一种拼装式隧道明洞及套拱组合结构及实施方法与流程

本发明涉及隧道工程，具体是一种拼装式隧道明洞及套拱组合结构及实施方法。

背景技术：

1、在隧道工程领域，特别是在面对土质松软或全风化的洞口段，施工安全与效率一直是工程师们关注的重点。传统做法中，为确保洞口稳定性，会在进洞前实施管棚超前支护，这是一种有效的预防措施。套拱结构作为关键组成部分，通常采用现场浇筑混凝土加固钢架的方式，这一过程较为繁琐。具体来说，需先行开挖明洞段，为放置钢架和模板提供空间，此步骤不仅耗时且对环境扰动较大，特别是对于拱脚以上的区域，需进行大量土方开挖以保证施工条件。完成上述准备后，才能进行混凝土浇筑，形成稳定的套拱结构，进而为后续的明洞及暗洞施工提供必要的支撑。

2、然而实践表明，现有的隧道明洞及套拱在施工时存在以下问题，首先，结构全部依赖于现场浇筑，意味着整个过程耗时长，尤其在寒冷季节，低温会严重影响混凝土凝固，延长施工周期；其次，大规模的开挖作业导致作业面宽广，从而引起边坡和仰坡较大变形，进而增加其不稳定风险；而且，现浇混凝土套拱一旦固化便成为永久结构，无法回收再利用，造成资源浪费；此外，洞口段明洞、套拱、暗洞相接处断面变化多次，频繁的断面变化增加了防水处理难度，易形成渗漏隐患，影响隧道长期使用安全。

3、因此有必要发明一种拼装式隧道明洞及套拱组合结构及实施方法来解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明为了解决现有的隧道明洞及套拱在施工时存在的施工周期长、受季节影响大、环境扰动严重、套拱结构无法循环利用、防水处理复杂及结构安全风险的问题，提供了一种拼装式隧道明洞及套拱组合结构及实施方法。

2、本发明是采用如下技术方案实现的：

3、一种拼装式隧道明洞及套拱组合结构，包括明洞、套拱，明洞与套拱之间设置有初期支护支撑结构；

4、所述明洞包括相对设置的两段地下墙墙体，两段地下墙墙体的内侧面上端均设置有一根牛腿，两根牛腿的上表面之间共同设置有拱顶，两段地下墙墙体的内侧面下端均通过预埋钢筋连接固定有一根混凝土腰梁，两根混凝土腰梁的上表面之间共同设置有仰拱；

5、所述套拱包括设置于两段地下墙墙体的上表面之间的沿前后分布的若干个套拱钢拱架组合，每个套拱钢拱架组合均包括沿前后分布的两根套拱钢拱架，每个套拱钢拱架组合的两根套拱钢拱架的上表面之间、每个套拱钢拱架组合的两根套拱钢拱架的下表面之间均共同固定连接有波纹板，波纹板的上表面设置有沿套拱钢拱架长度方向均匀分布的若干根纵向管棚定位管，每根纵向管棚定位管中均穿设有管棚钢管，每根纵向管棚定位管均与套拱钢拱架处的波纹板的上表面通过呈波浪状的套管连接钢板焊接固定；

6、所述初期支护支撑结构包括两根纵向h型钢腰梁，两根纵向h型钢腰梁分别嵌固在两段地下墙墙体的端部与其对应拱顶的端部之间，两根纵向h型钢腰梁的上表面之间焊接有沿前后分布的若干根支撑钢拱架，且每根支撑钢拱架均夹设于拱顶与套拱之间，相邻两根支撑钢拱架之间均填充有混凝土。

7、进一步地，所述拱顶、仰拱均包括沿前后分布的若干排衬砌分片组合，每排衬砌分片组合均包括沿左右分布的若干片衬砌分片，每排衬砌分片组合中左右相邻的两片衬砌分片均通过高强弧形螺栓连接固定，相邻两排衬砌分片组合中前后相邻的两片衬砌分片均错位分布且均通过纵向连接螺栓连接固定。

8、进一步地，每片衬砌分片上均开设有吊装孔。

9、进一步地，每个套拱钢拱架组合的波纹板均包括沿左右分布的多片波纹板单元，每个套拱钢拱架组合的左右相邻两片波纹板单元均通过波型盖板与波纹板连接螺栓连接固定。

10、进一步地，每片波型盖板的前后两端均开设有第一安装孔，每片波纹板单元对应第一安装孔的位置均开设有第二安装孔。进一步地，每个套拱钢拱架组合的两根套拱钢拱架的外侧面均设置有吊装环。

11、进一步地，所述初期支护支撑结构的上表面设置有一层防水层。

12、进一步地，所述套拱钢拱架、支撑钢拱架均采用工字钢制成。

13、进一步地，相邻两根支撑钢拱架之间均通过钢筋固定连接。

14、一种拼装式隧道明洞及套拱组合结构的实施方法，该实施方法是采用如下步骤实现的：

15、步骤一：进行两段地下墙墙体的开挖与浇筑，地下墙墙体采用钢筋混凝土结构，其施工流程依次包括掏槽、安放钢筋笼、浇筑混凝土，同时地下墙墙体的顶部浇筑牛腿，底部预埋钢筋以备后续混凝土腰梁的连接；

16、步骤二：进行拱顶的施工，在牛腿的上表面定位吊装预制的衬砌分片，并使用高强弧形螺栓、纵向连接螺栓对各个衬砌分片进行连接固定，确保相邻衬砌分片间的紧密连接，从而形成拱顶；

17、步骤三：进行初期支护支撑结构的安装，在两段地下墙墙体的端部与对应的拱顶端部之间嵌固两根纵向h型钢腰梁，并在其上表面焊接沿前后分布的若干根支撑钢拱架，相邻两根支撑钢拱架之间均通过喷射混凝土进行加固，从而形成稳定的初期支护支撑结构；

18、步骤四：进行套拱的安装，在初期支护支撑结构的上表面吊装预制的套拱钢拱架组合，每个预制的套拱钢拱架组合均包含套拱钢拱架和波纹板，然后在安装好的套拱钢拱架组合的上表面布置沿套拱钢拱架的长度方向均匀分布的若干根纵向管棚定位管，并将每根纵向管棚定位管均与套拱钢拱架处的波纹板的上表面通过呈波浪状的套管连接钢板焊接固定，接着在每根纵向管棚定位管中均打设入一根管棚钢管；

19、步骤五：进行混凝土腰梁的施工，当明洞的上部结构稳定后，开挖明洞的底部土体，在地下墙墙体下端的预埋钢筋处连接并浇筑混凝土腰梁；

20、步骤六：进行仰拱的施工，在混凝土腰梁的上表面定位吊装预制的衬砌分片，并使用高强弧形螺栓、纵向连接螺栓对各个衬砌分片进行连接固定，确保相邻衬砌分片间的紧密连接，从而形成仰拱，即可完成本拼装式隧道明洞及套拱组合结构的实施。

21、与现有的隧道明洞及套拱相比，本发明结构设计合理可靠，存在以下有益效果：

22、1、本发明上部结构采用拼装式结构设计，下部为地下浇筑，机械化程度高，利于洞口施工标准化，减少了现场浇筑的依赖，加快了施工进度，大大缩短了施工周期，而且冬季也能进行进洞前施工作业，受季节影响较小。

23、2、本发明采用模块化结构设计，使得结构能更好地适应复杂地形，便于在不同条件下快速进洞施工，提高工程的适应性和灵活性。

24、3、本发明在施作期间，首先隧道洞口段开挖仅限于地下墙墙体部分的掏槽，待明洞拱顶、初期支护支撑结构以及套拱均施工完毕且结构稳定后才进行明洞段土体开挖，从而进行混凝土腰梁以及仰拱的施工，该实施方法减少了大规模土方开挖，降低了对洞口段环境的扰动和破坏，有助于保持边坡和仰坡的稳定性，降低了对环境的影响，减少了地质灾害风险，从而提高了施工的安全性和经济性。

25、4、本发明在施作完成后，套拱钢拱架、波纹板、纵向管棚定位管、套管连接钢板均可进行拆卸回收，提升了资源利用率，避免了传统混凝土结构的永久占用，节约了资源，符合可持续发展原则。

26、5、本发明的套拱钢拱架、波纹板、纵向管棚定位管、套管连接钢板均拆卸回收后即暴露出隧道明洞的初期支护支撑结构与暗洞的初期支护的交界面，减少了明洞、套拱、暗洞断面变化带来的复杂性，方便该处防水工程施工，有效防止渗漏，确保隧道的长期安全运营。