临海高水压隧道单层钢板混凝土组合衬砌结构及安装工艺制造技术

本发明专利技术公开临海高水压隧道单层钢板混凝土组合衬砌结构和安装工艺，包括由若干钢板依次首尾相连组成的钢板拱圈结构、设置于钢板拱圈结构与初期支护结构之间并与钢板拱圈结构侧面相连的抗剪结构、两端分别与钢板拱圈结构和初期支护结构相连的支撑结构、以及浇注于钢板拱圈结构与初期支护结构之间的抗渗混凝土。本发明专利技术可节省防水层及三次衬砌的建造，节约施工工期和减小隧道衬砌的总厚度和隧道开挖面积以及节省开挖工程量，增强开挖洞体的稳定性。相对于现有技术，本发明专利技术技术方案具有抗震性能好，抗变形能力强，施工速度快、施工工期缩短、节约人工成本等优点。

Structure and installation process of single deck steel concrete composite lining for high water pressure tunnel in coastal area

The present invention discloses the high pressure tunnel single layer steel concrete composite lining structure and installation, comprising a plurality of plates are composed of steel arch structure, end to end is arranged on the steel arch structure and initial support structure and steel arch structure side shear structure, connected with the two ends of steel arch structure and initial supporting structure. The supporting structure, and casting steel in arch structure and initial supporting structure between the impermeability of concrete. The invention saves the waterproof layer and the construction of the three lining, saves the construction period and reduces the total thickness of the tunnel lining and the excavation area of the tunnel, saves the amount of the excavation work, and enhances the stability of the excavation cavity. Compared with the prior art, the technical proposal of the invention has the advantages of good seismic performance, strong deformation resistance, fast construction speed, short construction period, labor cost saving and the like.

【技术实现步骤摘要】
临海高水压隧道单层钢板混凝土组合衬砌结构及安装工艺
本专利技术涉及隧道衬砌结构设计
，特别涉及临海高水压隧道单层钢板混凝土组合衬砌结构及安装工艺。
技术介绍
隧道衬砌指的是为了防止围岩变形或者坍塌，沿着隧道洞内边缘使用钢筋混凝土等材料修建的永久性支护结构。现有技术中的隧道衬砌一般都设置有初期支护结构和二次衬砌，对于某些围岩压力较大、地质条件较差的隧道还需要设置三次衬砌，以保证隧道围岩稳定性和改善支护结构受力状态。例如，港珠澳大桥珠海连接线的拱北隧道地质条件较为特殊，且地表沉降需要严格控制，因此隧道超前支护采用管幕冻结组合预加固方案。目前拱北隧道初期支护结构由工字钢拱架、钢筋网以及喷射混凝土构成，可用于承受隧道开挖后的围岩压力。二次衬砌由格栅钢架、钢筋网以及喷射混凝土构成，用来加固初期支护结构及共同承受围岩压力。三次衬砌由防水层、防腐蚀钢筋混凝土构成，主要用于防水和美观。其中，隧道超前支护在积极冻结满足要求后，按照先注浆加固后开挖的原则，分部多台阶多导坑开挖，同时逐步停止已开挖段的冻结作用，从而起到节约能源目的。但是上述结构以及施工方法存在一定的问题，顶管分部停止冻结没有协调好，容易在高水压的条件下造成开挖后隧道渗水严重，对初期支护结构以及二次、三次衬砌的施工造成极为不利的影响。二次衬砌和三次衬砌的施工厚度较大时，会加大隧道端面开挖面积和工程开挖量，从而延长施工工期。制作和安装格栅钢架会耗费大量的人力物力且施工速度慢，增加额外的人力和物力成本。三次衬砌施工需要应用大型的专用衬砌台车和模具，因此设备投入较大。另外，防水薄膜的耐久性和使用寿命有一定年限，从而难以保证其在隧道设计使用年限内正常稳定发挥理想的防水效果。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是提出一种抗震性能好、承载能力高、抗变形能力强、便于施工以及节约成本的临海高水压隧道单层钢板混凝土组合衬砌结构和安装工艺，旨在提高衬砌结构的防水性能、抗扭刚度和抗弯刚度以及降低施工成本。为实现上述目的，本专利技术提出临海高水压隧道单层钢板混凝土组合衬砌结构，包括由若干钢板依次首尾相连组成的钢板拱圈结构、设置于所述钢板拱圈结构与初期支护结构之间并与所述钢板拱圈结构侧面相连的抗剪结构、两端分别与所述钢板拱圈结构和初期支护结构相连的支撑结构、以及浇注于所述钢板拱圈结构与所述初期支护结构之间的混凝土。优选地，组成所述钢板拱圈结构的钢板厚度为40～60mm。优选地，所述抗剪结构为包括面板和腹板相互垂直相连的L型钢抗剪切构件，所述L型钢抗剪切构件的腹板一侧边与所述钢板拱圈结构侧面焊接相连。优选地，所述面板的宽度为90～120mm，所述面板的厚度为13～18mm，所述腹板的高度为250～350mm，所述腹板的厚度为9～11.5mm。优选地，所述抗剪结构为连接于所述钢板拱圈结构侧面并朝向于初期支护结构的栓钉。优选地，所述栓钉的直径为18～25mm，所述栓钉的长度为250～300mm。优选地，所述支撑结构为工字钢构件，所述工字钢构件的一端与所述钢板拱圈结构焊接相连，所述工字钢构件的另一端与所述初期支护结构焊接相连。优选地，所述支撑结构为槽钢构件，所述槽钢构件的一端与所述钢板拱圈结构焊接相连，所述槽钢构件的另一端与所述初期支护结构焊接相连。优选地，所述钢板拱圈结构的内拱圈设有多段横向临时支撑和多段竖向临时支撑，所述横向临时支撑为水平设置并穿过所述钢板拱圈结构且支撑于所述初期支护结构的内周缘面，所述竖向临时支撑为竖直设置并有一端穿过所述钢板拱圈结构下部且支撑于所述初期支护结构的内周缘面。本专利技术还提出一种使用所述临海高水压隧道单层钢板混凝土组合衬砌结构的安装工艺，其特征在于，包括以下步骤：1)将预切割并压弯成型的单块钢板与抗剪结构和支撑结构焊接相连；2)待初期支护结构的混凝土固化并达到设计强度后，在所述初期支护结构形成的内拱圈内部设置所述横向临时支撑和所述竖向临时支撑；3)将焊接有所述抗剪结构和所述支撑结构的单块钢板运送至对应导坑中，将所述钢板对准位置后，通过焊接将所述支撑结构的另一端与所述初期支护结构焊接相连；4)通过相应的补缺钢板将所述横向临时支撑和所述竖向临时支撑与所述钢板拱圈结构的空隙以焊接形式填补完整，然后将所述横向临时支撑和所述竖向临时支撑与所述钢板拱圈结构的边界焊接相连，最后将相邻的钢板通过焊接相连；5)在单块钢板的下部临时制模，在单块钢板与所述初期支护结构之间注入抗渗混凝土直至浇注满为止，待抗渗混凝土固化达到设计强度后拆除临时模板；6)待整个环向的单层钢板混凝土组合衬砌结构安装完毕并且浇筑的混凝土固化达到设计强度后，将临时支撑拆除；所述横向临时支撑和所述竖向临时支撑深入钢板拱圈结构内的部分作为永久性支护结构而不予拆除，而所述横向临时支撑和所述竖向临时支撑凸出钢板的部分通过切割予以拆除；7)最后对所述钢板拱圈结构的内周缘进行除锈处理并及时喷涂防火涂料。本专利技术技术方案通过多块钢板焊接形成一个闭合环，钢板之间形成闭合环能够使结构强度相应提高，相应的承载能力也大大提高。钢板与初期支护结构之间通过支撑结构相连并对钢板进行支撑，既可将钢板与初期支护结构间的相对位置进行固定，同时也可以增强钢板与抗渗混凝土的抗剪切粘结能力；钢板与初期支护结构之间设有抗剪结构并与钢板相连，从而使得浇注的抗渗混凝土不发生相对移动，并且可承受钢板与抗渗混凝土交界面的剪力及增强钢板与抗渗混凝土的抗剪切粘结能力。同时，在钢板与初期支护结构之间浇注有抗渗混凝土，使得本专利技术的防水性能更好，能够抵抗更大的围岩变形。本专利技术可节省防水层及三次衬砌的建造，节约施工工期和减小隧道衬砌的总厚度，减小隧道开挖面积和节省开挖工程量，增强开挖洞体的稳定性。因此具有抗震性能好，抗变形能力强，施工速度快、施工工期缩短、节约人工成本等优点。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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专利技术的一些实施例，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标示出的结构获得其他的附图。图1是本专利技术临海高水压隧道单层钢板混凝土组合衬砌结构的结构示意图；图2是本专利技术临海高水压隧道单层钢板混凝土组合衬砌结构的横断面结构示意图；图3是图2中A-A部分剖面图；图4是图2中B-B部分剖面图；图5是图2中C-C部分剖面图；图6是图2中D处局部放大视图。附图标号说明：标号名称标号名称101钢板105横向临时支撑102L型钢抗剪切构件106竖向临时支撑103工字钢构件107初期支护结构104抗渗混凝土108补缺钢板本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例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专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明，若本专利技术实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定本文档来自技高网...

【技术保护点】
临海高水压隧道单层钢板混凝土组合衬砌结构，其特征在于，包括由若干钢板依次首尾相连组成的钢板拱圈结构、设置于所述钢板拱圈结构与初期支护结构之间并与所述钢板拱圈结构侧面相连的抗剪结构、两端分别与所述钢板拱圈结构和初期支护结构相连的支撑结构、以及浇注于所述钢板拱圈结构与所述初期支护结构之间的混凝土。

【技术特征摘要】
1.临海高水压隧道单层钢板混凝土组合衬砌结构，其特征在于，包括由若干钢板依次首尾相连组成的钢板拱圈结构、设置于所述钢板拱圈结构与初期支护结构之间并与所述钢板拱圈结构侧面相连的抗剪结构、两端分别与所述钢板拱圈结构和初期支护结构相连的支撑结构、以及浇注于所述钢板拱圈结构与所述初期支护结构之间的混凝土。2.如权利要求1所述的临海高水压隧道单层钢板混凝土组合衬砌结构，其特征在于，组成所述钢板拱圈结构的钢板厚度为40～60mm。3.如权利要求1所述的临海高水压隧道单层钢板混凝土组合衬砌结构，其特征在于，所述抗剪结构为包括面板和腹板相互垂直相连的L型钢抗剪切构件，所述L型钢抗剪切构件的腹板一侧边与所述钢板拱圈结构侧面焊接相连。4.如权利要求3所述的临海高水压隧道单层钢板混凝土组合衬砌结构，其特征在于，所述面板的宽度为90～120mm，所述面板的厚度为13～18mm，所述腹板的高度为250～350mm，所述腹板的厚度为9～11.5mm。5.如权利要求1所述的临海高水压隧道单层钢板混凝土组合衬砌结构，其特征在于，所述抗剪结构为连接于所述钢板拱圈结构侧面并朝向于初期支护结构的栓钉。6.如权利要求5所述的临海高水压隧道单层钢板混凝土组合衬砌结构，其特征在于，所述栓钉的直径为18～25mm，所述栓钉的长度为250～300mm。7.如权利要求1所述的临海高水压隧道单层钢板混凝土组合衬砌结构，其特征在于，所述支撑结构为工字钢构件，所述工字钢构件的一端与所述钢板拱圈结构焊接相连，所述工字钢构件的另一端与所述初期支护结构焊接相连。8.如权利要求1所述的临海高水压隧道单层钢板混凝土组合衬砌结构，其特征在于，所述支撑结构为槽钢构件，所述槽钢构件的一端与所述钢板拱圈结构焊接相连，...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉小明，范建华，王韧，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44