[發明專利]適用于敞開式TBM施工隧洞的全斷面復合襯砌結構及施工方法

在審

• 申請號: 202210604389.5
• 申請日: 2022-05-20
• 公開（公告）號: CN114941542A
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發明（設計）人: 楊凡;池建軍;張海濤;朱發勇;趙茜瑤;靳可欣;劉甲奇;王濤;吳義方;何瀟
• 申請（專利權）人: 中水北方勘測設計研究有限責任公司
• 主分類號: E21D11/18
• 分類號: E21D11/18;E21D20/00;E21D11/10;E21D11/08;E21F16/02
• 代理公司: 天津市鼎和專利商標代理有限公司 12101
• 代理人: 王理盟

本發明公開了一種適用于敞開式TBM施工隧洞的全斷面復合襯砌結構及其施工方法，由邊頂拱一次支護、邊頂拱二次襯砌、預制混凝土仰拱、水泥砂漿結石層組成，預制混凝土仰拱安裝于隧洞底部，在洞軸線方向由多個預制仰拱單元拼裝而成，與洞壁間有留有空隙，水泥砂漿充填其中形成結石層；施工方法包括一次支護錨桿、拱架、鋼筋網實施作業、預制仰拱單元安裝作業、一次支護噴射混凝土作業、洞內排水作業、二次襯砌鋼筋骨架綁扎及混凝土澆筑作業、預制混凝土仰拱底部水泥砂漿充填作業。在確保全斷面襯砌跟進敞開式TBM開挖支護的同時，確保了襯砌現澆施工時相對干燥的工作環境，從而實現襯砌止水結構的順利安裝和作用的可靠發揮。

技術領域

本發明涉及一種隧洞的襯砌結構及施工方法，尤其是一種適用于敞開式TBM施工隧洞的全斷面復合襯砌結構及施工方法。

背景技術

襯砌結構是水工隧洞設計中改善過流條件、確保洞室穩定的重要結構，常規隧洞設計中多采用一次支護結合二次全斷面現澆鋼筋混凝土的復合襯砌結構。在敞開式TBM(巖石掘進機)施工的隧洞中，考慮洞內運輸需要，開挖支護時在隧洞底部預留部分石碴填平洞底并在其上布置工字鋼運輸軌道，仰拱襯砌現澆時將洞底工字鋼軌道拆除并清除石碴，并將工字鋼軌道重新安裝于仰拱襯砌上，待仰拱襯砌達到一定強度后實施后續開挖運輸工序，影響施工效率。為避免干擾，目前多采用以下兩種方式：

一是隧洞開挖及一次支護完成后，統一拆除軌道和清除石碴，再按照常規方法實施全斷面鋼筋混凝土襯砌及其相應的止水結構，該方式難以實現襯砌與開挖支護的同步進行，延長工程工期。

二是TBM掘進過程中在隧洞底部跟進安裝與洞壁直接接觸的預制混凝土仰拱結構，而后再現澆邊頂拱二次混凝土襯砌與預制仰拱結構形成全斷面的襯砌結構，該方式可實現全斷面襯砌結構與TBM掘進的同步進行，但在隧洞有水洞段施工過程中，底部仰拱的安裝臨時堵塞了洞底水流的排出路徑，抬高仰拱與掌子面間隧洞底部水位的同時將水流雍高至仰拱頂部排出，影響仰拱與掌子面作業環境以及仰拱周圍鋼筋混凝土現澆以及膨脹止水條的安裝作業；另在圍巖破碎洞段該仰拱結構難以與洞壁形成全面接觸，施工期臨時存在結構不穩定的情況。目前公布的相關技術對該種結構的施工方法缺乏系統的介紹，對施工期排水和襯砌結構止水的實施和可靠性缺乏周全的考慮。

因此，亟需一種兼顧效率和可靠性的適用于敞開式TBM(巖石掘進機)施工的全斷面襯砌結構及其施工方法來解決上述問題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種便捷可靠的適用于敞開式TBM施工隧洞的全斷面復合襯砌結構及其施工方法。

為了解決上述問題，本發明所采用的技術方案是：一種適用于敞開式TBM施工隧洞的全斷面復合襯砌結構，全斷面復合襯砌結構由邊頂拱一次支護、邊頂拱二次襯砌、預制混凝土仰拱、水泥砂漿結石層組成；預制混凝土仰拱在洞軸線方向由多個預制仰拱單元拼裝而成；預制仰拱單元頂部中間設有排水溝，排水溝左右為水平平臺，水平平臺上對稱布置軌道與吊環；預制仰拱單元底面為圓弧面，底面對稱布置有支撐底座；預制仰拱單元縱向一側設有凹槽，另一側設有陽角臺階；預制仰拱單元環向端部設有外伸型鋼與外伸鋼筋；預制仰拱單元在環向端部及縱向端部均開設止水凹槽，用于安裝固定止水條，且止水凹槽閉合成環；預制仰拱單元沿豎向設有通孔。

所述邊頂拱一次支護包含錨桿、型鋼拱架、鋼筋網、噴射混凝土；一次支護的鋼筋網鋪設在型鋼拱架的外翼緣側，錨桿沿型鋼拱架環向布置，將型鋼拱架固定在巖壁上。

所述邊頂拱二次襯砌包含鋼筋骨架和現澆混凝土。

所述預制仰拱單元環向端部的外伸型鋼端頭采用螺栓連接或焊接固定在邊頂拱一次支護的型鋼拱架內側翼緣上，使得邊頂拱一次支護、預制混凝土仰拱在環向形成整體的受力結構。

所述預制混凝土仰拱環向端部的外伸鋼筋與邊頂拱二次襯砌的鋼筋骨架采用綁扎、焊接或套筒連接在環向形成整體。

所述通孔用于對預制混凝土仰拱與巖壁之間的空隙充填水泥砂漿，形成水泥砂漿結石層。