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在软弱土层隧道内架设的预制垫 块连梁结构及施工方法

阅读：657发布：2020-05-08

专利汇可以提供在软弱土层隧道内架设的预制垫块连梁结构及施工方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明属于隧道施工技术领域，具体涉及到一种在软弱土层隧道内架设的预制垫块连梁结构及施工方法，包括首尾连接的若干预制混凝土垫块，所述预制混凝土垫块包括两对称的混凝土垫块，两混凝土垫块之间通过支撑钢构件连接在一起，支撑钢构件上方固定连接钢板；所述混凝土垫块上预留若干锁脚导管导向孔；所述混凝土垫块外表面凿毛。本发明预制垫块连梁结构解决了沉降等安全问题，效果显著，可操作性强，经济效益和社会效益显著。，下面是在软弱土层隧道内架设的预制垫块连梁结构及施工方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种在软弱土层隧道内架设的预制垫块连梁结构，其特征在于：包括首尾连接的若干预制混凝土垫块（1），所述预制混凝土垫块（1）包括两对称的混凝土垫块（2），两混凝土垫块（2）之间通过支撑钢构件（3）连接在一起，支撑钢构件（3）上方固定连接钢板（4），连接钢板（4）通过螺栓与钢拱架连接，所述支撑钢构件（3）的下表面与混凝土垫块（2）的下表面齐平，连接钢板（4）的上表面与混凝土垫块（2）的上表面齐平；所述预制混凝土垫块（1）的长度与钢拱架设计分段长度一致，宽度与初期支护喷射混凝土厚度一致；所述混凝土垫块（2）上预留若干锁脚导管导向孔（5）；所述混凝土垫块（2）外表面凿毛。
2.根据权利要求1所述的在软弱土层隧道内架设的预制垫块连梁结构，其特征在于：所述预制混凝土垫块（1）两端分别设有匹配的凹结构（6）和凸结构（7），预制混凝土垫块（1）之间通过凹结构（6）和凸结构（7）插接在一起。
3.根据权利要求2所述的在软弱土层隧道内架设的预制垫块连梁结构，其特征在于：所述预制混凝土垫块（1）连接处设有斜穿两相邻预制混凝土垫块（1）的垫块连接斜向螺栓孔（8），相邻预制混凝土垫块（1）之间通过穿过垫块连接斜向螺栓孔（8）的螺栓固定连接在一起。
4.根据权利要求1所述的在软弱土层隧道内架设的预制垫块连梁结构，其特征在于：所述预制混凝土垫块（1）的长度为50-60cm，宽度为30-35cm，高度为20-25cm。
5.根据权利要求1所述的在软弱土层隧道内架设的预制垫块连梁结构，其特征在于：所述支撑钢构件（3）为工字钢，支撑钢构件（3）为两个。
6.根据权利要求1所述的在软弱土层隧道内架设的预制垫块连梁结构，其特征在于：所述锁脚导管导向孔（5）的埋设角度为10-30°，锁脚导管导向孔（5）的直径为50-150mm。
7.根据权利要求1-6任一项所述的在软弱土层隧道内架设的预制垫块连梁结构，其施工方法包括如下步骤：
（一）根据设计要求加工预制混凝土垫块（1）；
（二）隧道开挖，拱脚处放置预制混凝土垫块（1），架设钢拱架，将钢拱架与预制混凝土垫块（1）通过螺栓连接，初期支护混凝土喷射，完成掌子面封闭；
（三）通过预制混凝土垫块（1）锁脚导管导向孔（5）打设锁脚导管；
（四）循环开挖，重复步骤（二）和步骤（三），相邻预制混凝土垫块（1）之间连接在一起，形成预制垫块连梁结构。
8.根据权利要求7所述的在软弱土层隧道内架设的预制垫块连梁结构的施工方法，其特征在于：所述步骤（四）中，循环开挖进尺与预制混凝土垫块（1）长度一致。

说明书全文

在软弱土层隧道内架设的预制垫 块连梁结构及施工方法

技术领域

[0001] 本发明属于隧道施工技术领域，具体涉及到一种在软弱土层隧道内架设的预制垫块连梁结构及施工方法。

背景技术

[0002] 在隧道等地下空间施工过程中，特别是在软弱土层隧道中施工，因为地层承载力达不到设计要求，隧道初期支护拱架安装后拱脚着力于软弱土层上，拱脚地基承载力不够。针对上述问题，常规施工中多用砖头、石块、木板、钢板等当做垫块，施工很不规范，不能很好的解决沉降问题。上中台阶及中下台阶拱脚受力不稳定，是诱发隧道初期支护失稳的主要原因。特别上中台阶拱架节点位置，是整个隧道初期支护受力的薄弱点，尤其在软弱隧道土层中，如果此节点不能采取有效措施进行加强处理，隧道会引发较大沉降及洞内收敛变形，严重时会引发初支钢拱架变形侵入隧道空间界限内，如果变形不能及时控制会持续沉降引起地面塌陷造成严重的后果，因此如何解决拱架脚部承载力的问题，并且增加上中台阶连接处结构强度是现在急需解决的问题。

发明内容

[0003] 本发明为解决现有技术的不足，提供一种在软弱土层隧道内架设的预制垫块连梁结构及施工方法。

[0004] 本发明是通过以下技术方案实现的：一种在软弱土层隧道内架设的预制垫块连梁结构，包括首尾连接的若干预制混凝土垫块，所述预制混凝土垫块包括两对称的混凝土垫块，两混凝土垫块之间通过支撑钢构件连接在一起，支撑钢构件上方固定连接钢板，连接钢板通过螺栓与钢拱架连接，所述支撑钢构件的下表面与混凝土垫块的下表面齐平，连接钢板的上表面与混凝土垫块的上表面齐平；
所述预制混凝土垫块的长度与钢拱架设计分段长度一致，宽度与初期支护喷射混凝土厚度一致；所述混凝土垫块上预留若干锁脚导管导向孔；所述混凝土垫块外表面凿毛。

[0005] 所述预制混凝土垫块两端分别设有匹配的凹结构和凸结构，预制混凝土垫块之间通过凹结构和凸结构插接在一起。

[0006] 所述预制混凝土垫块连接处设有斜穿两相邻预制混凝土垫块的垫块连接斜向螺栓孔，相邻预制混凝土垫块之间通过穿过垫块连接斜向螺栓孔的螺栓固定连接在一起。

[0007] 所述预制混凝土垫块的长度为50-60cm，宽度为30-35cm，高度为20-25cm。

[0008] 所述支撑钢构件为工字钢，支撑钢构件为两个。

[0009] 所述锁脚导管导向孔的埋设角度为10-30°，锁脚导管导向孔的直径为50-150mm。

[0010] 上述的在软弱土层隧道内架设的预制垫块连梁结构，其施工方法包括如下步骤：（一）根据设计要求加工预制混凝土垫块；
（二）隧道开挖，拱脚处放置预制混凝土垫块，架设钢拱架，将钢拱架与预制混凝土垫块通过螺栓连接，初期支护混凝土喷射，完成掌子面封闭；
（三）通过预制混凝土垫块锁脚导管导向孔打设锁脚导管；
（四）循环开挖，重复步骤（二）和步骤（三），相邻预制混凝土垫块之间连接在一起，形成预制垫块连梁结构。

[0011] 优选的，所述步骤（四）中，循环开挖进尺与预制混凝土垫块长度一致。

[0012] 本发明的有益效果：一、本发明的预制混凝土垫块彼此连接为一体形成预制垫块连梁结构，连接成为一条预制整体连梁，增加了钢拱架节点处结构刚度。特别是上中台阶节点受力薄弱，采用预制垫块连梁结构，可快速受力起到加固节点的作用。

[0013] 二、本发明预制混凝土垫块提前预制且工厂化制作，质量强度标准能够有效控制，且整个结构外表面凿毛，可与喷射砼有效连接。

[0014] 三、预制混凝土垫块中间采用连接钢板与钢拱架连接，能够保证连接钢板与钢拱架有效连接，且传递力及变形一致，使钢拱架受力得到释放及传递，从而使得初期支护钢拱架受到的土压力有效释放。

[0015] 四、采用预制垫块连梁结构增大接触面积，提高钢拱架承载力。钢拱架通过连接钢板着力于整个预制垫块连梁结构上，因预制垫块连梁结构与土层接触面积较大，大大增加了支撑面积。未加设本发明预制混凝土垫块时，只有钢拱架接头板位置的面积受力，一般钢拱架接头板面积约400cm2，架设本发明的预制垫块连梁结构后，接触面积平均约为1500-2000cm2，接触面积大大提高，有效增加了承载力，减少了钢拱架沉降变形。

[0016] 五、通过架设本发明的预制混凝土垫块，可以合理控制每循环开挖进尺。由于预制混凝土垫块根据拱架间距长度固定设计，工厂化提前制造，模块化安装能够有效控制隧道掌子面开挖掘进进尺，可以避免无序超挖现象。

[0017] 六、本发明预制混凝土垫块上预留锁脚导管导向孔，通过锁脚导管导向孔可以解决常规锁脚打设过程中存在的两个问题：1、隧道掌子面开挖后不能及时封闭，需要打设锁脚导管完成后再进行封闭，锁脚打设时间导致隧道掌子面暴露时间过长，如果围岩较差会引发掌子面土方掉块，严重时会造成坍塌；2、锁脚打设角度不好控制，因为没有导向装置，锁脚导管打设角度不好控制，常常会因为角度设置不合理，不能真正起到锁脚导管锚固钢拱架的作用。本发明通过在预制混凝土垫块上预留锁脚导管导向孔，不仅通过预制垫块连梁结构来间接支撑钢拱架的稳定，且在钢拱架安装后可及时喷射混凝土封闭掌子面稳定开挖土层，与锁脚打设工序不产生冲突，待掌子面封闭后可再通过预留的锁脚导管导向孔打设锁脚导管，另外，还可以在后期打设时遵循设计的角度打设，有效保证锁脚导管合理受力，减少钢拱架沉降。

[0018] 本发明特别是在软弱土层隧道中施工时效果更加显著，因为地层承载力达不到设计要求，隧道初期支护拱架安装后拱脚着力于软弱土层上，拱脚地基承载力不够，而常规施工中的加垫方式不规范，常常引发沉降等安全问题。本发明步骤简单，效果显著，可操作性强，节约施工空间，经济效益和社会效益显著。附图说明

[0019] 图1为本发明的结构示意图。

[0020] 图中，1预制混凝土垫块，2混凝土垫块，3支撑钢构件，4连接钢板，5锁脚导管导向孔，6凹结构，7凸结构，8垫块连接斜向螺栓孔，9拱架连接螺栓孔。

具体实施方式

[0021] 以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

[0022] 本发明的预制垫块连梁结构由若干个首尾相连的预制混凝土垫块1组成，预制混凝土垫块1与上方的钢拱架的接头板通过螺栓连接。相邻预制混凝土垫块1之间连接的方式有多种，本发明对此不作限制。作为本实施例的优选方案，本实施例在预制混凝土垫块1的两端分别设计了匹配的凹结构6和凸结构7，凸结构7能插入凹结构6内，相邻预制混凝土垫块1之间通过凹结构6和凸结构7插接在一起。为保证连接牢固，在预制混凝土垫块1连接处还设有斜穿两相邻预制混凝土垫块1的垫块连接斜向螺栓孔8，如附图1所示，螺栓穿过垫块连接斜向螺栓孔8将相邻的预制混凝土垫块1进一步固定连接在一起。

[0023] 本发明的预制混凝土垫块1在施工前提前工厂化制作，根据设计要求进行尺寸的定制。按照钢拱架架设间距设计分段长度，软弱土层段钢拱架架设间距一般在50-60cm，因此本发明的预制混凝土垫块1设计长度也为50-60cm，宽度为设计初期支护喷射混凝土厚度，一般在30-35cm，这样初期支护喷射混凝土后刚好将预制混凝土垫块1覆盖住，预制混凝土垫块1高度设计为20-25cm。

[0024] 下面对本实施例的预制混凝土垫块1结构详细介绍：本发明的预制混凝土垫块1包括两个对称的混凝土垫块2，两个混凝土垫块2之间通过支撑钢构件3连接在一起，选用两个工字钢作为支撑钢构件3。支撑钢构件3两端固定连接两混凝土垫块2。支撑钢构件3与混凝土垫块2连接固定方式有多种，比如，可以通过一体浇筑连接在一起，也可以通过在混凝土垫块2内预埋螺栓，通过预埋螺栓将支撑钢构件3与混凝土垫块2连接在一起，也可以通过在混凝土垫块2内预埋钢筋，通过钢筋将支撑钢构件3焊接在混凝土垫块2上等等，在此不做特殊限制。

[0025] 在支撑钢构件3的上方固定有连接钢板4，连接钢板4和支撑钢构件3之间可以直接焊接在一起，也可以通过螺栓固定在一起。连接钢板4上预留拱架连接螺栓孔9，通过拱架连接螺栓孔9和螺栓将连接钢板4与上方的钢拱架的接头板连接在一起，实现预制混凝土垫块1与钢拱架的连接。

[0026] 上述支撑钢构件3的下表面与混凝土垫块2的下表面齐平，连接钢板4的上表面与混凝土垫块2的上表面齐平。

[0027] 本发明上述的两混凝土垫块2外表面凿毛，这样可与初期支护喷射的混凝土能够很好结合。

[0028] 所述混凝土垫块2上预留若干锁脚导管导向孔5，锁脚导管导向孔5与锁脚导管打设位置对应，锁脚导管导向孔5的埋设角度为10-30°，直径为50-150mm。

[0029] 将本发明的预制混凝土垫块1应用在隧道开挖中，相邻预制混凝土垫块1相连形成预制垫块连梁结构。下面举例说明在软弱土层隧道内架设预制垫块连梁结构的施工方法，包括如下步骤：（一）根据设计要求加工上述的预制混凝土垫块1，进行工厂化制作。制作的预制混凝土垫块1长度50-60cm，宽度30-35cm，高度20cm-25cm。支撑钢构件3采用两根长度30cm的工字钢，支撑钢构件3上设有拱架连接螺栓孔9，预制混凝土垫块1上设置有锁脚导管导向孔5。

[0030] （二）隧道上台阶开挖，开挖后清理开挖面，拱脚处放置预制混凝土垫块1，架设钢拱架，将钢拱架与预制混凝土垫块1通过螺栓连接，初期支护混凝土喷射，完成掌子面封闭。

[0031] （三）通过预制混凝土垫块1锁脚导管导向孔5打设锁脚导管。

[0032] （四）进行下一循环开挖，重复步骤（二）和步骤（三），相邻预制混凝土垫块1之间连接在一起，形成预制垫块连梁结构。

[0033] （五）上台阶循环施工，循环开挖进尺与预制混凝土垫块1长度一致，掘进一定进尺后，开挖中台阶，拱脚处放置预制混凝土垫块1，架设钢拱架，中台阶钢拱架与预制混凝土垫块1连接，初期支护混凝土喷射，完成掌子面封闭，中台阶循环施工，相邻预制混凝土垫块1之间连接在一起，形成预制垫块连梁结构，最后完成上中台阶开挖。

[0034] 以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

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