适应快速施工通道的矿山法隧道底部结构及其施工方法与流程

本发明属于矿山法隧道工程技术领域，具体涉及一种适应快速施工通道的矿山法隧道底部结构及其施工方法。

背景技术：

根据以往的隧道工程经验和理论，为保证结构安全和稳定，矿山法隧道一般需要在隧道底部设置仰拱，仅在围岩完整性好的区域可采用底板，利用仰拱(底板)与上部的衬砌结构组合形成衬砌环，共同构成封闭的永久承载结构。仰拱和上部衬砌结构一般均采用现浇结构。同时由于仰拱必须具有一定的弧度，其结构高度呈中间深两边浅，为方便铺设轨道或道路，仰拱与上部的铁轨或公路路面之间通常采用素混凝土回填。在仰拱施工过程中，由于施工通道受限，会在一定程度上降低隧道整体施工速度。

然而，对于设置多层结构的矿山法隧道(如在行车层下方设置综合廊道时)，由于内部结构复杂，施工工序较多，时间较长，若仍采用现浇仰拱结构则会有以下几方面的问题：

(1)若仰拱和内部结构均采用现浇结构时，需要架设模板浇筑，而且必须在仰拱硬化达到一定强度后方可开始架设模板浇筑内部结构，工序时间较长。

(2)若底部仰拱采用现浇，内部结构采用预制构件时，由于底部仰拱施工精度难以保证，会使得预制内部结构拼装难以平整和连续，容易引起结构附加应力，降低结构的安全性和耐久性。

(3)现浇结构必须经过一段时间养护后，强度达到一定水平才能满足车辆、机械设备施工通行的需要，无法快速形成施工通道，影响隧道开挖等其他工序。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种适应快速施工通道的矿山法隧道底部结构及其施工方法，其目的在于通过设置预制仰拱结构和预制框架结构相互配合，快速形成车辆与机械设备的施工通道，可在仰拱施工后迅速恢复车辆和机械设备通行。

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供一种适应快速施工通道的矿山法隧道底部结构，设置于隧道轮廓内圆周上，包括：

在所述隧道轮廓的底部圆周内设有仰拱结构，在所述隧道轮廓的上部圆周内部设有上部衬砌，所述仰拱结构的两端分别与所述上部衬砌的两端对接，形成整体式衬砌结构；

所述仰拱结构的上表面设有框架结构，所述框架结构侧壁的底部与所述仰拱结构的上表面连接，共同形成下层空间；

所述框架结构的侧壁与顶部连接处设有肩部，在所述肩部处设有其他内部结构，所述其他内部结构、框架结构的顶部及所述隧道轮廓的上部圆周共同构成上层空间；

从而形成至少包括一个下层空间和一个上层空间的空间结构，用于在仰拱施工后迅速恢复车辆和机械设备通行。

进一步地，所述仰拱结构的下边缘为圆弧形结构，所述圆弧形结构与所述隧道轮廓的底部圆周匹配，在仰拱结构的下边缘和隧道轮廓的底部圆周之间设有底部间隙，所述底部间隙用于填充细石混凝土或水泥浆，使仰拱结构和隧道轮廓紧密贴合，实现固定连接。

优选地，所述仰拱结构的内部设有多根预埋注浆管，所述预埋注浆管用于根据需要进行注浆填充。

优选地，所述仰拱结构为单块或多块组合的形式。

优选地，所述仰拱结构和框架结构为预制而成。

优选地，所述隧道轮廓的底部及两侧设有初期支护，所述初期支护用于支撑和防护所述隧道轮廓，避免其发生变形或坍塌。

按照本发明的另一个方面，提供一种的适应快速施工通道的矿山法隧道底部结构的施工方法，包括如下步骤：

(1)开挖形成隧道轮廓；

(2)在隧道轮廓底部放置预制的仰拱结构，施工前在仰拱结构与隧道轮廓之间设置的间隙内填充细石混凝土或水泥浆，使预制仰拱结构和隧道轮廓紧密贴合；

(3)预制仰拱结构放置完成后，将预制的内部框架结构放于其上，固定后即可在下层空间和上层空间通行车辆和机械设备；

(4)预制的仰拱结构和框架结构可以与上部衬砌结构通过现浇形成一个整体，成为永久承载结构。

优选地，所述预制的仰拱结构为单块或多块组合的形式，可以在施工前拼装成整体，也可在施工时连接。

优选地，步骤(2)中也可以利用吊装机械将仰拱结构吊装至预定位置并保持不动，然后同已施工的仰拱块进行连接，再向仰拱结构与隧道轮廓之间设置的间隙内填充细石混凝土或水泥浆液，待混凝土或水泥浆硬化后，吊装机械从吊装结构上脱离，使预制仰拱结构和隧道轮廓紧密贴合。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本发明的适应快速施工通道的矿山法隧道底部结构，通过设置预制仰拱结构和预制框架结构相互配合，快速形成车辆与机械设备的施工通道，可在仰拱施工后迅速恢复车辆和机械设备通行。

(2)本发明的适应快速施工通道的矿山法隧道底部结构，预制结构与上部衬砌及周边结构现浇形成一个整体，形成良好的隧道轮廓，且结构强度满足要求。

(3)本发明的适应快速施工通道的矿山法隧道底部结构，在仰拱结构与轮廓之间的设有间隙，在空隙内采用注浆或细石混凝土填充，使预制仰拱和隧道轮廓紧密贴合，实现固定连接。

(4)本发明的适应快速施工通道的矿山法隧道底部结构，预制仰拱结构可以采用单块或多块组合的形式，结构形式灵活，可以根据具体的隧道施工场合，灵活选择，进一步扩大了该适应快速施工通道的矿山法隧道底部结构的适用范围。

(5)本发明的适应快速施工通道的矿山法隧道底部结构施工方法，可以保证内部结构施工与隧道开挖等其他工序互不干扰，形成车辆与机械设备的施工通道，同时保证结构安全。

(6)本发明的适应快速施工通道的矿山法隧道底部结构施工方法，仰拱结构和框架结构均采用预制方法制备，施工时，拼装固定，即可满足施工车辆在其上通行的要求，极大的提高了施工效率。

附图说明

图1为现有技术中矿山法隧道结构断面示意图；

图2为本发明实施例一种适应快速施工通道的矿山法隧道底部结构的断面示意图；

图3为本发明实施例一种单块型底部结构示意图；

图4为本发明实施例一种多块组合型底部结构示意图。

在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1-隧道中心线、2-上部衬砌、3-初期支护、4-仰拱、5-回填层、6-下层空间、7-隧道轮廓、8-预制仰拱、9-底部间隙、10-预埋注浆管、11-预制框架结构、12-其他内部结构、13-上层空间。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1为现有技术中矿山法隧道结构断面示意图。如图1所示，现有技术中，隧道结构断包括上部衬砌2、初期支护3、仰拱4以及回填层5，其中，仰拱4设于隧道的底部，在仰拱4的两端设有上部衬砌2，利用仰拱(底板)与上部的衬砌结构组合形成衬砌环，共同构成封闭的永久承载结构。这种适应快速施工通道的矿山法隧道底部结构，仰拱和上部衬砌结构一般均采用现浇结构，同时由于仰拱必须具有一定的弧度，其结构高度呈中间深两边浅，为方便铺设轨道或道路，仰拱与上部的铁轨或公路路面之间通常采用素混凝土回填。在仰拱施工过程中，由于施工通道受限，会在一定程度上降低隧道整体施工速度。

本发明根据既有技术存在的问题，提出一种适应快速施工通道的矿山法隧道底部结构，即采用预制的仰拱结构同上部衬砌结构形成整体式衬砌，可解决多层结构矿山法隧道在底部设置综合廊道等结构时，快速形成施工通道的难题。

图2为本发明实施例一种适应快速施工通道的矿山法隧道底部结构的断面示意图。如图2所示，在本发明的一个实施例中，适应快速施工通道的矿山法隧道底部结构包括隧道轮廓7，在隧道轮廓7的顶部及两侧设有初期支护3，形成对隧道的初期支护，避免其发生变形或坍塌。

在隧道轮廓7的底部圆周内设有预制仰拱8，在隧道轮廓7的上部圆周内设有上部衬砌2，该上部衬砌2的两端分别与预制仰拱8的两端对接，从而形成整体式衬砌结构，形成良好的隧道轮廓，且结构强度满足要求。

如图2所示，预制仰拱8的下边缘设为圆弧形结构，与隧道轮廓7的底部圆周匹配，在预制仰拱8的下边缘和隧道轮廓7的底部圆周之间设有底部间隙9，该底部间隙9用于填充细石混凝土，使预制仰拱8和隧道轮廓7紧密贴合，实现固定连接。

如图2所示，预制仰拱8的上边缘设为平面，在预制仰拱8的上表面上设有预制框架结构11，该预制框架结构11与预制仰拱8的上表面之间形成下层空间6，预制框架结构11固定在预制仰拱8的上表面后，通过设置预制仰拱结构和预制框架结构相互配合，快速形成车辆与机械设备的施工通道，可在仰拱施工后迅速恢复车辆和机械设备通行。

在本发明的一个实施例中，预制框架结构11可为门型、梯形、倒梯形、三角形或其他型式框架结构，其侧壁的底部与预制仰拱8的上表面连接，其顶部设为平面，便于车辆及设备通行。在其侧壁和顶部连接处设有梯形结构，该梯形结构向外凸出，形成一个肩部。

如图2所示，在预制框架结构11的两侧，设有其他内部结构12，其他内部结构12可以为平面结构，其一端与隧道轮廓7的内圆周连接，另一端与预制框架结构11的肩部搭接。预制框架结构11、其他内部结构12及隧道轮廓7之间形成上层空间13，便于通行车辆和机械设备。

在本发明的一个实施例中，预制仰拱8结构可以采用单块或多块组合的形式，具体结构形式根据实际需求确定。不限于单块或多块组合的形式。结构形式灵活，可以根据具体的隧道施工场合，灵活选择，进一步扩大了该适应快速施工通道的矿山法隧道底部结构的适用范围。

图3为本发明实施例一种单块型底部结构示意图。如图3所示，在本发明的一个实施例中，预制仰拱8为单块型底部结构，预制仰拱8的内部设有多根预埋注浆管10，用于根据需要通过预埋的注浆管10进行注浆填充。在本发明的另一个实施例中，也可以利用吊装机械将仰拱结构吊装至预定位置并保持不动，然后同已施工的仰拱块进行连接，再向仰拱结构与隧道轮廓之间设置的间隙内填充细石混凝土或水泥浆液，待混凝土或水泥浆硬化后，吊装机械从吊装结构上脱离，使预制仰拱结构和隧道轮廓紧密贴合。

图4为本发明实施例一种多块组合型底部结构示意图。如图4所示，预制仰拱8为多块组合结构，优选地，预制仰拱8为3块组合结构，其中一块底部结构与单块型底部结构相同，布置于隧道轮廓7的底部圆周内，另两块分别布置于底部结构的两侧，分别与底部结构的两端对接。

上述的适应快速施工通道的矿山法隧道底部结构仅为本发明的一个实施例，其他空间结构形式，譬如布置两个或多个下层空间6，或者布置两层预制框架结构11，从而形成多层的适应快速施工通道的矿山法隧道底部结构等技术方案的变换，均在本发明的保护范围之内。

作为本发明的另一个关键改进，提供一种适应快速施工通道的矿山法隧道底部结构的快速施工方法，具体包括如下步骤：

(1)以下部设置下层空间6的矿山法隧道为例，施工时，采用适宜工法进行隧道轮廓7开挖，开挖后应及时施作初期支护3，如果围岩稳定性好，也可以不做初期支护；

(2)在隧道底部放置预制的预制仰拱8，施工前宜在预制仰拱8与隧道轮廓7之间的间隙9内填充细石混凝土，使预制仰拱8可以和隧道轮廓7紧密贴合，在施工后还可以根据需要通过预埋的注浆管10进行注浆填充，也可以利用吊装机械将仰拱结构吊装至预定位置并保持不动，然后同已施工的仰拱块进行连接，再向仰拱结构与隧道轮廓之间设置的间隙内填充细石混凝土或水泥浆液，待混凝土或水泥浆硬化后，吊装机械从吊装结构上脱离，使预制仰拱结构和隧道轮廓紧密贴合；

(3)预制仰拱8放置完成后，根据需要进行注浆填充空隙，然后将预制的内部框架结构11放于其上，固定后即可在下层空间6和上层空间13通行车辆和机械设备；

(4)预制的仰拱8和框架结构11可以与上部衬砌2结构通过现浇形成一个整体，成为永久承载结构

在本发明的一个实施例中，预制的仰拱8采用单块或多块组合的形式，可以在施工前拼装成整体，也可在施工时连接。

本发明的适应快速施工通道的矿山法隧道底部结构施工方法，仰拱结构和框架结构均采用预制方法制备，可以保证内部结构施工与隧道开挖等其他工序互不干扰，快速形成车辆与机械设备的施工通道，提高施工效率，同时保证结构安全。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。