一种隧道中间岩柱直型夹持加固排架的制作方法

1.本实用新型涉及隧道施工技术领域，具体涉及一种隧道中间岩柱直型夹持加固排架。


背景技术：

2.伴随我国基础设施建设的快速发展，在公路山岭隧道、铁路山岭隧道、城市轨道交通和综合地下管廊等城市地下工程隧道等领域，大断面小净距隧道经常被采用。对于此类型隧道，由于其大断面、小净距、低扁平率等特点，在施工方法选择上通常有两种思路，即连拱隧道形式和隧道双洞中间岩柱加固形式。由于两种形式的构造原理、受力特点及工法顺序的不同，各具优缺点。
3.若保守地采用连拱隧道形式，则可避开大断面小净距隧道双洞中间岩柱受力可靠性的问题，能够用中隔墙来代替双洞中间岩柱完成受力，但随之而来的缺点也很明显。缺点一，连拱隧道的施工难度高，建设周期长。多采用三导洞形式，则需首先开挖中导洞，然后施做中隔墙，再分别开挖左右导洞。每一步都需要开挖与初期支护，将整个隧道开挖过程切割为多个细碎步骤，大大增加了整体工期。缺点二，连拱隧道的建设成本高，建造工程量、工序、工期的增加均带来造价的提高，且如果修建独立双洞，则接线困难。缺点三，中导洞和正洞相接处防水处理效果差。该问题一直为业界难以彻底解决的难题，特别是在北方地区的连拱隧道，经历过冬季冰雪消融及结构温度涨缩后，该位置发生渗漏的情况较为常见。
4.若采用隧道双洞中间岩柱加固形式，则可规避连拱隧道形式带来的诸多缺点，能够降低施工难度和成本，缩短建设周期，一体成形的初期支护则在防水问题上效果良好，它具备了独立双洞和连拱隧道两者优点的结合。但由于大断面小净距隧道中间岩柱厚度远小于普通分离式隧道，在施工过程中多次受到扰动，使得围岩稳定性和支护结构受力较为复杂。在先行隧道施工时，与一般单洞施工无异，而后行隧道施工时，围岩将产生复杂的应力重分布。保证小净距隧道中间岩柱的稳定是小净距隧道设计、施工的关键，因此，对中间岩柱进行简单快捷、效果良好、造价经济的加固装置及其施工方法的研发具有较大意义。
5.目前常见的加固装置主要为对拉锚杆或者“普通锚杆+不注浆/注浆”、“预应力锚杆+不注浆/注浆”的形式，具有一定效用，但其缺点也较为明显。锚杆多为精轧螺纹钢筋材质，不论是对拉锚杆还是“锚杆+注浆”的形式，其轴向刚度及承载力在小净距隧道双洞中间岩柱处并不能起到非常理想的加固作用。中间岩柱需要在侧向提供相当大的夹持作用，以保障其侧向刚度足够大，进而提高其轴向承载能力。另外，锚杆是分散布置的，即使结合钢筋网片，也只能在锚杆所在位置为圆心覆盖较小的一块区域进行夹持，在非锚杆区域则刚度下降，而非对拉形式的锚杆则效果更差，这就不能很好保障中间岩柱的整体性和稳定性。
6.因此，伴随着公路山岭隧道、铁路山岭隧道，城市轨道交通和综合地下管廊等城市地下工程隧道等领域的大断面小净距隧道的建设需求增多，对中间岩柱的加固装置需要研发采用新的结构，用以增强中间岩柱的整体性、稳定性、侧向刚度及承载能力，进而提高工程整体安全性与经济性。
7.公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本实用新型的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。


技术实现要素：

8.本实用新型的目的在于提供一种隧道中间岩柱直型夹持加固排架，以解决上述背景技术中提出的问题。
9.为实现上述目的，本实用新型提供了一种隧道中间岩柱直型夹持加固排架，包括：直型排架板、对拉螺栓、螺帽垫块以及螺母垫块；其中，直型排架板为正方形竖直平面板，直型排架板的数量为两块，两块直型排架板对称布置在隧道中间岩柱直型夹持加固排架的两侧，对拉螺栓的数量为多套，多套对拉螺栓横向穿设在两块直型排架板中，且每套对拉螺栓伸出于两块直型排架板外侧的两端分别设置有螺帽垫块和螺母垫块，并通过拧紧螺母固定夹紧；并且其中，每块直型排架板上呈中心对称地开设有八个等腰直角三角形的排架板镂空，以使直型排架板形成四条外边框且内部形成米字型支撑结构，直型排架板内侧与隧道中间岩柱所对应部位的隧道初期支护的外壁相贴合，以对隧道中间岩柱和对应部位的隧道初期支护进行夹持加固。
10.在一优选实施方式中，直型排架板上呈中心对称布置有九个排架板螺栓孔，排架板螺栓孔成三行三列布置，其中一个排架板螺栓孔设置在直型排架板的中心，另外八个排架板螺栓孔分别设置在直型排架板的四个角和四条外边框的中心上，每个排架板螺栓孔中分别穿设有一套对拉螺栓。
11.在一优选实施方式中，每套对拉螺栓包括一根螺杆和两个螺母，九套对拉螺栓的规格尺寸均相同，且对拉螺栓为高强螺栓。
12.在一优选实施方式中，螺帽垫块的数量为九个，每个螺帽垫块包括第一方形钢板和焊接在第一方形钢板上的三个螺帽垫块固定脚，三个螺帽垫块固定脚围绕螺帽垫块螺栓孔呈中心对称排布，螺帽垫块螺栓孔与排架板螺栓孔的孔径相同且保持位置同心，螺帽垫块的背面同直型排架板焊接连接。
13.在一优选实施方式中，螺母垫块的数量为九个，每个螺母垫块包括第二方形钢板，第二方形钢板的尺寸与第一方形钢板的尺寸相同，第二方形钢板中心处开设有螺母垫块螺栓孔，螺母垫块螺栓孔与排架板螺栓孔的孔径相同且保持位置同心，且螺母垫块的背面同直型排架板焊接连接。
14.在一优选实施方式中，直型排架板的每条外边框的长度均相等，为2000
‑
4000mm，直型排架板的厚度为30
‑
50mm，排架板镂空的直角边长度为600
‑
1200mm，其距离外边框的距离为150
‑
300mm，排架板螺栓孔中心距外边框的垂直距离为75
‑
150mm，排架板螺栓孔的直径为56mm。
15.在一优选实施方式中，对拉螺栓的螺杆光滑部分直径为56mm，长度为1000mm
‑
3000mm。
16.在一优选实施方式中，螺帽垫块的第一方形钢板的外轮廓边长度为150
‑
300mm，第一方形钢板的厚度为20
‑
40mm，位于第一方形钢板中心的螺帽垫块螺栓孔的直径为56mm，呈中心对称布置的三个螺帽垫块固定脚的尺寸为50mm
×
15mm
×
35mm，螺帽垫块固定脚内侧边
距离螺帽垫块螺栓孔中心垂直最短距离为45mm。
17.在一优选实施方式中，螺母垫块的第二方形钢板的外轮廓边长度为150
‑
300mm，第二方形钢板的厚度为20
‑
40mm，位于第二方形钢板中心的螺母垫块螺栓孔的直径为56mm。
18.与现有技术相比，本实用新型的隧道中间岩柱直型夹持加固排架的有益效果是：
19.1、本实用新型的直型夹持加固排架，两侧排架板内壁能够与隧道初期支护较好地贴合接触，充分利用了排架板对中间岩柱侧面的整体性提高和对拉高强螺栓的轴向力，对中间岩柱进行夹持和加固，亦利用对中间岩柱侧向变形的限制，进而充分提高了中间岩柱的整体性、稳定性、侧向刚度及承载能力，增强了工程整体安全性与经济性。
20.2、本实用新型的隧道中间岩柱直型夹持加固排架，避免采用连拱隧道形式，即避免采用三导洞形式或中导洞形式，从而降低了施工难度，缩短了建设周期，节省了建设成本，规避了中导洞和正洞相接处防水处理效果差等后期问题。
附图说明
21.图1为本实用新型的一实施方式的隧道中间岩柱直型夹持加固排架的正面东北轴测示意图。
22.图2为本实用新型的一实施方式的隧道中间岩柱直型夹持加固排架的反面西北轴测示意图。
23.图3为本实用新型的一实施方式的隧道中间岩柱直型夹持加固排架的安装效果剖面示意图。
24.图4为本实用新型的一实施方式的隧道中间岩柱直型夹持加固排架的正面立面示意图。
25.图5为本实用新型的一实施方式的隧道中间岩柱直型夹持加固排架的反面立面示意图。
26.图6为本实用新型的一实施方式的隧道中间岩柱直型夹持加固排架的侧视图。
27.图7为本实用新型的一实施方式的直型排架板示意图。
28.图8为本实用新型的一实施方式的对拉螺杆的立体结构示意图。
29.图9为本实用新型的一实施方式的螺帽垫块的立体结构示意图。
30.图10为本实用新型的一实施方式的螺母垫块的立体结构示意图。
具体实施方式
31.下面将对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
32.实施例1
33.如图1
‑
10所示，本实用新型优选实施方式的隧道中间岩柱直型夹持加固排架，包括：直型排架板1、对拉螺栓2、螺帽垫块3以及螺母垫块4。其中，直型排架板1为正方形竖直平面板，直型排架板1的数量为两块，两块直型排架板1对称布置在隧道中间岩柱直型夹持加固排架的两侧，对拉螺栓2的数量为多套，多套对拉螺栓2横向穿设在两块直型排架板1中，且每套对拉螺栓2伸出于两块直型排架板1外侧的两端分别设置有螺帽垫块3和螺母垫
块4，并通过拧紧螺母固定夹紧。每块直型排架板1上呈中心对称地开设有八个等腰直角三角形的排架板镂空5，以使直型排架板1形成四条外边框且内部形成米字型支撑结构，排架板镂空5的设置能够保障排架板1强度与抗变形能力下降低整体重量与用钢量。直型排架板1内侧与隧道中间岩柱11所对应部位的隧道初期支护12的外壁相贴合，以对隧道中间岩柱11和对应部位的隧道初期支护12进行夹持加固。在直型排架板1、对拉螺栓2及其配套的螺帽垫块3、螺母垫块4共同作用下，将隧道中间岩柱11和对应部位的隧道初期支护12进行夹持加固，通过对拉螺栓2提供加固所需横向力，进而提高隧道中间岩柱11的整体性、稳定性、侧向刚度及承载能力。
34.进一步的，直型排架板1上呈中心对称布置有九个排架板螺栓孔6，排架板螺栓孔6成三行三列布置，其中一个排架板螺栓孔6设置在直型排架板1的中心，另外八个排架板螺栓孔6分别设置在直型排架板1的四个角和四条外边框的中心上，每个排架板螺栓孔6中分别穿设有一套对拉螺栓2。
35.进一步的，每套对拉螺栓2包括一根螺杆和两个螺母，九套对拉螺栓2的规格尺寸均相同，且对拉螺栓2为高强螺栓。
36.进一步的，螺帽垫块3的数量为九个，每个螺帽垫块3包括第一方形钢板和焊接在第一方形钢板上的三个螺帽垫块固定脚7，三个螺帽垫块固定脚7围绕螺帽垫块螺栓孔8呈中心对称排布。螺帽垫块螺栓孔8与排架板螺栓孔6的孔径相同且保持位置同心，螺帽垫块3的背面同直型排架板1焊接连接。
37.进一步的，螺母垫块4的数量为九个，每个螺母垫块4包括第二方形钢板，第二方形钢板的尺寸与第一方形钢板的尺寸相同。第二方形钢板中心处开设有螺母垫块螺栓孔9，螺母垫块螺栓孔9与排架板螺栓孔6的孔径相同且保持位置同心，且螺母垫块4的背面同直型排架板1焊接连接。
38.实施例2
39.在一优选实施方式中，直型排架板1的每条外边框的长度均相等，为2000
‑
4000mm，直型排架板1的厚度为30
‑
50mm，排架板镂空5的直角边长度为600
‑
1200mm，其距离外边框的距离为150
‑
300mm，排架板螺栓孔6中心距外边框的垂直距离为75
‑
150mm，排架板螺栓孔6的直径为56mm。
40.在一优选实施方式中，对拉螺栓2的螺杆光滑部分直径为56mm，长度为1000mm
‑
3000mm。
41.在一优选实施方式中，螺帽垫块3的第一方形钢板的外轮廓边长度为150
‑
300mm，第一方形钢板的厚度为20
‑
40mm，位于第一方形钢板中心的螺帽垫块螺栓孔8的直径为56mm，呈中心对称布置的三个螺帽垫块固定脚7的尺寸为50mm
×
15mm
×
35mm，螺帽垫块固定脚7内侧边距离螺帽垫块螺栓孔8中心垂直最短距离为45mm。
42.在一优选实施方式中，螺母垫块4的第二方形钢板的外轮廓边长度为150
‑
300mm，第二方形钢板的厚度为20
‑
40mm，位于第二方形钢板中心的螺母垫块螺栓孔9的直径为56mm。
43.实施例3
44.本实用新型的隧道中间岩柱直型夹持加固排架应用领域广泛，可应用于公路山岭隧道、铁路山岭隧道、城市轨道交通和综合地下管廊范畴的城市地下工程隧道等领域。结合
附图，说明本实用新型的隧道中间岩柱直型夹持加固排架在山岭隧道工程施工中的应用。
45.实施例背景：
46.某高速公路山岭隧道为2
×
10.25m大断面小净距双洞隧道，双洞中间岩柱中段部分的竖向长度约为2.5m，线性趋近于直线，其中iv3级围岩112m、iv2级围岩166m。洞体衬砌类型包括slma、sl5a、sl4a、sl4b四种衬砌构成。照明方式采用电力照明，通风方式为自然通风。进出口均采用超前大管棚进洞，长度分别为30米、60米。进出口洞门形式均为端墙式。本隧道防排水：
①
结构防水，采用防水混凝土；
②
三缝防水，环向、纵向施工缝；
③
模筑混凝土衬砌外防水，设置防水板；
④
环向、纵向排水管（三通连接）。采用本实用新型提出的隧道的中间岩柱直型夹持加固排架进行该双洞隧道中间岩柱的夹持加固方案设计，提出以下应用实施例。
47.隧道中间岩柱直型夹持加固排架的具体加工制作与安装过程如下：
48.直型排架板1全部材料采用45h钢材，选取30mm厚度钢板进行切割，外轮廓为正方形，边长为2000mm；在距离外轮廓边缘75mm的正方形板四角和四条边中心以及正方形中心处9个点为圆心，钻取9个直径为56mm的圆形排架板螺栓孔6；在距离外轮廓边缘150mm处，切割直角边长度为600mm的等腰直角三角形镂空5，三角形的斜边同正方形钢板的对角线平行，共切割得到8个等腰直角三角形排架板镂空5；对切割与钻孔后的钢板进行打磨与防锈涂装。
49.对拉螺栓2采用标准件12.9级m56高强螺栓及配套螺母，对拉螺栓2长度为2000mm，并且对拉螺栓2采用涂刷防锈油脂处理。
50.螺帽垫块3全部材料采用45h钢材，选取20mm厚度钢板进行切割，外轮廓为正方形，边长为150mm；在正方形中心处钻取1个直径为56mm的螺帽垫块螺栓孔8。螺帽垫块固定脚7选取15mm厚钢板进行切割而成，尺寸为50mm
×
15mm
×
35mm，将50mm
×
15mm截面作为焊接面同螺帽垫块3钢板进行焊接，螺帽垫块固定脚7内侧边距离螺帽垫块螺栓孔8中心垂直最短距离为45mm。将螺帽垫块3进行打磨，然后将其背面，即没有焊接螺帽垫块固定脚7的一面同准备同对拉螺栓2螺帽接触的直型排架板1上的排架板螺栓孔6同心密贴焊接，外轮廓同直型排架板1平行，焊接后进行防锈涂装。
51.螺母垫块4全部材料采用45h钢材，选取20mm厚度钢板进行切割，外轮廓为正方形，边长为150mm。在正方形中心处钻取1个直径为56mm的螺母垫块螺栓孔9，将螺母垫块4进行打磨，然后将其同对拉螺栓2螺母接触的直型排架板1上的排架板螺栓孔5同心密贴焊接，外轮廓同直型排架板1平行，焊接后进行防锈涂装。
52.在直型夹持加固排架10安装前进行测量定位：在大断面小净距隧道的先行洞开挖结束，并完成了隧道初期支护12后，对后行洞进行掘进开挖，在进深达到2000mm并进行了后行洞的隧道初期支护12后，对直型夹持加固排架10通过全站仪进行安装前的定位。
53.对隧道初期支护12和隧道中间岩柱11钻孔：在直型夹持加固排架10安装位置确定后，在9套对拉螺栓2的安装位置所对应的隧道初期支护12和隧道中间岩柱11进行钻孔，钻孔至双洞贯通，同时在每个钻孔螺母安装的一侧45
°
倾斜开设注浆孔。
54.将直型夹持加固排架10安装就位：将焊接有螺帽垫块3、螺母垫块4的排架板1分别安装在隧道初期支护12外侧的安装位置。
55.安装对拉螺栓2并紧固：将对拉螺栓2依次穿插过螺帽垫块螺栓孔8、排架板螺栓孔
6、隧道初期支护和隧道中间岩柱钻通孔、排架板螺栓孔6、螺母垫块螺栓孔9，安装螺母并拧紧，九套对拉螺栓2均匀同步拧紧至1050kg
•
m，完成对拉加固。
56.注浆封闭：通过注浆孔进行注浆，对螺栓钻孔灌注满防水浆料，封堵注浆孔，并对对拉螺栓2的螺帽和螺母外侧涂抹丙烯酸或环氧或聚氨酯等防水材料进行防水处理，涂抹至足够覆盖螺帽垫块3和螺母垫块4，直型夹持加固排架10开始工作。
57.完成一套直型夹持加固排架10的安装后，继续进行掘进并继续跟随安装，保障大断面小净距隧道中间岩柱直型夹持加固排架的及时安装，并在安装过程中与完成后加强对中间岩柱的变形监测，以保障中间岩柱的受力可靠与安全性。
58.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。