一种钢板格栅混凝土组合衬砌结构、施工方法及衬砌系统

1.本发明隧道工程技术领域，特别涉及一种钢板格栅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。本发明提出钢板格栅-碾压混凝土组合衬砌及施工方法，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格栅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格栅混凝土组合衬砌结构，所述衬砌结构包括：若干钢板，若干所述钢板组合形成环状的一体结构，环状的所述一体结构设置在所述隧洞内，且所述一体结构的外侧壁贴合所述隧洞的内侧壁；若干连接构件，若干所述连接构件布设在环状的所述一体结构的内侧壁，以将所述内侧壁分隔成格栅形状；混凝土填充物，所述混凝土填充物设置在环状的所述一体结构的内侧壁，并填充在所述格栅内。
7.在第一方面中，一种钢板格栅混凝土组合衬砌结构若干所述连接件包括：若干翼板，若干所述翼板按照横向、纵向布设在所述一体结构的内侧壁上，将环形的所述一体结构分隔成所述格栅状。
8.在第一方面中，一种钢板格栅混凝土组合衬砌结构所述衬砌结构还包括：若干径向配筋，若干所述径向配筋布设在一体结构的内侧壁上，并位于所述格栅内。
9.在第一方面中，所述径向配筋为栓钉。
10.在第一方面中，所述衬砌结构还包括：若干所述钢板之间通过高强螺栓组合形成环状的一体结构。
11.第二方面，本发明提供了一种钢板格栅混凝土组合衬砌结构的施工方法，所述衬
砌结构包括：若干钢板、若干连接构件，所述连接构件包括翼板和径向配筋，所述衬砌施工方法包括：制备若干块钢板；所述制备若干块钢板均包括：将所述钢板制备成预设的尺寸和形状；在所述钢板的内侧壁上焊接连接构件，以将所述钢板的内侧壁分隔成格栅形状，形成预安装件；将预安装件移运至隧洞，并在隧洞的内侧壁处将若干所述预安装件拼装成环形的一体结构；对一体结构的格栅进行碾压混凝土浇筑，使碾压混凝土与所述一体结构凝固形成一体的所述衬砌结构。
12.在第二方面中，在隧洞的内侧壁处将所述预安装件拼装成环形的一体结构包括：将多块预设形状的和尺寸和钢板通过高强螺栓进行连接。
13.在第二方面中，所述对一体结构的格栅进行碾压混凝土浇筑包括：将所述碾压混凝土喷射至所述格栅内；对格栅内的碾压混凝土进行压实。
14.在第二方面中，所述将所述碾压混凝土喷射至所述格栅内；对格栅内的碾压混凝土进行压实包括：在隧洞的中心设置tbm连接桥，在所述tbm连接桥的外侧布设环形碾压器，通过环形碾压器以所述隧洞的中心为轴心对所述格栅进行周向碾压。
15.第三方面，本发明提供了一种钢板格栅混凝土组合衬砌系统，所述衬砌系统包括上述的钢板格栅混凝土组合衬砌结构。
16.有益效果：本发明提出了一种钢板格栅混凝土组合衬砌结构，通过若干钢板组合形成环形的一体结构，设置在隧洞的内侧壁，然后在通过若干连接构件将环形一体结构内侧壁分隔成格栅状，最后在通过混凝土填充物将格栅进行填充，以形成一体结构的衬砌结构，该衬砌结构可同步进行tbm同步衬砌施工，且造价低以及通过混凝土填充物的方式将钢板和若干连接构件包覆在内，避免了钢板生锈而造成的隧洞耐久性差的问题，大大提高了衬砌结构的稳定性。
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为本发明一种钢板格栅混凝土组合衬砌结构的整体结构示意图；
19.图2为本发明格栅的结构示意图；
20.图3为本发明一种钢板格栅混凝土组合衬砌结构的俯视结构示意图；
21.图4为本发明的一种钢板格栅混凝土组合衬砌结构被碾压成型的结构示意图；
22.图5为本发明的一种钢板格栅混凝土组合衬砌结构的施工方法的流程框图。
23.图中标号：
24.1、钢板；
25.2、翼板；
26.3、栓钉；
27.4、碾压混凝土；
28.5、整环管片；
29.6、连接构件；
30.7、混凝土环形碾压器；
31.8、tbm连接桥。
具体实施方式
32.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。
33.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。
34.实施例一：
35.如图1-4所示，本实施例一提供了一种钢板1格栅混凝土组合衬砌结构，衬砌结构包括：若干钢板1、若干连接构件6和混凝土填充物；
36.若干钢板1组合形成环状的一体结构，环状的一体结构设置在隧洞内，且一体结构的外侧壁贴合隧洞的内侧壁；若干连接构件6布设在环状的一体结构的内侧壁，以将内侧壁分隔成格栅形状；混凝土填充物设置在环状的一体结构的内侧壁，并填充在格栅内。
37.具体而言，本发明的一种钢板1格栅混凝土组合衬砌结构，通过若干钢板1组合形成环形的一体结构，设置在隧洞的内侧壁，然后在通过若干连接构件6将环形一体结构内侧壁分隔成格栅状，最后在通过混凝土填充物将格栅进行填充，以形成一体结构的衬砌结构，该设置结构可同步进行tbm同步衬砌施工，且造价低以及通过混凝土填充物的方式将钢板1和若干连接构件6包覆在内，避免了钢板1生锈而造成的隧洞耐久性差的问题，大大提高了衬砌结构的稳定性。
38.在一些实施方式中，若干所述连接件包括：若干翼板2，若干所述翼板2按照横向、纵向布设在所述一体结构的内侧壁上，将环形的所述一体结构分隔成所述格栅状。
39.这是由于若干翼板2能够增加混凝土的接触面积，进而使得混凝土能够与若干钢板1组成的一体结构形成更加稳固的连接关系，所以，通过若干翼板2焊接在钢板1上分隔成格栅的形式来进行设置，以提高衬砌结构整体的稳定性。
40.在一些实施方式中，一种钢板1格栅混凝土组合衬砌结构所述衬砌结构还包括：若干径向配筋，若干所述径向配筋布设在一体结构的内侧壁上，并位于所述格栅内。
41.径向配筋的目的是为了进一步加强混凝土与一体结构钢板1的连接接触面积，进而提高二者的连接稳定性。
42.在一些实施方式中，所述径向配筋为栓钉3。
43.这是由于栓钉3的尾部为t字型，嵌置在混凝土内可以形成稳固的“倒钩”结构，进而进一步加强混凝土与一体结构的稳固性。
44.在一些实施方式中，所述衬砌结构还包括：若干所述钢板1之间通过高强螺栓组合形成环状的一体结构。
45.这样即可以使得二者的而连接更加紧密，防止在隧洞受到外部应力扰动时发生错位。
46.实施例二：
47.本发明提供了一种钢板格栅混凝土组合衬砌结构的施工方法，所述衬砌结构包括：若干钢板1、若干连接构件6，所述连接构件6包括翼板2和径向配筋，所述衬砌施工方法包括：制备若干块钢板1；所述制备若干块钢板1均包括：将所述钢板1制备成预设的尺寸和形状；在所述钢板1的内侧壁上焊接连接构件6，以将所述钢板1的内侧壁分隔成格栅形状，形成预安装件；将预安装件移运至隧洞，并在隧洞的内侧壁处将若干所述预安装件拼装成环形的一体结构；对一体结构的格栅进行碾压混凝土4浇筑，使碾压混凝土4与所述一体结构凝固形成一体的所述衬砌结构。
48.具体而言，本发明提供了一种钢板1格栅混凝土组合衬砌结构的施工方法，该方法用于制备衬砌结构，首先，将若干块钢板1制备呈预设尺寸和形状，然后在将连接构件6布设在钢板1上，以形成格栅结构，以及将若干钢板1组合形成一体的整环管片5最后，在将碾压混凝土4浇筑在格栅结构内以最终形成稳固的一体衬砌结构，该衬砌结构汇总，通过格栅结构将混凝土碾压浇筑在内，将钢板1进行覆盖，避免了钢板1发生锈蚀的弊端，降低了施工成本，提高了施工效率。
49.在第二方面中，在隧洞的内侧壁处将所述预安装件拼装成环形的一体结构包括：将多块预设形状的和尺寸和钢板1通过高强螺栓进行连接。
50.这样就使得钢板1之间的连接更加稳固。
51.在第二方面中，所述对一体结构的格栅进行碾压混凝土4浇筑包括：将所述碾压混凝土4喷射至所述格栅内；对格栅内的碾压混凝土4进行压实。
52.进一步地，所述将所述碾压混凝土4喷射至所述格栅内；对格栅内的碾压混凝土4进行压实包括：在隧洞的中心设置tbm连接桥8，在所述tbm连接桥8的外侧布设环形碾压器7，通过环形碾压器7以所述隧洞的中心为轴心对所述格栅进行周向碾压。
53.实施例三：
54.本发明提供了一种钢板1格栅混凝土组合衬砌系统，所述衬砌系统包括上述的钢板1格栅混凝土组合衬砌结构，该衬砌系统，通过设置述的钢板1格栅混凝土组合衬砌结构，可同步进行tbm同步衬砌施工，且造价低以及通过混凝土填充物的方式将钢板1和若干连接构件6包覆在内，避免了钢板1生锈而造成的隧洞耐久性差的问题，大大提高了衬砌结构的稳定性。
55.由于该实施例二、实施例三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。
56.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。
57.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。