[实用新型]临海高水压隧道单层钢板混凝土组合衬砌结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及隧道衬砌结构设计技术领域，特别涉及临海高水压隧道单层钢板混凝土组合衬砌结构。

背景技术

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。

实用新型内容

本实用新型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，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，本实用新型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。

本实用新型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，使得本实用新型的防水性能更好，能够抵抗更大的围岩变形。