隧道支护结构及其施工方法与流程

1.本发明涉及隧道工程支护结构技术领域，尤其涉及一种隧道支护结构及其施工方法。


背景技术：

2.在隧道工程建设中，tbm(tunnel boring machine)施工具有自动化程度高、施工速度快、节约人力、安全经济的特点，在大型隧道工程中得到广泛的尝试和应用。
3.其中，适用于深埋隧洞tbm掘进的管片结构是一大技术难点，目前隧道工程支护结构多采用钢筋混凝土管片，这种支护结构较为复杂，施工难度相对较高。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的在于提供一种隧道支护结构及其施工方法，旨在提高隧道支护结构的施工便利性。
5.为实现上述目的，本发明提出一种隧道支护结构，所述隧道支护结构包括：
6.至少一个管片环组件，适于设置于隧道内壁上，所述管片环组件包括内环支护组件和外环支护组件，所述内环支护组件与所述外环支护组件连接并围设形成注浆腔；以及
7.混凝土，注入于所述注浆腔内。
8.可选地，所述内环支护组件包括多块内环钢板，多块所述内环钢板沿隧道环向依次拼接；
9.所述外环支护组件包括多块外环钢板，多块所述外环钢板沿隧道环向依次拼接；
10.其中，多块所述内环钢板与多块外环钢板一对一连接固定。
11.可选地，所述内环钢板上设有连通所述注浆腔的注浆口。
12.可选地，每一所述内环钢板均呈拱形设置，且具有相对的两弧边和相对的两侧边；
13.所述内环支护组件还包括：
14.内环拼接板，所述内环钢板的两侧边均设有所述内环拼接板，隧道环向相邻的两所述内环拼接板相互拼接。
15.可选地，所述内环支护组件还包括：
16.内环加劲肋，设于所述内环钢板上，以用于增强其抗弯刚度。
17.可选地，所述内环加劲肋的数量为多组，多组所述内环加劲肋沿所述内环钢板的宽度方向间隔均匀地排布，且其中两组所述内环加劲肋分设于所述内环钢板的两弧边上；
18.每一组所述内环加劲肋包括多个所述内环加劲肋，多个所述内环加劲肋沿所述内环钢板的环向间隔均匀地排布。
19.可选地，每一所述外环钢板均呈拱形设置，且具有相对的两弧边和相对的两侧边；
20.所述外环支护组件还包括：
21.外环拼接板，设于所述外环钢板的侧边，隧道环向相邻的两所述外环拼接板相互拼接。
22.可选地，沿所述外环支护组件还包括：
23.腹板，设于所述外环钢板上并沿隧道的径向延伸；以及
24.径向拼接板，设于所述腹板的端部，所述径向拼接板与所述内环钢板连接固定。
25.可选地，所述腹板的数量为两个，两所述腹板间隔设置于所述外环钢板上。
26.可选地，所述外环支护组件还包括：
27.外环加劲肋，设于所述外环钢板上，以用于增强其抗弯刚度。
28.可选地，所述外环加劲肋的数量为多组，多组所述外环加劲肋沿所述外环钢板的宽度方向间隔均匀地排布，且其中两组所述外环加劲肋分设于所述外环钢板的两弧边上；
29.每一组所述外环加劲肋包括多个所述外环加劲肋，多个所述外环加劲肋沿所述外环钢板的环向间隔均匀地排布。
30.可选地，在沿隧道长度方向相邻的两所述外环钢板通过焊接固定，沿隧道环向相邻的两所述外环钢板通过螺栓连接固定；
31.沿隧道长度方向相邻的两所述内环钢板通过焊接固定，沿隧道环向相邻的两所述内环钢板通过螺栓连接固定；所述内环钢板和其径向相对的所述外环钢板通过螺栓连接固定。
32.可选地，所述外环钢板和/或所述内环钢板上设有剪力连接件。
33.可选地，在隧道长度方向上，相邻的两所述管片环组件为错缝拼接。
34.可选地，相邻的两所述支护环组件的相位差为10
°‑
50
°
。
35.可选地，所述管片环组件的数量为6个，且每一管片环组件均具有6个所述内环钢板和6个所述外环钢板。
36.为了实现上述目的，本发明还提出一种隧道支护结构的施工方法，基于如上所述的隧道支护结构，包括以下步骤：
37.将多个所述外环钢板沿隧道环向依次拼接，再沿隧道环向依次拼接多个所述内环钢板并将其与多个所述外环钢板一对一连接固定，以组装成所述管片环组件；
38.注入所述混凝土至所述注浆腔内，待所述混凝土硬化成型后，形成钢板
‑
混凝土组合管片结构。
39.可选地，在所述多个所述外环钢板沿隧道环向依次拼接，再沿隧道环向依次拼接多个所述内环钢板并将其与多个所述外环钢板一对一连接固定，以组装成所述管片环组件的步骤之后，还包括：
40.以已施工的所述管片环组件为基准，继续拼接下一道所述管片环组件，以组装成目标长度的所述管片环组件，并构成混凝土模板。
41.在本发明的技术方案中，该隧道支护结构包括至少一个管片环组件和混凝土，管片环组件适于设置于隧道内壁上，管片环组件包括内环支护组件和外环支护组件，内环支护组件与外环支护组件连接并围设形成注浆腔；混凝土注入于注浆腔内。可以理解的是，在施工时，可分别安装内环支护组件和外环支护组件至隧道内壁，然后，再将混凝土注入于注浆腔中，可采用分段施工来完成支护结构，提高了隧道支护结构的施工便利性。
附图说明
42.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一些实施例，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，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
43.图1为本发明隧道支护结构一实施例的局部结构示意图；
44.图2为本发明隧道支护结构一实施例的结构示意图；
45.图3为本发明隧道支护结构一实施例中内环钢板的结构示意图；
46.图4为本发明隧道支护结构一实施例中外环钢板的结构示意图；
47.图5为本发明隧道支护结构的施工方法一实施例的流程示意图。
48.附图标号说明：
49.10、管片环组件；20、混凝土；11、内环支护组件；12、外环支护组件；110、内环钢板；111、内环加劲肋；112、内环拼接板；120、外环钢板；121、外环加劲肋；122、外环拼接板；123、腹板；124、剪力连接件；125、径向拼接板。
50.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
51.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的一部分实施例，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付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。
52.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
53.另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“a和/或b”为例，包括a方案，或b方案，或a和b同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
54.为了提高隧道支护结构的施工便利性，本发明提出一种隧道支护结构，可应用于各种地下空间结构，此处不限。
55.参照图1和图2，在本发明一实施例中，该隧道支护结构包括至少一个管片环组件10和混凝土20，管片环组件10适于设置于隧道内壁上，管片环组件10包括内环支护组件11和外环支护组件12，内环支护组件11与外环支护组件12连接并围设形成注浆腔；混凝土20注入于注浆腔内。
56.在本实施例中，混凝土模板由内环支护组件11与外环支护组件12围设形成，其可包括一个或多个管片环组件10，可根据目标施工段长度进行合理的数量选择，此处不限定该隧道支护结构的长度。
57.在本实施例中，内环支护组件11和外环支护组件12均可采用多块钢板或铝合金板
等金属板组装而成，可呈环形或拱形设置，内环支护组件11之间外环支护组件12的空间即为注浆腔，注浆腔可呈环形或拱形设置，此处不限。
58.需要说明的是，本实施例中的混凝土20可为自密实混凝土或普通混凝土等，此处不做具体限定。
59.其中，自密实混凝土(self compacting concrete或self
‑
consolidating concrete，简称scc)是指在自身重力作用下，能够流动、密实，即使存在致密钢筋也能完全填充模板，同时获得很好均质性，并且不需要附加振动的混凝土。自密实混凝土具有以下优点：1、保证混凝土良好地密实；2、提高生产效率，由于不需要振捣，混凝土浇筑需要的时间大幅度缩短，工人劳动强度大幅度降低，需要工人数量减少；3、改善工作环境和安全性，没有振捣噪音，避免工人长时间手持振动器导致的“手臂振动综合症”；4、改善混凝土的表面质量。不会出现表面气泡或蜂窝麻面，不需要进行表面修补；能够逼真呈现模板表面的纹理或造型。5、增加了结构设计的自由度，不需要振捣，可以浇筑成型形状复杂、薄壁和密集配筋的结构；以前，这类结构往往因为混凝土浇筑施工的困难而限制采用；6、避免了振捣对模板产生的磨损；7、减少混凝土对搅拌机的磨损；8、可能降低工程整体造价，从提高施工速度、环境对噪音限制、减少人工和保证质量等诸多方面降低成本。
60.在该技术方案中，该隧道支护结构包括至少一个管片环组件10和混凝土20，管片环组件10适于设置于隧道内壁上，管片环组件10包括内环支护组件11和外环支护组件12，内环支护组件11与外环支护组件12连接并围设形成注浆腔；混凝土20注入于注浆腔内。可以理解的是，在施工时，可分别安装内环支护组件11和外环支护组件12至隧道内壁，然后，再将混凝土20注入于注浆腔中，可采用分段施工来完成支护结构，提高了隧道支护结构的施工便利性。并且，这种隧道支护结构可适用于tbm施工、受力性能好、应用前景广阔。
61.值得一提的是，这种支护结构可保证在岩爆荷载冲击下的变形符合施工安全要求，在一定程度上提升了隧道工程施工的安全性。
62.为了进一步地提升隧道支护结构的施工便利性，在一实施例中，参照图1至图4，内环支护组件11可包括多块内环钢板110，多块内环钢板110沿隧道环向依次拼接。外环支护组件12可包括多块外环钢板120，多块外环钢板120沿隧道环向依次拼接；其中，多块内环钢板110与多块外环钢板120一对一连接固定。
63.在本实施例中，由于内环支护组件11和外环支护组件12均采用多块钢板拼接的方式，可将钢板运输到隧道内，然后依次安装内环支护组件11和外环支护组件12，可极大地提升施工效率，缩短施工周期，同时也可方便装车运输。
64.参照图1和图2，在一些实施例中，内环钢板110上可设有连通注浆腔的注浆口，以供导入混凝土20至注浆腔内。如此，可提高施工的效率，缩减隧道支护结构的施工周期。
65.为了减少相邻两内环钢板110之间的缝隙，提升隧道支护结构的防水性能，并方便施工，在一些实施例中，参照图1至图3，每一内环钢板110均可呈拱形设置，且具有相对的两弧边和相对的两侧边。如图3所示，内环支护组件11还可包括内环拼接板112，内环拼接板112的数量为两块，两内环拼接板112分别设于内环钢板110的两侧边，隧道环向相邻的两内环拼接板112相互拼接。
66.本实施例中，相邻的两内环拼接板112之间的连接方式可以是螺栓连接、螺钉连接、铆钉连接或焊接等，也可以是两种或多种连接方式的组合，此处不限。
67.进一步地，在一实施例中，如图3所示，内环支护组件还可包括内环加劲肋111，内环加劲肋111设于内环钢板110上，以用于增强其抗弯刚度。
68.本实施例中，内环加劲肋111的数量为多组，多组内环加劲肋111沿内环钢板110的宽度方向间隔均匀地排布，且其中两组内环加劲肋111分设于内环钢板110的两弧边上；每一组内环加劲肋111包括多个内环加劲肋111，多个内环加劲肋111沿内环钢板110的环向间隔均匀地排布。如此设置，可使内环钢板110满足受力要求，进而极大地提升整个支护结构的受力性能。
69.出于相同的目的，在一些实施例中，如图4所示，每一外环钢板120也均可呈拱形设置，且具有相对的两弧边和相对的两侧边。外环支护组件12可包括外环拼接板122，外环拼接板122设于外环钢板120的侧边，隧道环向相邻的两外环拼接板122相互拼接。
70.还需说明，本实施例中，相邻的两外环拼接板122之间的连接方式也可以是螺栓连接、螺钉连接、铆钉连接或焊接等，也可以是两种或多种连接方式的组合，此处不限。
71.为了实现内环钢板110和外环钢板120的连接，并提升整体结构径向刚度，在一实施例中，参照图1和图2，外环支护组件12还可包括腹板123和径向拼接板125，腹板123设于外环钢板120上并沿隧道的径向延伸，径向拼接板125设于腹板123的端部，腹板123与内环钢板110通过径向拼接板125连接固定。
72.在本实施例中，腹板123与外环钢板120可一体成型制造，也可通过焊接、螺纹连接或铆接等方式连接固定，径向拼接板125与腹板123也可一体成型制造，还可通过焊接、螺纹连接或铆接等方式连接固定，此处不做具体限定。本实施例中，径向拼接板125与内环钢板110可优选螺栓连接，以便于拆装，提升施工效率。
73.为了方便组装管片环组件10，提升施工效率，在一些实施例中，参照图1和图2，沿隧道长度方向相邻的两外环钢板120可通过焊接固定，沿隧道环向相邻的两外环钢板120也可通过螺栓连接固定。沿隧道长度方向相邻的两内环钢板110可通过焊接连接固定，沿隧道环向相邻的两内环钢板110也可通过螺栓连接固定；内环钢板110和其径向相对的外环钢板120通过螺栓连接固定。
74.进一步地，如图4所示，本实施例中，腹板123的数量可为两个，两腹板123间隔设置于外环钢板120上，以进一步地提升整体结构径向刚度，增强整个支护结构的可靠性。
75.当然，在一些其他实施例中，外环钢板120上还可设置更少或更多的腹板123，此处不限。
76.为了提升该隧道支护结构的抗弯刚度，以提升受力性能，并使其具有较好的抗岩爆性能，在一实施例中，如图4所示，外环支护组件12还可包括外环加劲肋121，外环加劲肋121设于外环钢板120上，以用于增强其抗弯刚度。
77.在本实施例中，外环钢板120上设置有至少一个外环加劲肋121，内环钢板110也可设置有至少一个内环加劲肋111，此处不限。
78.本实施例中，如图4所示，外环加劲肋121的数量可为多组，多组外环加劲肋121沿外环钢板120的宽度方向间隔均匀地排布，且其中两组外环加劲肋121分设于外环钢板120的两弧边上；每一组外环加劲肋121包括多个外环加劲肋121，多个外环加劲肋121沿外环钢板120的环向间隔均匀地排布。如此设置，可达到较好的受力性能。
79.为了提升管片单元施工阶段的稳定性和组合管片结构使用阶段的整体性能，且使
其具有较好的抗岩爆性能，在一实施例中，参照图3和图4，外环钢板120和/或内环钢板110设有剪力连接件124。
80.其中，剪力连接件124可为栓钉等，此处不限。
81.请主要参考图2，在一些实施例中，在隧道长度方向上，相邻的两管片环组件10为错缝拼接。如此，可提升该隧道支护结构的纵向刚度，减少位移量，提升整体的稳定性。
82.为了方便施工，缩减施工周期，该隧道支护结构可采用分段施工法，较优地，参考图2，管片环组件10的数量可为6个，且每一管片环组件10均具有6个内环钢板110和6个外环钢板120。
83.当然，在一些其他实施例中，该隧道支护结构也可采用更少或更多的管片环组件10，每一管片环组件10可采用更少或更多的内环钢板110和外环钢板120，具体可根据实际施工的隧道尺寸进行适配设计。
84.本实施例中，相邻的两管片环组件10的相位差可设置为10
°‑
50
°
，以在方便施工的同时，提升该隧道支护结构的稳定性。
85.其中，优选地，当相位差为30
°
，且当两腹板123之间的距离等于每一腹板123与其相邻的外环钢板120侧边之间的距离的两倍时，能保证形成12个连通的注浆腔，以使混凝土注入后在注浆腔内能够充分流动，以使该支护结构达到较佳的稳定性。
86.本发明还提出一种隧道支护结构的施工方法，该隧道支护结构的施工方法基于上述的隧道支护结构。
87.参考图5，在本发明一实施例中，该隧道支护结构的施工方法包括以下步骤：
88.步骤s10、将多个所述外环钢板沿隧道环向依次拼接，再沿隧道环向依次拼接多个所述内环钢板并将其与多个所述外环钢板一对一连接固定，以组装成所述管片环组件；
89.步骤s20、注入所述混凝土至所述注浆腔内，待所述混凝土硬化成型后，形成钢板
‑
混凝土组合管片结构。
90.在施工时，可将多个内环钢板和外环钢板等部件运输至施工现场，在依次安装多个内环钢板和外环钢板时，可按逆时针方向或顺时针方向依次拼接，以组装成一个管片环组件；当然，为了缩短施工周期，也可从两头或多处同时进行施工，来组装管片环组件。然后，再在已施工的管片环组件基础上，再安装目标数量的管片环组件，以达到目标长度的混凝土模板，即完成支护结构框架的组装。
91.在本实施例中，内环钢板之间的连接方式可以是螺栓连接、螺钉连接、铆钉连接或焊接等，也可以是两种或多种连接方式的组合，此处不限。同理，外环钢板之间的连接方式可以是螺栓连接、螺钉连接、铆钉连接或焊接等，也可以是两种或多种连接方式的组合，此处不限。
92.需要说明，混凝土可从环内侧注浆口导入至内环钢板与外环钢板之间的封闭空间，也即注浆腔。在本实施例中，混凝土可采用普通混凝土或自密实混凝土等，此处不做具体限定。
93.进一步地，在所述多个所述外环钢板沿隧道环向依次拼接，再沿隧道环向依次拼接多个所述内环钢板并将其与多个所述外环钢板一对一连接固定，以组装成所述管片环组件的步骤之后，还可包括：
94.步骤s11、以已施工的所述管片环组件为基准，继续拼接下一道所述管片环组件，
以组装成目标长度的所述管片环组件，并构成混凝土模板。
95.在本实施例中，可先将外环钢板与已有管片环组件的外环钢板焊接或隧道混凝土结构连接固定，再将内环钢板依次与已有管片环组件的内环钢板建立螺栓连接，并与外环钢板建立螺栓连接。然后，将外环钢板依次与外环支护组件的外环钢板建立螺栓连接，与已有管片环组件的外环钢板焊接，将内环钢板依次与已有管片环组件的内环钢板建立螺栓连接，并与外环钢板建立螺栓连接，与该内环支护组件的内环钢板建立环向螺栓连接。接着，再依次定位并安装目标数量的管片环组件，以完成混凝土模板的安装。
96.需要说明，当上一施工段不存在支护结构时，可在本施工段直接搭建管片环组件，无需定位，可通过架设脚手架来安装第一个管片环组件，进而进行剩余管片环组件的定位与安装。
97.以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。