一种隧道暗洞拱墙衬砌结构及施工方法与流程

本发明涉及隧道，尤其是一种隧道暗洞拱墙衬砌结构及施工方法。

背景技术：

1、目前山岭隧道施工，钻爆法仍然是主要的施工方法，并且隧道拱墙衬砌结构也是以现浇为主，而现浇结构在施工过程中易受现场的施工条件、外部环境、施工人员以及自然灾害等因素影响，现浇隧道拱墙衬砌结构施工时存在厚度不均、混凝土浇筑不密实等问题，部分隧道会出现衬砌脱空、变形、开裂等病害，降低了隧道运营期间的安全性以及隧道结构的耐久性；采用现浇混凝土结构存在施工工序复杂、施工时间长、结构不能及时封闭，工作人员暴露在围岩内侧存在较大安全存在风险等，这就迫切需要一种新型隧道拱墙衬砌结构来消除现浇结构的这些缺陷。

2、鉴于此，有必要提出一种隧道暗洞拱墙衬砌结构及施工方法以解决或至少缓解上述缺陷。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种隧道暗洞拱墙衬砌结构及施工方法，以解决现有技术中隧道拱墙衬砌结构采用现浇方式存在施工工序复杂、施工效率低以及工作人员施工安全风险大的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种隧道暗洞拱墙衬砌结构，包括多个设于隧道围岩内侧且与隧道围岩之间具有隔层空间的拱形波纹钢板单元，多个沿隧道延伸方向间隔排布的钢拱架单元，多个所述拱形波纹钢板单元沿隧道延伸方向依次连接；其中，

3、所述拱形波纹钢板单元上开设有注浆孔，泡沫混凝土通过所述注浆孔填充在所述隔层空间内形成灌浆填充层；所述钢拱架单元连接在所述拱形波纹钢板单元的内侧并与所述注浆孔错开布设，所述拱形波纹钢板单元的内侧通过喷射钢纤维混凝土形成喷射加固层；

4、其中，每个所述拱形波纹钢板单元包括沿隧道延伸方向连接的第一波纹钢板单元和第二波纹钢板单元，所述第一波纹钢板单元包括多块沿隧道环向依次连接的第一波纹钢板，所述第二波纹钢板单元包括多块沿隧道环向依次连接的第二波纹钢板，相邻两块所述第一波纹钢板之间形成第一纵向接缝，相邻两块所述第二波纹钢板之间形成有第二纵向接缝，所述第一纵向接缝和所述第二纵向接缝在位置上错开设置。

5、优选地，所述第一波纹钢板单元包括第一顶板和两块分别连接在所述第一顶板的两侧的第一侧板，所述第一顶板和两块所述第一侧板共同合围形成开口朝下的拱形结构；所述第二波纹钢板单元包括第二顶板和两块分别连接在所述第二顶板的两侧的第二侧板，所述第二顶板和两块所述第二侧板共同合围形成开口朝下的拱形结构；所述第一顶板和所述第一侧板之间形成所述第一纵向接缝，所述第二顶板和所述第二侧板之间形成所述第二纵向接缝。

6、优选地，每个所述第一波纹钢板单元包括第一中间主体段和两个分别连接在所述第一中间主体段的两端的第一纵向连接段，每个所述第二波纹钢板单元包括第二中间主体段和两个分别连接在所述第二中间主体段的两端的第二纵向连接段，所述第一中间主体段和所述第二中间主体段均呈波浪状，所述第一中间主体段和所述第二中间主体段的内侧连接有所述钢拱架单元；所述第一纵向连接段和所述第二纵向连接段均呈l状并朝向隧道内侧弯折，所述第一纵向连接段和所述第二纵向连接段通过卷边机卷边连接。

7、优选地，所述第一顶板和所述第一侧板通过第一转动铰链连接，所述第一转动铰链包括第一固定部和第一转动部，所述第一固定部连接在所述第一顶板的内壁，所述第一转动部连接在所述第一侧板的内壁上，以使所述第一侧板绕所述第一顶板可转动设置；

8、所述第二顶板和所述第二侧板通过第二转动铰链连接，所述第二转动铰链包括第二固定部和第二转动部，所述第二固定部连接在所述第二顶板的内壁，所述第二转动部连接在所述第二侧板内壁上，以使所述第二侧板绕所述第二顶板可转动设置。

9、优选地，所述第一侧板包括第一侧板主体段和靠近所述第一顶板且呈l状的第一帽檐段，其中，在所述第一转动铰链处于起始转动角度时，所述第一侧板和所述第一顶板位于同一侧，在所述第一转动铰链处于终止转动角度时，所述第一侧板和所述第一顶板位于不同侧且所述第一顶板在靠近所述第一侧板的端部位于所述第一帽檐段的外侧凹槽内，所述第一帽檐段与所述第一顶板的壁面相抵接；

10、和/或所述第二侧板包括第二侧板主体段和靠近所述第二顶板且呈l状的第二帽檐段，其中，在所述第二转动铰链处于起始转动角度时，所述第二侧板和所述第二顶板位于同一侧，在所述第二转动铰链处于终止转动角度时，所述第二侧板和所述第二顶板位于不同侧且所述第二顶板在靠近所述第二侧板的端部位于所述第二帽檐段的外侧凹槽内，所述第二帽檐段与所述第二顶板的壁面相抵接。

11、优选地，还包括多个沿隧道延伸方向排布的预制拱脚基座，每个所述预制拱脚基座的顶部预留有供所述拱形波纹钢板单元安装的纵向安装槽，所述纵向安装槽内预埋有供所述波纹钢板连接的连接钢板，所述拱形波纹钢板单元与所述连接钢板连接；

12、每个所述预制拱脚基座还预留有连通所述纵向安装槽的横向连接孔，所述拱形波纹钢板单元开设有与所述横向连接孔对应的安装孔，所述拱形波纹钢板单元通过紧固螺栓贯穿所述横向连接孔和所述安装孔与所述预制拱脚基座连接。

13、优选地，所述预制拱脚基座还开设有沿自身延伸方向延伸的纵向排水孔以及连通所述纵向排水孔的竖向渗水孔，所述预制拱脚基座还预埋有连通所述纵向排水孔和所述预制拱脚基座的外部的横向排水管，所述横向排水管具有朝向所述预制拱脚基座的外部的排水坡度。

14、优选地，所述第一纵向连接段和所述第二纵向连接段还开设有供超前锚杆贯穿搭接的贯穿孔。

15、优选地，每个所述预制拱脚基座还开设有供斜螺栓贯穿的第一螺栓孔和第二螺栓孔，所述第一螺栓孔和所述第二螺栓孔分别设置在所述预制拱脚基座的两端，其中，相邻两个预制拱脚基座通过斜螺栓贯穿所述第一螺栓孔和所述第二螺栓孔连接。

16、本发明还提供一种隧道暗洞拱墙衬砌结构的施工方法，应用于如上述的隧道暗洞拱墙衬砌结构，包括步骤：

17、s1，开挖掌子面，开挖完成后清理洞渣；其中，施工进尺控制在1.2～1.5m；

18、s2，在隧道的拱脚处铺设混凝土垫层，将预制拱脚基座安装在所述混凝土垫层上，再将拱形波纹钢板单元运至工点展开并安装到所述预制拱脚基座的纵向安装槽并在拱形波纹钢板单元安装钢拱架单元；

19、s3，通过所述拱形波纹钢板单元的注浆孔注入泡沫混凝土，注浆顺序由下至上，将所述拱形波纹钢板单元和围岩之间的空隙填充密实；

20、s4，通过所述注浆孔继续施工系统锚杆，再施工超前锚杆；其中，所述超前锚杆穿过贯穿孔后搭接在拱形波纹钢板单元上；

21、s5，拱形波纹钢板单元内侧喷射钢纤维混凝土以形成喷射加固层；

22、s6，重复步骤s1～s5，开始下一循环施工作业，直至完成隧道暗洞拱墙衬砌结构施作。

23、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

24、(1)本技术充分利用钢结构快速成型特性，可以采用铰链预拼装以及卷边机施工，取代了现场人工锚栓连接施工，极大的减少了波纹钢板现场拼装耗时，加快早期支护体系成型，缩短每循环周期，提高了施工效率；

25、(2)本技术极大地缩减了工人在裸岩下工作时长，并可利用机械安装波纹钢板，进一步减少工人数量，从而降低施工风险；本技术采用泡沫混凝土填充波纹钢板与围岩之间空隙，可充分吸收围岩变形压力，避免组合结构发生应力集中；其次，泡沫混凝土流动性大，降低了衬砌背后发生空鼓的风险；另外，采用泡沫混凝土替代喷射砼有效降低工程造价；

26、(3)采用钢纤维喷射混凝土施工快速、安全、韧性高，并且节约混凝土和钢材用量，起到了减碳减排的良好效果；

27、(4)拱形波纹钢板单元不仅作为本技术的衬砌，起支护作用，还能作为拱墙段的防水主体；拱形波纹钢板单元还能够作为灌浆填充层和喷射加固层施作的模板，不需要单独再增加模板；拱形波纹钢板单元与围岩预留有空隙，空隙再采用泡沫混凝土回填，也能解决超欠挖造成的问题。