一种钢板混凝土组合衬砌结构、施工方法及衬砌系统

1.本发明属于建筑施工技术领域，特别涉及一种钢板混凝土组合衬砌结构、施工方法及衬砌系统。


背景技术：

2.全断面岩石隧道掘进机(tbm)广泛应用于公路、铁路、水利等隧道工程。tbm通过刀盘旋转滚压岩石实现隧道开挖，其开挖断面主要为圆形断面。在高地应力情况下，对于硬质岩洞段，可能出现岩爆和大变形，轻则卡机被困，重则机毁人亡，严重威胁工程、设备、施工人员的安全，也严重影响工程施工进度；对于软弱岩体，在高地应力的作用下，开挖后可能会发生挤压大变形，给tbm开挖造成很大困难，甚至造成tbm卡机事故。本发明提出一种钢板-混凝土组合衬砌及施工方法，通过内衬和外衬加强tbm施工初期支护和隧洞永久衬砌。
3.常规单一混凝土衬砌与tbm施工很难实现同步衬砌，即使采用改装后配套，增加衬砌台车即使实现同步衬砌，但是施工效率低，工程造价高；采用管片衬砌，可以实现与tbm施工同步衬砌，但是隧洞全程采用管片衬砌，工程造价高，同时，存在管片整体性差，运行过程中，容易出现开裂或错台，后期隧洞维护费高；采用钢-混组合结构，钢板外露在空气或迎水面，钢板容易生锈，隧洞耐久性差，后期隧洞维护费高。
4.可见，如何提供一种能够满足与tbm同步衬砌且工程造价低、以及耐久性高的衬砌隧道，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本发明提供的一种钢板混凝土组合衬砌结构，以至少解决上述技术问题；
6.为了解决上述问题，本发明的第一方面提供一种钢板混凝土组合衬砌结构，所述组合衬砌结构包括：若干钢板，若干所述钢板组合形成与隧洞直径相适配的圆筒状主筋结构；第一衬砌层，所述第一衬砌层设置在所述钢板与所述隧洞内壁之间，用于与所述主筋结构形成内衬；第二衬砌层，所述第二衬砌层设置在所述钢板远离所述隧洞内壁的一侧，用于与所述主筋结构形成外衬。
7.在第一方面中，所述组合衬砌结构还包括：若干径向配筋，若干所述径向配筋环向布设在圆筒状所述主筋结构的内外侧壁上；其中，位于所述第一衬砌层一侧的所述径向配筋均嵌置在所述第一衬砌层内，使所述主筋结构与所述第一衬砌层形成一体；位于所述第二衬砌层一侧的所述径向配筋均嵌置在所述第二衬砌层内，使所述主筋结构与所述第二衬砌层形成一体。
8.在第一方面中，所述若干径向配筋均为栓钉。
9.在第一方面中，每一所述栓钉均焊接在所述对应侧的所述主筋结构上。
10.第二方面，本发明提供了一种钢板混凝土组合衬砌施工结构的施工方法，所述衬砌施工结构包括：若干钢板，第一衬砌层和第二衬砌层；所述施工方法包括：将若干钢板的内、外侧均设置若干径向配筋；将若干所述径向配筋拼接形成与隧洞直径相适配的圆筒状
主筋结构，使所述主筋结构与所述隧道内壁预留第一尺寸的缝隙；在所述第一尺寸的缝隙内填充混凝土，使所述主筋结构与所述隧道的内侧壁形成内衬；在所述主筋结构远离所述隧洞内壁的一侧浇筑混凝土，与所述主筋结构形成外衬。
11.在第二方面中，所述在所述主筋结构远离所述隧洞内壁的一侧浇筑混凝土包括：在所述主筋远离所述隧洞内壁的一侧设置外侧模板支架；在所述外侧模板之间与所述主筋结构之间浇筑混凝土。
12.在第二方面中，所述将若干钢板的内、外侧均设置若干径向配筋步骤之前，所述施工方法还包括：通过卷板机制备所述钢板；所述通过卷板机制备所述钢板包括：通过卷板机制备若干块预设弧度的钢板。
13.在第二方面中，在所述第一尺寸的缝隙内填充混凝土包括：通过混凝土泵送将预设粘稠度参数的混凝土浇筑至所述第一尺寸的缝隙。
14.在第二方面中，所述在所述第一尺寸的缝隙内填充混凝土或所述在所述主筋结构远离所述隧洞内壁的一侧浇筑混凝土步骤之后，所述方法包括：对浇筑的混凝土进行5-15天的养护；养护完成后，拆除所述外侧模板支架。
15.第三方面本发明提供了一种钢板混凝土组合衬砌系统，所述衬砌系统包括上述权利要求所述的钢板混凝土组合衬砌结构。
16.有益效果：本发明提出了一种钢板混凝土组合衬砌结构，通过若干钢板组合形成与隧洞直径相适配的主筋结构，然后在主筋结构的内外两侧对应设置第一衬砌层和第二衬砌层，使得主筋结构与第一衬砌层形成隧洞的内衬、以及使主筋结构与第二衬砌层形成外衬，这样就能满足与tbm同步施工，且造价低以及利用第一衬砌层和第二衬砌层将由钢板组成的主筋结构进行包夹，使得主筋结构不易发生锈蚀，进而大大提高了隧洞的耐久性。
附图说明
17.为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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获得其他的附图。
18.图1为本发明钢板混凝土组合衬砌结构的整体结构示意图；
19.图2为本发明主筋结构的安装结构示意图；
20.图3为本发明的内衬的结构示意图；
21.图4为本发明外衬的结构示意图；
22.图5为本发明钢板混凝土组合衬砌施工结构的施工方法的流程框图。
23.图中标号：
24.1、栓钉；
25.2、内衬；
26.3、钢板；
27.4、模板支架；
28.5、外衬。
具体实施方式
29.下面将结合附图，对本发明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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.同时，本说明书实施例中，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本说明书实施例中所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明目的，并不是旨在限制本发明。
31.实施例一：
32.如图1-4所示，本实施例一提供了一种钢板3混凝土组合衬砌结构，组合衬砌结构包括：若干钢板3、第一衬砌层和第二衬砌层，
33.其中，若干钢板3组合形成与隧洞直径相适配的圆筒状主筋结构；第一衬砌层设置在钢板3与隧洞内壁之间，用于与主筋结构形成内衬2；第二衬砌层设置在钢板3远离隧洞内壁的一侧，用于与主筋结构形成外衬5。
34.具体而言，本发明的一种钢板3混凝土组合衬砌结构，通过若干钢板3组合形成与隧洞直径相适配的主筋结构，然后在主筋结构的内外两侧对应设置第一衬砌层和第二衬砌层，使得主筋结构与第一衬砌层形成隧洞的内衬2、以及使主筋结构与第二衬砌层形成外衬5，这样就能满足与tbm同步施工，且造价低以及利用第一衬砌层和第二衬砌层将由钢板3组成的主筋结构进行包夹，使得主筋结构不易发生锈蚀，进而大大提高了隧洞的耐久性。
35.在一些实施方式中，组合衬砌结构还包括：若干径向配筋，若干径向配筋环向布设在圆筒状主筋结构的内外侧壁上；其中，位于第一衬砌层一侧的径向配筋均嵌置在第一衬砌层内，使主筋结构与第一衬砌层形成一体；位于第二衬砌层一侧的径向配筋均嵌置在第二衬砌层内，使主筋结构与第二衬砌层形成一体。
36.这是为了通过径向配筋来提高主筋结构与第一衬砌层和第二衬砌层的连接稳定性，在设置时，将径向配筋均匀布设在主筋结构的内侧和外侧，然后设置第一衬砌层和第二衬砌层时，使得径向配筋嵌置在第一衬砌层和第二衬砌层内以与第一衬砌层和第二衬砌层形成牢固的连接关系。
37.在一些实施方式中，若干径向配筋均为栓钉1。
38.栓钉1的尾部为“t”字型，能够增大与第一衬砌层和第二衬砌层的接触面积，进而提高连接的稳定性。
39.在一些实施方式中，每一栓钉1均焊接在对应侧的主筋结构上。
40.焊接的方式更为稳定，能够使栓钉1与主筋结构形成牢固的连接关系。
41.实施例二：
42.本实施例二提供了一种钢板混凝土组合衬砌施工结构的施工方法，衬砌施工结构包括：若干钢板3，第一衬砌层和第二衬砌层；施工方法包括：将若干钢板3的内、外侧均设置若干径向配筋；将若干径向配筋拼接形成与隧洞直径相适配的圆筒状主筋结构，使主筋结构与隧道内壁预留第一尺寸的缝隙；在第一尺寸的缝隙内填充混凝土，使主筋结构与隧道
的内侧壁形成内衬2；在主筋结构远离隧洞内壁的一侧浇筑混凝土，与主筋结构形成外衬5。
43.在设置时，先将钢板3的内外两侧设置若干径向配筋，然后在将带有径向配筋的钢板3移运至隧道内进行组装，以形成圆筒状的主筋结构，然后在主筋结构与隧道内侧壁之间浇筑混凝土使得主筋结构与隧道内侧壁之间形成连接，也即形成内衬2，然后再在主筋结构远离隧道内侧壁的一侧浇筑预设厚度的混凝土。
44.在一些实施方式中，，在主筋结构远离隧洞内壁的一侧浇筑混凝土包括：在主筋远离隧洞内壁的一侧设置外侧模板支架4；在外侧模板之间与主筋结构之间浇筑混凝土。
45.通过模板支架4能够更加准确地确定主筋结构远离隧道内侧壁一侧的浇筑厚度，以及能够更快速地使得浇筑成型。
46.在一些实施方式中，将若干钢板3的内、外侧均设置若干径向配筋步骤之前，施工方法还包括：通过卷板机制备钢板3；通过卷板机制备钢板3包括：通过卷板机制备若干块预设弧度的钢板3。
47.卷板机能够按照预设的尺寸和形状参数，将钢板3预制成型，以提高制备钢板3的效率。
48.在一些实施方式中，，在第一尺寸的缝隙内填充混凝土包括：通过混凝土泵送将预设粘稠度参数的混凝土浇筑至第一尺寸的缝隙。
49.在一些实施方式中，，在第一尺寸的缝隙内填充混凝土或在主筋结构远离隧洞内壁的一侧浇筑混凝土步骤之后，方法包括：对浇筑的混凝土进行5-15天的养护；养护完成后，拆除外侧模板支架4。
50.实施例三：
51.本发明提供了一种钢板混凝土组合衬砌系统，衬砌系统包括上述权利要求的钢板3混凝土组合衬砌结构，该衬砌系统通过钢板3混凝土组合衬砌结构就能满足与tbm同步施工，且造价低以及利用第一衬砌层和第二衬砌层将由钢板3组成的主筋结构进行包夹，使得主筋结构不易发生锈蚀，进而大大提高了隧洞的耐久性。
52.由于该实实施例三、施例二与实施例一为同一发明构思下的一个实施例，其部分结构完全相同，因此对实施例二中与实施例一实质相同的结构不在详细阐述，未详述部分请参阅实施例一即可。
53.最后应说明的是：以上上述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
54.尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。