[发明专利]适用于敞开式TBM施工隧洞的全断面复合衬砌结构及施工方法

权利要求书

1.一种适用于敞开式TBM施工隧洞的全断面复合衬砌结构，其特征在于，全断面复合衬砌结构包括边顶拱一次支护(1)、边顶拱二次衬砌(2)、预制混凝土仰拱(3)、仰拱底部水泥砂浆结石层(4)；预制混凝土仰拱(3)在洞轴线方向由多个预制仰拱单元(30)拼装而成；预制仰拱单元(30)顶部中间设有排水沟(37)，排水沟(37)左右为水平平台，水平平台上对称布置轨道(38)与吊环(39)，预制仰拱单元(30)底面为圆弧面，底面对称布置有凸出预制仰拱单元底面的支撑底座(40)，预制仰拱单元(30)纵向一侧顶部设有阴角台阶(34)，另一侧底部设有与阴角台阶相匹配的阳角台阶(35)，使相邻的两块预制仰拱单元搭接形成一体，预制仰拱单元(30)环向端部设有外伸型钢(31)与外伸钢筋(32)，预制仰拱单元(30)在环向端部及纵向端部均开设止水凹槽(36)，用于安装固定止水条，且止水凹槽(36)闭合成环，预制仰拱单元(30)沿竖向设有通孔(41)。

2.根据权利要求1所述适用于敞开式TBM施工隧洞的全断面复合衬砌结构，其特征在于，所述边顶拱一次支护(1)包含锚杆(11)、型钢拱架(12)、钢筋网(13)、喷射混凝土(14)，一次支护(1)的钢筋网(13)铺设在型钢拱架(12)的外翼缘侧，锚杆(11)沿型钢拱架(12)环向布置，将型钢拱架(12)固定在岩壁上。

3.根据权利要求1所述适用于敞开式TBM施工隧洞的全断面复合衬砌结构，其特征在于，所述边顶拱二次衬砌(2)包含钢筋骨架(21)和现浇混凝土(22)。

4.根据权利要求2所述适用于敞开式TBM施工隧洞的全断面复合衬砌结构，其特征在于，所述预制仰拱单元(30)环向端部的外伸型钢(31)端头采用螺栓连接或焊接固定在一次支护(1)的型钢拱架(12)内侧翼缘上，使得一次支护(1)、预制混凝土仰拱(3)在环向形成整体的受力结构。

5.根据权利要求3所述适用于敞开式TBM施工隧洞的全断面复合衬砌结构，其特征在于，所述预制混凝土仰拱(3)环向端部的外伸钢筋(32)与二次衬砌(2)的钢筋骨架(21)采用绑扎、焊接或套筒连接在环向形成整体。

6.根据权利要求1所述适用于敞开式TBM施工隧洞的全断面复合衬砌结构，其特征在于，所述通孔(41)用于对预制混凝土仰拱(3)与岩壁之间的空隙充填水泥砂浆，形成水泥砂浆结石层(4)。

7.如权利要求1-6任一项所述适用于敞开式TBM施工隧洞的全断面复合衬砌结构的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、边顶拱一次支护(1)作业：敞开式TBM完成开挖作业后，即在TBM盾尾作业区铺设钢筋网(13)，安装型钢拱架(12)，并布打锚杆(11)将型钢拱架(12)固定在洞壁上；

S2、预制仰拱单元(30)安装作业：通过吊环(39)吊运安装预制仰拱单元(30)；预制仰拱单元(30)安装完毕后，将其环向端部的外伸型钢(31)端头固定在一次支护(1)的型钢拱架(12)内侧翼缘上；

S3、边顶拱一次支护(1)喷射混凝土(14)作业：利用TBM的喷混系统喷射混凝土达到一次支护的设计厚度；

S4、洞内排水作业：TBM开挖区以渗滴水为主时，开挖区的渗滴水通过预制混凝土仰拱(3)底部的空隙排至洞外；TBM开挖区水量较大，底部空隙排水能力不足时，在预制混凝土仰拱(3)与掌子面间设置临时集水坑，通过水泵和管道导引至已安装预制混凝土仰拱(3)的排水沟(37)内，或是预制混凝土仰拱(3)顶面，从而排至洞外；

S5、边顶拱二次衬砌(2)钢筋骨架(21)绑扎作业：钢筋骨架(21)底部与预制仰拱单元(30)的外伸钢筋(32)采用绑扎、焊接或套筒连接在环向形成整体；

S6、边顶拱二次衬砌(2)混凝土(22)浇筑作业：采用内通式台车浇筑边顶拱二次衬砌(2)混凝土(22)；

S7、水泥砂浆充填作业：通过预制仰拱单元(30)的竖向通孔(41)注入水泥砂浆充填预制仰拱单元(30)与洞壁之间的空隙，形成水泥砂浆结石层(4)，充填完毕后进行二次衬砌常规的回填灌浆作业及固结灌浆作业。