一种盾构法双线隧道预制边箱涵结构和施工方法与流程

本发明属于边箱涵结构技术领域，更具体地，涉及一种盾构法双线隧道预制边箱涵结构和施工方法。

背景技术

近年来，装配式隧道在工程建设中得到了广泛应用，对于大直径及超大直径盾构隧道来说，内部下层边箱涵结构的施工形式决定了盾构隧道的“全装配式”和“半装配式”。

目前隧道中边箱涵大部分为现浇结构，施工滞后于盾构车架及中间“口”型箱涵，隧道的全建设过程中只能称为半装配式施工，现浇边箱涵(参见图1)占用工期长，施工条件差，混凝土质量难以保证；少数隧道中边箱涵结构为类三角型预制施工(参见图2)，但与管片和中间箱涵的连接过于简单(如图3和图4)，受力条件存在缺陷，整体性差，技术存在着不足之处。

现浇边箱涵结构技术不足之处表现在：

①施工滞后于盾构车架及中间“口”型箱涵，工期慢；

②在管片和注浆材料等运输的同时施工边箱涵，施工干扰大；

③混凝土模板为弧形，施工条件困难；

④混凝土养护条件差，质量难以保证。

类三角型预制边箱涵技术不足之处表现在：

①受力条件存在缺陷，在荷载作用下，中间“口”型箱涵与类三角型箱涵因弯矩作用发生相对转动，从而上上部垫层产生拉应力，严重时会影响行车的平顺性(参见图5)。

②由于管片及中间“口”型箱涵均为预制拼装，不可避免的存在大量的凸台和拼装误差，造成拼装困难及拼装完成后的整体性较差；

③封闭的类三角型预制边箱涵混凝土体积大，运输及吊装耗能大，投资高；

④类三角型预制边箱涵占用底部部分可利用空间，空间利用率较低。

⑤预制边箱涵和中间“口”型箱涵同环宽，采用通缝拼装，整体刚度差，特别对于铁路隧道来讲，在列车加速或制动时，强大的牵引力或制动力可能影响整体稳定性。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种盾构法双线隧道预制边箱涵结构，边箱涵分车道板和弧形板两部分预制，以减轻运输和吊装的体积和重量，车道板的一端和中间箱涵固定连接，以避免现有技术中因弯矩作用发生相对转动，从而上上部垫层产生拉应力，严重时会影响行车的平顺性的问题，边箱涵可以与中间“口”型预制箱涵同步施工，实现隧道全建设过程中的“全装配式”施工，弧形板上开有若干通孔，以减小预制混凝土用量，减小运输和吊装的重量。

为了实现上述目的，本发明提供一种盾构法双线隧道预制边箱涵结构，设于中间箱涵的两侧和盾构管片内侧，包括车道板和弧形板，所述车道板和所述弧形板分开预制，以减小运输和吊装的体积，所述弧形板上沿厚度方向设有若干通孔，以减小重量；

所述车道板的一端与所述中间箱涵连接，另一端与所述弧形板搭接，所述车道板、弧形板和中间箱涵形成统一受力的下部封闭结构。

进一步地，所述车道板和弧形板之间设有减少拼装误差的凸脚台。

进一步地，所述凸脚台包括设于所述车道板底部的第一凸脚台和设于所述弧形板端部的与所述第一凸脚台匹配的第二凸脚台。

进一步地，所述第一凸脚台竖向设置，所述第二凸脚台水平设置。

进一步地，所述车道板和所述中间箱涵之间设有缝隙一，所述车道板和所述盾构管片之间设有缝隙二。

进一步地，所述缝隙一和缝隙二中均设有填充物。

进一步地，所述车道板的宽度大于或等于所述中间箱涵的宽度，所述弧形板的宽度大于或等于所述车道板的宽度。

进一步地，所述弧形板的宽度为所述车道板宽度的整数倍。

作为本发明的另一个方面，提供一种盾构法双线隧道预制边箱涵结构的施工方法，步骤如下：

s1盾构推进，管片拼装，安装中间箱涵；

s2安装边箱涵中两侧的弧形板，其中所述弧形板的凸脚台朝向所述盾构管片设置，且其端部与所述中间箱涵接触；

s3安装边箱涵中的所述车道板；

s4在所述车道板与所述中间箱涵缝隙填充干硬性膨胀水泥，然后紧固直螺栓，实现所述车道板和中间箱涵之间的固定；

s5通过注浆回填弧形板中间开孔及拼装产生的所有空隙。

进一步地，步骤s3中，所述车道板的一端与所述中间箱涵连接，通过所述直螺栓分别连接所述车道板和所述中间箱涵，所述车道板的另一端置于所述弧形板上，其中所述车道板底部的第一凸脚台置于所述弧形板的第二凸脚台上。

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)本发明盾构法双线隧道预制边箱涵结构，边箱涵分车道板和弧形板两部分预制，以减轻运输和吊装的体积和重量，车道板的一端和中间箱涵固定连接，以避免现有技术中因弯矩作用发生相对转动，从而上上部垫层产生拉应力，严重时会影响行车的平顺性的问题，边箱涵可以与中间“口”型预制箱涵同步施工，实现隧道全建设过程中的“全装配式”施工，弧形板上开有若干通孔，以减小预制混凝土用量，减小运输和吊装的重量。

(2)本发明盾构法双线隧道预制边箱涵结构，车道板和弧形板之间设有凸脚台，通过设置在车道板上的第一凸脚台和设置在弧形板上的第二凸脚台的匹配，以改善受力，同时减少拼装错台量。

(3)本发明盾构法双线隧道预制边箱涵结构，车道板和中间箱涵之间设有缝隙，车道板和盾构管片之间设有缝隙，缝隙中设有填充物，提升内部下层结构的整体刚度，保证整体结构的稳定性。

(4)本发明盾构法双线隧道预制边箱涵结构，车道板的宽度不限于与等于中间箱涵的宽度，车道板的宽度大于或等于中间箱涵的宽度，车道板的宽度大于中间箱涵的宽度时，车道板和中间箱涵之间错缝拼装，同理弧形板的宽度也可大于车道板的宽度，并为其整数倍，实现错缝拼装，提高整体稳定性。

附图说明

图1为现有的现浇边箱涵结构示意图；

图2为现有类三角型预制边箱涵横断面结构示意图；

图3为现有类三角型预制边箱涵车道板平面展开示意图；

图4为现有类三角型预制边箱涵弧形板平面展开示意图；

图5为现有类三角型预制边箱涵结构受力变形示意图；

图6为本发明实施例盾构隧道内部下层结构横断面示意图；

图7为本发明实施例预制车道板结构中错缝拼装的结构示意图；

图8为本发明实施例预制车道板结构中通缝拼装的结构示意图；

图9为本发明实施例预制弧形板结构中错缝拼装的结构示意图；

图10为本发明实施例预制弧形板结构中通缝拼装的结构示意图；

图11为本发明实施例预制车道板与中间箱涵连接的结构示意图；

图12为本发明实施例盾构推进管片的拼装结构示意图；

图13为本发明实施例中间箱涵安装后的结构示意图；

图14为本发明实施例边箱涵中弧形板安装后的结构示意图；

图15为本发明实施例车道板安装后的结构示意图；

图16为本发明实施例中车道板与中间箱涵缝隙填充干性膨胀水泥后的结构示意图；

图17为本发明实施例中弧形板中间开孔注浆回填后的结构示意图；

图18为图17中a处拼装空隙中回填注浆后的结构示意图。

图19为图17中b处拼装空隙中回填注浆后的结构示意图。

所有附图中，同一附图标记表示相同的结构或零件，其中：1-车道板、2-弧形板、3-凸脚台、301-第一凸脚台、302-第二凸脚台、4-直螺栓、5-第一填充物、6-第二填充物、7-通孔、8-中间箱涵、9-盾构管片、10-预埋接驳器、11-车道板中线、12-通缝、13-弧形板中线、14螺栓手孔。

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6为本发明实施例盾构隧道内部下层结构横断面示意图。如图6所示，盾构法双线隧道预制边箱涵结构包括车道板1和弧形板2，车道板1和弧形板2为现浇或预制结构，即车道板1和弧形板2为分开浇筑或分开预制的两部分结构，相较于混凝土体积大，运输及吊装耗能大的封闭的类三角型预制边箱涵，本发明的预制边箱涵结构车道板1和弧形板2分开浇筑和预制，大大减小体积，便于运输和吊装，且边箱涵可以与中间“口”型预制箱涵同步施工，实现隧道全建设过程中的“全装配式”施工，车道板1和弧形板2搭接、车道板1和中间箱涵8螺栓连接的方式避免了中间“口”型箱涵与类三角型箱涵因弯矩作用发生相对转动，从而上部垫层产生拉应力，严重时会影响行车的平顺性。

中间箱涵8的两侧均设有该预制边箱涵，车道板1的顶面与中间箱涵8的顶面平齐，且车道板1与中间箱涵8的连接处设有固定装置，优选地，该固定装置为直螺栓4，直螺栓4的一端固定在车道板1的端部内，另一端固定在中间箱涵8的端部内，实现车道板1和中间箱涵8之间的固定。

优选地，车道板1和中间箱涵8之间设有缝隙一，车道板1和盾构管片9之间设有缝隙二。进一步地,缝隙一和缝隙二优选为90～110mm。

缝隙一和缝隙二中均设有填充物，缝隙一中的第一填充物5优选为干硬性膨胀水泥，缝隙二中的第二填充物6优选为注浆或水泥砂浆，干硬性膨胀水泥、注浆或水泥砂浆达到所需的强度后，预紧直螺栓4，从而实现车道板1和中间箱涵8之间的拧紧固定(参见图11)，保证整体结构的强度和稳定性，增加整体刚度。

弧形板2的弧度与盾构管片9的弧度相匹配，其设于中间箱涵8的两侧并置于盾构管片9之上，弧形板2的一端与中间箱涵8的底部接触，另一端与车道板1接触，且车道板1和弧形板2搭接，车道板1、弧形板2和中间箱涵8组成下部封闭结构。

优选地，车道板1和弧形板2之间的搭接处设有凸脚台3，车道板1与弧形板2搭接处的底部设有第一凸脚台301，弧形板2对应车道板1的一端设有与其匹配的第二凸脚台302，弧形板2的另一端设有同样设有凸脚台，凸脚台3的设置用于一方面适应盾构管片9和中间箱涵8之间的拼装误差，减少拼装错台量，另一方面改善受力条件；其中，第一凸脚台301优选地为竖向设置，第二凸脚台302优选地水平设置，第一凸脚台301垂直置于第二凸脚台302上，以更好地实现拼装并减小拼装误差。

凸脚台拼装造成的缝隙中用砂浆填充密实，如弧形板2与盾构管片9之间的缝隙，车道板1和盾构管片9之间的缝隙，以保证车道板1、弧形板2和盾构管片9之间连接的完整和密封性，增加整体刚度。

优选地，弧形板2上设有若干沿厚度方向上的通孔7，通孔7为注浆孔，后期采用水泥砂浆填充在通孔7内，用于减小弧形板2的重量，便于运输和吊装。

图7为本发明实施例预制车道板结构中错缝拼装的结构示意图。图8为本发明实施例预制车道板结构中通缝拼装的结构示意图。如图7和图8所示，车道板1的宽度不限于与等于中间箱涵8的宽度，车道板1的宽度大于或等于中间箱涵8的宽度，车道板1的宽度大于中间箱涵8的宽度时，车道板1和中间箱涵8之间错缝拼装，提高整体稳定性，等于时通缝拼装。

图9为本发明实施例预制弧形板结构中错缝拼装的结构示意图。图10为本发明实施例预制弧形板结构中通缝拼装的结构示意图。如图9和图10所示，弧形板2的宽度不限于与车道板1等宽，弧形板2的宽度大于或等于车道板1的宽度，弧形板2的宽度大于车道板1的宽度时，优选为车道板1宽度的整数倍，便于拼装。

作为本发明的另一个方面，提供一种盾构法双线隧道预制边箱涵的施工方法，如图12～19所示，步骤如下：

s1盾构推进，管片拼装，安装中间箱涵8；

s2安装边箱涵中两侧的弧形板2，其中弧形板2的凸脚台朝向盾构管片9设置，且其端部与中间箱涵8接触；

s3安装边箱涵中的车道板1；

车道板1的一端与中间箱涵8连接，通过直螺栓4分别连接车道板1和中间箱涵8，车道板1的另一端置于弧形板2上，其中车道板1底部的第一凸脚台301置于弧形板2的第二凸脚台302上，避免拼装错台；

优选地，车道板1与中间箱涵8，车道板1与盾构管片8之间均设有缝隙；

s4车道板1与中间箱涵8缝隙填充干硬性膨胀水泥5，然后紧固直螺栓4，实现车道板1和中间箱涵8之间的固定；

s5通过注浆回填弧形板中间开孔及拼装产生的所有空隙。

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。