[发明专利]一种隧道预应力仰拱结构及其施工方法

说明书

本发明公开了一种隧道预应力仰拱结构，包括仰拱本体，所述仰拱本体内沿隧道轴线方向间隔设置有对仰拱本体施加预应力的预应力构件，所述预应力构件的固定端和张拉端分别与仰拱本体两侧的矮边墙连接。本发明还公开了一种施工上述预应力仰拱结构的方法。本发明首次在仰拱内预埋预应力构件，为解决隧道仰拱易开裂的问题提供一种新思路，即在隧道仰拱中布置预应力筋，施加预应力，通过预加预应力来全部或部分抵消由外部荷载引起的拉应力，改善和延缓仰拱开裂和底板隆起，适用于高地应力隧道，或者基底软化隧道的仰拱保护。

技术领域

本发明属于隧道仰拱施工技术领域，尤其涉及一种隧道预应力仰拱结构及其施工方法。

背景技术

仰拱是隧道衬砌结构的主要组成部分之一，它是为改善上部支护结构受力条件而设置在隧道底部的反向拱形结构。隧道仰拱在高地应力和高水压的情况下会产生向上的隆起变形，并对仰拱底部施加作用力，造成仰拱开裂，进而导致隧道出现底鼓，使得线路不平顺，为后续隧道使用带来了极大的危险。为防止仰拱开裂，工程中一般采用支护加固法，卸压法，构建刚度和(或)矢跨比更大的仰拱(即仰拱加深)等措施，根据大量施工现场的实际调研与已有研究成果的分析，现有的仰拱加固技术及预应力衬砌技术存在的缺点主要有：

(1)成本较高，支护加固法是通过锚杆和注浆来提高基底围岩强度，需要消耗较多的混凝土或锚杆材料，成本高；提高仰拱混凝土强度等级或增大仰拱厚度也会使得混凝土的成本变高；同样对于仰拱加深而言，仰拱加深会使得仰拱开挖深度加大，增大开挖工作量，同时还会使得仰拱回填的混凝土量增多，增大成本。

(2)施工工艺复杂，工序时间长。向基底围岩打入锚杆以及注浆会使得仰拱施工工艺复杂，增加时间；仰拱加深会使得开挖深度加大，亦会造成仰拱回填量加大，造成工序时间增长，均不利于隧道支护及时封闭成环。

(3)可靠性不高，卸压法对基底防治水不利，会导致基底围岩软化产生膨胀，不适合基底岩层含有膨胀性矿物的隧道。再则，底板切缝往往会导致两帮移近量增加，这样在两帮岩层移动的带动下，切缝可能会闭合，造成基底仰拱重新隆起。

(4)施工工艺难度较高，施工质量不易控制，造成对基底围岩的加固未达到效果，对隧道仰拱结构体系稳定埋下安全隐患。

(5)预应力衬砌在矿山法隧道中的运用较少，缺乏相应的工程经验和技术参考。

预应力技术作为一种成熟的加固技术，在桥梁和结构当中已进行广泛应用，但是在隧道衬砌领域的使用并不多，中国发明专利201310106818.7公开了一种大跨度重荷载明洞预应力钢筋混凝土衬砌结构，以使明洞具有更大的跨度和承受更大荷载，而且隧道衬砌施工质量易于控制，模筑而成的钢筋混凝土衬砌结构包括拱部、左侧边墙、右侧边墙和仰拱，在钢筋混凝土衬砌结构的受拉区内沿明洞延伸方向间隔设置预应力构件，通过预应力构件对钢筋混凝土衬砌结构施加预应力，以使明洞具有更大的跨度和承受更大荷载，而且隧道衬砌施工质量易于控制。但是预应力结构在高地应力、高水压、大跨度隧道仰拱方面的应用还未见相关报导。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题在于提供一种隧道预应力仰拱结构，以解决隧道仰拱易开裂的问题。

本发明要解决的第二个技术问题在于提供一种隧道预应力仰拱结构的施工方法。

为解决上述第一个技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种隧道预应力仰拱结构，包括仰拱本体，所述仰拱本体内沿隧道轴线方向间隔设置有对仰拱本体施加预应力的预应力构件，所述预应力构件的固定端和张拉端分别与仰拱本体两侧的矮边墙连接。

进一步的，所述预应力构件布置在所述仰拱本体的中上部。

进一步的，所述预应力构件的张拉端穿过位于对应矮边墙内的张拉螺旋筋与锚垫板连接，并通过锚环和夹片固定；所述预应力构件的固定端穿过锚固螺旋筋与预埋在对应矮边墙内的承压板锚固连接。