[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

说明书

本发明公开了一种适用于敞开式TBM施工隧洞的全断面复合衬砌结构及其施工方法，由边顶拱一次支护、边顶拱二次衬砌、预制混凝土仰拱、水泥砂浆结石层组成，预制混凝土仰拱安装于隧洞底部，在洞轴线方向由多个预制仰拱单元拼装而成，与洞壁间有留有空隙，水泥砂浆充填其中形成结石层；施工方法包括一次支护锚杆、拱架、钢筋网实施作业、预制仰拱单元安装作业、一次支护喷射混凝土作业、洞内排水作业、二次衬砌钢筋骨架绑扎及混凝土浇筑作业、预制混凝土仰拱底部水泥砂浆充填作业。在确保全断面衬砌跟进敞开式TBM开挖支护的同时，确保了衬砌现浇施工时相对干燥的工作环境，从而实现衬砌止水结构的顺利安装和作用的可靠发挥。

技术领域

本发明涉及一种隧洞的衬砌结构及施工方法，尤其是一种适用于敞开式TBM施工隧洞的全断面复合衬砌结构及施工方法。

背景技术

衬砌结构是水工隧洞设计中改善过流条件、确保洞室稳定的重要结构，常规隧洞设计中多采用一次支护结合二次全断面现浇钢筋混凝土的复合衬砌结构。在敞开式TBM(岩石掘进机)施工的隧洞中，考虑洞内运输需要，开挖支护时在隧洞底部预留部分石碴填平洞底并在其上布置工字钢运输轨道，仰拱衬砌现浇时将洞底工字钢轨道拆除并清除石碴，并将工字钢轨道重新安装于仰拱衬砌上，待仰拱衬砌达到一定强度后实施后续开挖运输工序，影响施工效率。为避免干扰，目前多采用以下两种方式：

一是隧洞开挖及一次支护完成后，统一拆除轨道和清除石碴，再按照常规方法实施全断面钢筋混凝土衬砌及其相应的止水结构，该方式难以实现衬砌与开挖支护的同步进行，延长工程工期。

二是TBM掘进过程中在隧洞底部跟进安装与洞壁直接接触的预制混凝土仰拱结构，而后再现浇边顶拱二次混凝土衬砌与预制仰拱结构形成全断面的衬砌结构，该方式可实现全断面衬砌结构与TBM掘进的同步进行，但在隧洞有水洞段施工过程中，底部仰拱的安装临时堵塞了洞底水流的排出路径，抬高仰拱与掌子面间隧洞底部水位的同时将水流雍高至仰拱顶部排出，影响仰拱与掌子面作业环境以及仰拱周围钢筋混凝土现浇以及膨胀止水条的安装作业；另在围岩破碎洞段该仰拱结构难以与洞壁形成全面接触，施工期临时存在结构不稳定的情况。目前公布的相关技术对该种结构的施工方法缺乏系统的介绍，对施工期排水和衬砌结构止水的实施和可靠性缺乏周全的考虑。

因此，亟需一种兼顾效率和可靠性的适用于敞开式TBM(岩石掘进机)施工的全断面衬砌结构及其施工方法来解决上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种便捷可靠的适用于敞开式TBM施工隧洞的全断面复合衬砌结构及其施工方法。

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：一种适用于敞开式TBM施工隧洞的全断面复合衬砌结构，全断面复合衬砌结构由边顶拱一次支护、边顶拱二次衬砌、预制混凝土仰拱、水泥砂浆结石层组成；预制混凝土仰拱在洞轴线方向由多个预制仰拱单元拼装而成；预制仰拱单元顶部中间设有排水沟，排水沟左右为水平平台，水平平台上对称布置轨道与吊环；预制仰拱单元底面为圆弧面，底面对称布置有支撑底座；预制仰拱单元纵向一侧设有凹槽，另一侧设有阳角台阶；预制仰拱单元环向端部设有外伸型钢与外伸钢筋；预制仰拱单元在环向端部及纵向端部均开设止水凹槽，用于安装固定止水条，且止水凹槽闭合成环；预制仰拱单元沿竖向设有通孔。

所述边顶拱一次支护包含锚杆、型钢拱架、钢筋网、喷射混凝土；一次支护的钢筋网铺设在型钢拱架的外翼缘侧，锚杆沿型钢拱架环向布置，将型钢拱架固定在岩壁上。

所述边顶拱二次衬砌包含钢筋骨架和现浇混凝土。

所述预制仰拱单元环向端部的外伸型钢端头采用螺栓连接或焊接固定在边顶拱一次支护的型钢拱架内侧翼缘上，使得边顶拱一次支护、预制混凝土仰拱在环向形成整体的受力结构。

所述预制混凝土仰拱环向端部的外伸钢筋与边顶拱二次衬砌的钢筋骨架采用绑扎、焊接或套筒连接在环向形成整体。

所述通孔用于对预制混凝土仰拱与岩壁之间的空隙充填水泥砂浆，形成水泥砂浆结石层。