化上述技术方案，侧支撑衬板21和/或拱顶支撑衬板22上开设有注浆孔23。
56.为了进一步优化上述技术方案，侧支撑衬板21的顶端端面具有延伸的第一插接板211，拱顶支撑衬板22的两端端面均具有延伸的第二插接板221，第一插接板211和第二插接板221均为等腰梯形板；两个相邻的第一插接板211之间形成有与第二插接板221形状相同的等腰梯形槽口。
57.为了进一步优化上述技术方案，第二插接板221内部开设有贯通两侧腰的承插孔2211，承插孔2211内固套有承插套筒；第一插接板211内部开设有贯通两侧腰的插接孔
2111，插接孔2111与承插套筒同轴对应，承插杆24从插接孔2111插入，并插合固定在承插套筒内。
58.为了进一步优化上述技术方案，侧支撑衬板21和拱顶支撑衬板22的边沿贴嵌设有遇水膨胀止水带25。
59.为了进一步优化上述技术方案，底部加固件3包括连接架31、定位柱32、支撑板33、调节螺杆34和调节螺母35；连接架31包括相邻两边焊接固定的第一钢板311、第二钢板312和第三钢板313；第一钢板311与拱形隧道1的内壁贴合，且通过固定螺栓36与拱形隧道1内壁紧固连接，第二钢板312与侧支撑衬板21底端面贴合；第三钢板313靠近侧支撑衬板21的边沿，两个相邻的侧支撑衬板21对应的两个第三钢板313通过锁紧螺栓37紧固连接；侧支撑衬板21底端面向上开设有穿出侧支撑衬板21凹陷面的定位孔2112，定位柱32从定位孔2112顶端插入，且穿过第二钢板312，并插入拱形隧道1沟槽边沿开设的预设孔；支撑板33位于第二钢板312下方，且与拱形隧道1沟槽边沿贴合；支撑板33上方的侧支撑衬板21底端面向上开设有螺纹安装孔，螺纹安装孔内固套有螺纹套筒，调节螺杆34穿过第二钢板312，调节螺杆34顶端与螺纹套筒螺纹连接，底端顶紧在支撑板33上；调节螺母35与调节螺杆34螺纹连接，且位于第二钢板312下方，并与第二钢板312底面顶紧固定。
60.本实施例提供的铁路隧道复合装配式套衬结构的施工方法包括以下步骤：
61.s1、先将两个侧支撑衬板21通过底部加固件3对称连接在拱形隧道1两侧，然后实现底部加固件3与拱形隧道1原二衬之间的径向连接，再将一个拱顶支撑衬板22连接在两个侧支撑衬板21之间，实现一个环体结构的搭建；
62.s2、重复s1的操作，依次进行环体结构的顺次搭建，并将相邻的底部加固件3进行纵向连接，每增加一个环体结构的同时，对侧支撑衬板21和拱顶支撑衬板22进行环向压紧，并调节底部加固件3进行顶紧支撑；以此形成拱形套衬结构；
63.s3、在拱形套衬结构搭建完成后，支模对底部加固件3进行注浆封堵，然后对拱形套衬结构与拱形隧道1之间的间隙进行填充，形成注浆层4。
64.为了进一步优化上述技术方案，在步骤s1和s2中，拱顶支撑衬板22和两侧的侧支撑衬板21之间通过承插式结构连接；在环体结构搭建的过程中，通过支撑架对侧支撑衬板21和拱顶支撑衬板22进行支撑。
65.为了进一步优化上述技术方案，在步骤s2中，在进行侧支撑衬板21和拱顶支撑衬板22的环向压紧时，使用千斤顶支撑在拱形隧道1沟槽边沿和侧支撑衬板21的底端面之间进行调节。
66.本实施例的具体施工方法可以延伸为以下步骤：
67.准备阶段：对病害整治段里程提前进行测量放线，并按照拼装结构对应位置布设预设孔。调整或拆除施工段内的线缆卡具；通过拼装机或平板车将装配式套衬2运送至待施工作业段，将连接架31带支撑板33部分安装在侧支撑衬板21的底端面上。
68.拼装阶段-第一环底部：两块支撑板33安装完毕后，通过拼装机械设备将第一块侧支撑衬板21进行拼装，撤掉机械装备前采用临时支撑杆作为防护倾倒措施，同时，通过底部加固件3提前设置的螺栓孔向原二衬结构打孔，将固定螺栓36拧紧，外侧定位柱32插入底部平台。开展底部加固件3连接工作时，机械装备进行第二块侧支撑衬板21的拼装工作。
69.拼装阶段-第一环拱顶：完成底部两块侧支撑衬板21拼装后，进行拱顶支撑衬板22
拼装，本结构拼装需沿隧道断面平移拼装，纵向螺栓连接，为保障拱顶支撑衬板22的稳固，仍需进行临时支撑。
70.拼装阶段-施加环向压紧：重复上述步骤，拼装第二环的侧支撑衬板21，并进行侧支撑衬板21的纵向连接。待完成第二环两块侧支撑衬板21拼装后，对结构进行环向压紧，压紧后拧紧底部加固件3的调节螺杆34。
71.拼装阶段-往复拼装：重复上述拼装阶段进行后续套衬结构的拼装，在遇到不可拆除接触网时，采用定制的接触网部位开槽预制件。
72.壁后注浆：完成装配式套衬结构所有拼装或部分拼装工作后，对结构进行壁后注浆，为保证浆液对于套衬和原结构的连接性，注浆前可先喷涂混凝土界面剂或者准备阶段采用硬质毛刷对原二衬进行类凿毛处理，注浆前对结构两侧边界面和底部加固件3处支模封堵，通过拱顶注浆孔注浆，具体浆液量可根据波纹尺寸计算得出。注浆完成后将注浆孔23进行封堵。
73.设施恢复：对既有电缆线、接触网等设施进行恢复工作。
74.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
75.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。