一种局部可拆修的衬砌结构和衬砌施工的方法与流程

1.本发明属于隧道工程施工技术领域，具体涉及一种局部可拆修的衬砌结构和衬砌施工的方法。


背景技术：

2.隧道工程位于复杂的地质环境条件下，在长期运营或使用过程中，受地层蠕变、地下水、地震或车辆荷载等的长期作用下，将会出现各种损坏，如结构开裂，钢筋锈蚀，地下水渗漏、冻害等等，病害严重时将不得不进行拆换。在当前我国，已经出现大量的公路、铁路等隧道结构需要进行拆换维护。
3.当前阶段，对于衬砌的拆换维护，往往需要将衬砌局部或整体拆除，通常采用爆破或者机械凿除，通常当前的衬砌拆换方式有如下缺点：第一，采用爆破方式则会严重影响相邻衬砌结构，而机械凿除则效率极低；第二，拆除后往往采用现浇混凝土重新施作结构，洞内模板台车、混凝土养护等施工难度极大，而局部拆换接缝质量控制极难；第三，由于施工效率低下，长时间的断道，造成非常大的附加经济损失。
4.目前隧道衬砌结构主要采用定制模板台车在洞内现浇混凝土衬砌结构，而地铁等大量采用盾构法施工，主要采用管片拼装式衬砌。两种衬砌都不具备可整体或局部拆换维护的条件，若结构出现病害必须拆换时，只能整体或局部破坏性凿除。
5.公开号为cn210033452u的中国实用新型专利公开了一种穿越活动断裂带的分级抗断型山岭隧道结构包括，该结构由外至内依次设置的外衬层、外包防水层、变形层、中空波纹钢管层和装配二衬层，变形层内填充有泡沫混凝土；中空波纹钢管层由外部波纹钢管和内部波纹钢管采用反向对接方式连接而成；装配二衬层由预制二衬管片沿隧道环向及轴向拼接而成，其中轴向相邻管片采用错缝拼接方式，预制二衬管片在上下和左右布设有预留螺栓孔，上下预留螺栓孔中的弯头螺栓仅布设于高强混凝土层中，将其连接成为高强混凝土环；高强混凝土环通过左右预留螺栓孔中直螺栓沿隧道轴向串联为整体。但是将二衬管片相互连接成高强混凝土环后，整体结构契合稳定，相邻二衬管片之间没有较大缝隙。在进行二衬管片的拆换施工时，必须先将需要更换的二衬管片相邻的一个二衬管片进行机械凿除或者爆破拆除后，才能将需要更换的二衬管片拆出，并且由于轴向的相邻管片采用的是错缝拼接方式，清理和后续安装工作也十分不便，大大影响隧道拆换施工的效率，延长隧道断道的时间。


技术实现要素：

6.为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的第一目的是提供一种局部可拆修的衬砌结构。
7.本发明的第二目的是提供该衬砌结构的一种衬砌施工的方法。
8.为了实现上述第一目的，本发明提供的局部可拆修的衬砌结构包括上部衬砌和下部衬砌，上部衬砌和下部衬砌之间可拆卸的连接有连接部件，连接部件包括连接块、第一定
位板和第二定位板，连接块为台锥状，连接块靠近围岩一侧的表面的面积小于远离围岩一侧的表面的面积，连接块与上部衬砌、下部衬砌整体成环，第一定位板固定设置在连接块靠近围岩的一侧，上部衬砌、下部衬砌以及连接块远离围岩的一侧共同形成有容纳槽，第二定位板设置在容纳槽中，第一定位板、第二定位板上与上部衬砌上对应设置有一个以上第一连接孔，第一定位板、第二定位板上与连接块上对应设置有一个以上第二连接孔，第一定位板、第二定位板上与下部衬砌上对应设置有一个以上第三连接孔，第一定位板、第二定位板与上部衬砌之间使用可拆卸的第一紧固件穿过一个第一连接孔固定连接，第一定位板、第二定位板与连接块之间使用可拆卸的第二紧固件穿过一个第二连接孔固定连接，第一定位板、第二定位板与下部衬砌之间使用可拆卸的第三紧固件穿过一个第三连接孔固定连接，第一紧固件、第二紧固件、第三紧固件的数量分别与第一连接孔、第二连接孔、第三连接孔的数量对应。
9.由上可见，通过设置的连接块、第一定位板、第二定位板，将上部衬砌、下部衬砌整体固定连接成环，第一定位板、第二定位板、连接块与上部衬砌、下部衬砌之间均为可拆卸连接，连接块靠近围岩一侧的表面的面积小于远离围岩一侧的表面的面积。当拆除连接块后，上部衬砌和下部衬砌之间存在相应的空间，方便进行上部衬砌或者下部衬砌的拆换施工，这样无需通过爆破或者机械凿除的方式对上部衬砌或者下部衬砌进行拆换，防止采用爆破的方式使得相邻的衬砌结构受到影响，无需破坏整体或者相邻的衬砌结构即可将需要更换的衬砌结构拆出，并且拆除和安装的过程中与相邻的衬砌结构互不影响，大大提高施工的效率和安全性。
10.进一步的方案是，第一紧固件包括第一螺柱，第一螺柱在第一定位板靠近围岩的一侧抵接有第一外螺母，第一螺柱在第二定位板远离围岩的一侧抵接有第一内螺母；第二紧固件包括第二螺柱，第二螺柱在第一定位板靠近围岩的一侧抵接有第二外螺母，第二螺柱在第二定位板远离围岩的一侧抵接有第二内螺母；第三紧固件包括第三螺柱，第三螺柱在第一定位板靠近围岩的一侧抵接有第三外螺母，第三螺柱在第二定位板远离围岩的一侧抵接有第三内螺母。
11.由上可见，通过使用螺柱螺母将第一定位板、第二定位板分别与上部衬砌、下部衬砌以及连接块进行固定连接，对上部衬砌、下部衬砌与连接块连接的部位进行固定，起到稳固连接部位的作用。
12.进一步的方案是，连接块靠近围岩的一侧设置有定位槽，第二螺柱可活动的穿设于定位槽中，第二螺柱上还设置有辅助螺母，辅助螺母位于定位槽中。
13.进一步的方案是，连接块由钢或者混凝土制成。
14.由上可见，通过在连接块上设置辅助螺母，在进行连接块拆除的时候将连接块上的第二螺柱旋出预设的距离，通过第二螺柱和辅助螺母的配合能更方便的将连接块拆出。
15.进一步的方案是，上部衬砌、下部衬砌均包括三个以上的混凝土预制管片环向固定拼接而成；或者，上部衬砌包括三个以上的混凝土预制管片环向固定拼接而成，下部衬砌为一体成型。
16.更进一步的方案是，彼此相邻的一个混凝土预制管片的一端设置有第一定位件，另一混凝土预制管片靠近第一定位件的一端设置有第二定位件，第一定位件和第二定位件配合使相邻混凝土预制管片定位拼接。
17.进一步的方案是，相邻混凝土预制管片之间通过弯制螺栓接头固定连接。
18.由上可见，通过相邻两个混凝土预制管片之间第一定位件和第二定位件的配合，降低了拼装施工的难度，提高了拼装衬砌的施工效率，并且相邻混凝土预制管片之间通过弯制螺栓接头固定连接，大大提高了隧道衬砌结构的稳定性和安全性。
19.为了实现上述第二目的，本发明提供了上述局部可拆修的衬砌结构的衬砌施工的方法，该方法包括安装施工步骤和拆换施工步骤，安装施工步骤包括：
20.步骤一：将三个以上的混凝土预制管片拼接形成下部衬砌并安装在预设位置，相邻混凝土预制管片用第一弯制螺栓接头穿过第一螺柱孔进行固定，在预设位置固定安装第一定位板、第一螺柱、第二螺柱、第三螺柱以及第一外螺母、第二外螺母、第三外螺母；
21.步骤二：使用托举装置将三个以上的混凝土预制管片拼接形成上部衬砌，相邻混凝土预制管片用第二弯制螺栓接头穿过第二螺柱孔进行固定，并将上部衬砌托举安装至设计位置；
22.步骤三：在上部衬砌和下部衬砌之间安装连接块，在容纳槽内安装第二定位板，安装第一内螺母、第二内螺母以及第三内螺母进行固定；
23.拆换施工步骤包括：
24.步骤a：首先确定需更换的混凝土预制管片，拆除第一内螺母、第二内螺母、第三内螺母以及第二定位板，拆出第一螺柱、第二螺柱、第三螺柱以及连接块；
25.步骤b：拆除需要更换的混凝土预制管片和与其相连接的混凝土预制管片之间的第一弯制螺栓接头或第二弯制螺栓接头，移出相应混凝土预制管片并替换新的混凝土预制管片；
26.步骤c1：当进行上部衬砌施工时，重复安装施工步骤中的步骤二和步骤三；
27.步骤c2：当进行下部衬砌施工时，重复安装施工步骤中的步骤一和步骤三。
28.另一个方案是，该方法包括安装施工步骤和拆换施工步骤，安装施工步骤包括：
29.步骤一：首先在预设位置现浇预设尺寸的混凝土形成下部衬砌，在预设位置固定安装第一定位板及第一螺柱、第二螺柱、第三螺柱以及第一外螺母、第二外螺母、第三外螺母；
30.步骤二：使用托举装置将三个以上的混凝土预制管片拼接形成上部衬砌，相邻混凝土预制管片用弯制螺栓接头穿过螺柱孔进行固定，并将上部衬砌托举安装至设计位置；
31.步骤三：在上部衬砌和下部衬砌之间安装连接块，在容纳槽内安装第二定位板，安装第一内螺母、第二内螺母以及第三内螺母进行固定；
32.拆换施工步骤包括：
33.步骤a：首先确定需要更换的混凝土预制管片，拆除第一内螺母、第二内螺母、第三内螺母以及连接部件的第二定位板，拆出第一螺柱、第二螺柱、第三螺柱以及连接块；
34.步骤b：拆除需要更换的混凝土预制管片和与其相连接的混凝土预制管片之间的弯制螺栓接头，移出需要更换的混凝土预制管片并替换新的混凝土预制管片；
35.步骤c1：当进行上部衬砌施工时，重复安装施工步骤中的步骤二和步骤三；
36.步骤c2：当进行下部衬砌施工时，重复安装施工步骤中的步骤一和步骤三。
37.由上可见，上述局部可拆修的衬砌结构的衬砌施工方法不仅操作简单，而且能方便的通过拆卸上部衬砌和下部衬砌之间的连接结构实现对局部需更换的混凝土预制管片
进行拆卸和更换，无需经过爆破和机械凿除方式，保证了衬砌结构的稳定性和安全性，大大减少隧道内作业时间，实现对隧道衬砌结构的快速抢修，减少断道时间。
38.进一步的方案是，连接块靠近围岩的一侧设置有定位槽，定位槽中安装有辅助螺母；步骤a还包括：沿着靠近隧道围岩的方向向着远离隧道围岩的方向，将设置在连接块上的第二螺柱旋出预设距离，利用定位槽中的辅助螺母和设置在连接块上的第二螺柱拆出连接块。
39.由上可见，通过将第二螺柱旋出预设距离，通过第二螺柱和连接块的配合能方便的拆出连接块。
40.综上可见，上述局部可拆修的衬砌结构在进行拆修更换时，能通过拆卸连接块来方便的进行局部衬砌结构的拆修更换，避免产生严重影响相邻衬砌结构稳定性的风险，大大提高了安装施工和拆换施工的效率。
附图说明
41.图1本为本发明局部可拆修衬砌结构的结构图。
42.图2为图1中a处的放大图。
43.图3为图1中b处的放大图。
具体实施方式
44.参见图1与图2，本实施例的局部可拆修衬砌结构包括上部衬砌1、连接部件3和下部衬砌2，连接部件3包括连接块5、第一定位板6和第二定位板4，连接块5为台锥状并由钢或者高强混凝土制成，本实施例的高强混凝土是等级为c60以上的混凝土。连接块5靠近围岩一侧表面的面积小于远离围岩一侧的表面的面积，连接块5与上部衬砌1、下部衬砌2整体成环，第一定位板6固定安装在连接块5靠近围岩的一侧，上部衬砌1、下部衬砌2以及连接块5远离围岩的一侧形成有容纳槽7，第二定位板4安装在容纳槽7中，第一定位板6、第二定位板4与上部衬砌1上对应设置有第一连接孔8，第一定位板6、第二定位板4与连接块5上对应设置有第二连接孔9，第一定位板6、第二定位板4与下部衬砌2上对应设置有第三连接孔10，第一螺柱11穿过第一连接孔8，第一螺柱11的两端分别设置有第一外螺母14和第一内螺母17，第一外螺母14抵接在第一定位板6靠近围岩的一侧，第一内螺母17抵接在第二定位板4远离围岩的一侧；第二螺柱12穿过第二连接孔9，第二螺柱12的两端分别设置有第二外螺母15和第二内螺母18，第二外螺母15抵接在第一定位板6靠近围岩的一侧，第二内螺母18抵接在第二定位板4远离围岩的一侧；第三螺柱13穿过第三连接孔10，第三螺柱13的两端分别设置有第三外螺母16和第三内螺母19，第三外螺母16抵接在第一定位板6靠近围岩的一侧，第三内螺母19抵接在第二定位板4远离围岩的一侧。通过第一螺柱11、第一外螺母14、第一内螺母17、第二螺柱12、第二外螺母15、第二内螺母18、第三螺柱13、第三外螺母16、第三内螺母19之间的配合将上部衬砌1、下部衬砌2、第一定位板6、第二定位板4和连接块5可拆卸的固定连接，达到上部衬砌1和下部衬砌2局部拆换的目的。可选择的，采用现有的紧固件将上部衬砌1、下部衬砌2、第一定位板6、第二定位板4和连接块5固定连接，在此不再赘述。
45.优选的，第一连接孔8、第二连接孔9以及第三连接孔10的数量均不只有一个，第一螺柱11、第一外螺母14、第一内螺母17与第一连接孔8的数量对应，第二螺柱12、第二外螺母
15、第二内螺母18与第二连接孔9的数量对应，第三螺柱13、第三外螺母16、第三内螺母19的数量与第三连接孔10的数量对应。
46.参见图1和图3，上部衬砌1由五个混凝土预制管片21环向固定拼接而成，下部衬砌2由三个混凝土预制管片21环向固定拼接而成，拱顶的混凝土预制管片21的两端设置有第一定位件23，相邻两对侧的混凝土预制管片21与拱顶的混凝土预制管片21连接的一端对应设置有第二定位件22，拱底的混凝土预制管片21的两端分别设置有第二定位件22，相邻两对侧的混凝土预制管片21与拱底的混凝土预制管片21连接的一端对应的设置有第一定位件23，混凝土预制管片21与连接块5连接的一端的表面与连接块5的表面相互对应配合，第一定位件23为楔形块，第二定位件22为凹型槽，楔形块与凹型槽配合，方便施工人员进行拼接。可选择的第一定位件和第二定位件可以采用现有的结构进行配合连接，在此不再赘述。相邻混凝土预制管片21之间采用弯制螺栓接头20进行紧固。通过将衬砌结构模块化有助于节约拆换施工成本的同时方便施作。可选择的，下部衬砌为一体浇筑成型。
47.优选的，上部衬砌和下部衬砌均由三个以上的混凝土预制管片21拼接而成。
48.参见图2，连接块5靠近围岩的一侧设置有定位槽24，第二螺柱12靠近第一定位板6的内侧设置有辅助螺母25，辅助螺母25安装在定位槽24中。将第二螺柱12旋离第二外螺母15至辅助螺母25的位置，通过辅助螺母25和定位槽24的配合以及辅助螺母25和第二螺柱12的配合能方便的将连接块5拆出。
49.本发明还提供了上述局部可拆修的衬砌结构的衬砌施工方法，包括安装施工步骤和拆换施工步骤，安装施工步骤包括：
50.步骤一：将三个以上的混凝土预制管片21拼接形成下部衬砌2并安装在预设位置，相邻混凝土预制管片21用第一弯制螺栓接头26进行固定，再在预设位置固定安装第一定位板6、第一螺柱11、第二螺柱12、第三螺柱13以及第一外螺母14、第二外螺母15、第三外螺母16。
51.步骤二：使用托举装置将三个以上的混凝土预制管片21拼接形成上部衬砌1，相邻混凝土预制管片21用第二弯制螺栓接头20进行固定，并将上部衬砌1托举安装至设计位置。
52.步骤三：在上部衬砌1和下部衬砌2之间安装连接块5，再在容纳槽7内安装第二定位板4，安装第一内螺母17、第二内螺母18以及第三内螺母19进行固定。
53.拆换施工步骤包括：
54.步骤a：首先确定需更换的混凝土预制管片21，拆除第一内螺母17、第二内螺母18、第三内螺母19以及连接部件3的第二定位板4，再拆出第一螺柱11、第二螺柱12、第三螺柱13以及连接块5。
55.步骤b：拆除需要更换的混凝土预制管片21和与其相连接的混凝土预制管片21之间的第一弯制螺栓接头26或第二弯制螺栓接头20，移出需要更换的混凝土预制管片21并替换新的混凝土预制管片21。
56.步骤c1：当进行上部衬砌1施工时，重复安装施工步骤中的步骤二和步骤三。
57.步骤c2：当进行下部衬砌2施工时，重复安装施工步骤中的步骤一和步骤三。
58.可选择的，当下部衬砌为一体成型时，安装施工步骤还可以为：
59.步骤一：首先在预设位置现浇预设尺寸的混凝土形成下部衬砌2，在预设位置固定安装第一定位板6及第一螺柱11、第二螺柱12、第三螺柱13以及第一外螺母14、第二外螺母
15、第三外螺母16。
60.步骤二：使用托举装置将三个以上的混凝土预制管片21拼接形成上部衬砌1，相邻混凝土预制管片21用弯制螺栓接头20进行固定，并将上部衬砌1托举安装至设计位置。
61.步骤三：在上部衬砌1和下部衬砌2之间安装连接块5，在容纳槽7内安装第二定位板4，安装第一内螺母17、第二内螺母18以及第三内螺母19进行固定。
62.拆换施工步骤包括：
63.步骤a：首先确定需要更换的混凝土预制管片21，拆除第一内螺母17、第二内螺母18、第三内螺母19以及连接部件3的第二定位板4，再拆出第一螺柱11、第二螺柱12、第三螺柱13以及连接块5。
64.步骤b：拆除需要更换的混凝土预制管片21和与其相连接的混凝土预制管片21之间的弯制螺栓接头20，移出相应混凝土预制管片21并替换新的混凝土预制管片21。
65.步骤c1：当进行上部衬砌1施工时，重复安装施工步骤中的步骤二和步骤三。
66.步骤c2：当进行下部衬砌2施工时，重复安装施工步骤中的步骤一和步骤三。
67.优选的，本实施例中的连接块5靠近围岩的一侧设置有定位槽24，定位槽24中安装有辅助螺母25；
68.步骤a还包括：沿着靠近隧道围岩的方向向着远离隧道围岩的方向，将设置在连接块5上的第二螺柱12旋出预设距离，利用定位槽24中的辅助螺母25和设置在连接块5上的第二螺柱12拆出连接块5。
69.综上所述，本发明的局部可拆修衬砌结构能有效避免拆换局部衬砌结构时对相邻衬砌结构的产生严重影响，安装施工操作简便，且后续拆换施工无需进行机械凿除相邻的衬砌结构，大大减少隧道内的作业时间，提高了施工效率，能够进行快速抢修并减少断道时间，具有一定的经济性。
70.需要说明的是，以上仅为本发明的优选实施例，但发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明做出的非实质性修改，也均落入本发明的保护范围之内。