[發明專利]一種隧道裝配式預應力襯砌設計方法

有效

• 申請號: 202010438639.3
• 申請日: 2020-05-22
• 公開（公告）號: CN111550262B
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 李化云;陳曄磊;萬宇;雷中成;鄧來;周偉;付鈞福;周孝軍;趙藝程
• 申請（專利權）人: 西華大學
• 主分類號: E21D11/00
• 分類號: E21D11/00;E21D11/08;E21D11/10;G06F30/13;G06F30/23;G06F119/14
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一種隧道裝配式預應力襯砌設計方法，包括勘算設計和分段式襯砌管片的制備及安裝；勘算設計步驟如下：A：確定隧道內限界及襯砌內輪廓線；B:設定襯砌及仰拱厚度值；C：計算隧道內圍巖的壓力；D：計算襯砌內力及圍巖承受全部荷載；E：計算應力；F：預應力鋼筋布置；G：驗算；分段式襯砌管片制備及安裝中，工廠分片制造成一段多塊管片并安裝預應力筋；現場將若干塊分段式襯砌管片之間拼裝。本發明通過荷載?結構法進行結構設計得到設計數據，并在工廠進行預制，現場安裝后就可投入使用，提高了施工進度，且成品的預應力鋼筋布置在受拉一側，克服了預應力筋布置在同一側時負彎的作用，使接頭銜接緊密，減少了滲水、涌水幾率，并保證了質量。

技術領域

本發明涉及隧道工程施工方法領域，特別是一種隧道裝配式預應力襯砌設計方法。

背景技術

在目前地鐵、公路、鐵路等交通基礎設施建設中，會遇到大量的隧道工程。為了保證隧道施工及運營安全，現階段隧道二次襯砌是主要的支護手段之一，且常采用模板現澆施工，但是從施工質量和工程進度考慮，該方法存在以下缺點。

第一：目前，隧道襯砌結構分為初期支護和二次襯砌，初期支護就是噴射混凝土、錨桿、鋼筋網、鋼拱架等組成的支護，二次襯砌是在初期支護內側采用模板現場澆筑的方法形成的一個鋼筋混凝土拱圈。實際施工中，由于模板搭設復雜，施工進度緩慢，且澆筑后襯砌要發揮其功能，需要等混凝土達到設計強度，由于這個時間較長，因此會影響施工進度；澆筑后，其它進出隧道內的施工設備（包括車輛）有幾率和模板下端支撐的鋼結構等發生碰撞，進而導致支撐結構及模板等垮塌，造成澆筑后襯砌發生損壞，對施工安全造成影響；并且在二次襯砌混凝土的澆筑過程中，由于混凝土初期具有流動性，導致隧道頂部范圍襯砌的混凝土不密實，容易形成孔洞，對二次襯砌質量造成不良的影響。

第二：在二次襯砌設計和施工中，只是根據襯砌的最不利截面配置了普通鋼筋，襯砌的抗裂性考慮不足（如圖4所示，混凝土結構中彎矩最大處截面就是最不利截面，配置鋼筋的最主要作用就是為混凝土最不利截面受拉一側提供抗拉能力，而混凝土一側受拉的原因就是彎矩產生的拉力，就類似于一根木頭架在兩個石頭上，木頭中間彎矩最大，中間截面也就是木頭的最不利截面，只有防止這個截面不斷，其他截面才會不斷；目前，很多混凝土結構都會在某些部位開裂，其原因就是由于采用的是普通鋼筋、不能有效的防止混凝土開裂。以橋梁來舉例，如果不配置鋼筋，橋梁會在不利截面受拉側出現開裂、甚至破壞，所以在設計中，常在混凝土的受拉一側配置鋼筋；然而僅配置普通鋼筋，還是會出現混凝土開裂，導致許多橋梁和其他建筑都是帶裂縫工作），具體體現在隧道工程中，由于二次襯砌混凝土結構局部開裂，就會發生滲水現象，導致鋼筋銹蝕，甚至產生涌水對施工及后期運營帶來影響，因上述原因，很多隧道在運營階段發生的事故都是漏水造成的。

雖然現有的地鐵和水利隧道中，也有采用預應力鋼筋的二次襯砌，但是所有應用的預應力鋼筋多為同一曲率布置，因此布置在受壓一側的預應力會對整體結構產生不利影響，導致每兩段混凝土襯砌之間縱向接縫出現開口過大等問題，防水效果也受到影響（現有隧道預應力襯砌設計和施工中，如盾構隧道，均是按照同一個曲率布置的鋼筋，也就是隧道襯砌怎么彎曲，預應力鋼筋就怎么彎；由于預應力鋼筋要布置在混凝土的受拉一側施加預壓力，但從隧道襯砌的彎矩圖中（圖4）可以看出隧道襯砌是時而內側受拉，時而外側受拉，這樣，如果都按同一個方向布置預應力鋼筋，那么在某些區域就會發生在受壓區施加壓力的情況，導致彎矩增大，受拉區拉力就更大，裂縫更大，此時預應力反而產生負作用；就像兩塊海綿疊在一起，在一側擠壓它，另外一側就會接縫就會張開，由此導致滲水、涌水。）。

發明內容