隧道大跨度初支扣拱结构及其交错台阶施工方法与流程

1.本发明涉及隧道施工技术领域，具体涉及一种隧道大跨度初支扣拱结构及其交错台阶施工方法。


背景技术：

2.我国目前城市经济、建设及规模不断发展，地下空间的开发利用已是大势所趋。在寸土寸金的城市中心地带，为了更大的拓展地下空间，城市隧道和地下通道的施工越来越普遍。在城市隧道和地下通道的施工过程中，一般采用诸如pba工法(洞桩法)、cd法(中隔壁法)、crd法(交叉中隔壁法)等暗挖施工工法。
3.其中，pba工法施工工序多且复杂，风险系数高，项目工期较长。其中，初期支护结构设计及其施工方法对整个工程的安全和工期而言，尤为重要。目前的pba工法对于跨度大的初支结构施工的可操作性和安全可靠性急需提高。
4.公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，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：

5.为克服现有技术所存在的缺陷，现提供一种隧道大跨度初支扣拱结构及其交错台阶施工方法，以解决pba工法对于跨度大的初支结构施工的可操作性和安全可靠性急需提高的问题。
6.为实现上述目的，提供一种隧道大跨度初支扣拱结构，包括：
7.沿隧道的长度方向设置的多道扣拱本体，所述扣拱本体包括安装于所述隧道的相对两侧的上部的小导洞中的两边拱格栅和连接于两所述边拱格栅之间的中拱格栅，多道所述扣拱本体之间连接有第一钢筋网，多道所述扣拱本体和所述第一钢筋网包覆有喷射混凝土；
8.底板，连接于两所述小导洞的下部的支护结构之间；以及
9.支撑于多道所述扣拱本体和所述底板之间的可拆中隔壁，所述可拆中隔壁的一侧与一所述小导洞之间形成先行导洞，所述可拆中隔壁的另一侧与另一所述小导洞之间形成后行导洞，所述先行导洞和所述后行导洞分别先后开挖形成交错设置的上台阶和下台阶，所述可拆中隔壁包括沿所述隧道的长度方向间隔设置的多道型钢立柱、连接于多道所述型钢立柱的第二钢筋网和包覆于所述型钢立柱和所述第二钢筋网的喷射混凝土，所述型钢立柱包括位置对应于所述上台阶的上柱节和位置对应于所述下台阶的下柱节，所述下柱节的下端可拆卸地安装于所述底板，所述下柱节的上端可拆卸地支撑于所述上柱节的下端，每一道所述型钢立柱的上柱节的上端可拆卸地支撑于一所述中拱格栅。
10.进一步的，所述中拱格栅包括拼接在一起的四个格栅段，相邻的两道所述扣拱本体的格栅段的拼接缝错位设置。
11.进一步的，所述上柱节的相对两侧分别形成第一翼缘板。
12.进一步的，所述上柱节的两端分别连接有第一端板，所述第一翼缘板支撑于所述上柱节的两端的第一端板之间。
13.进一步的，所述小导洞中浇筑形成有冠梁，所述边拱格栅的下端连接于所述冠梁，所述边拱格栅的上端贯穿于所述小导洞的支护结构。
14.进一步的，所述底板中埋设有多道支撑钢骨，所述支撑钢骨的两端分别连接于两所述小导洞的支护结构，所述支撑钢骨支撑于所述下柱节的下端。
15.本发明提供一种隧道大跨度初支扣拱结构的交错台阶施工方法，包括以下步骤：
16.在小导洞施工阶段之后，于隧道的相对两侧的上部的小导洞中分别安装边拱格栅；
17.于先行导洞中先后开挖形成上台阶和下台阶，使得所述先行导洞的上台阶与所述先行导洞的下台阶交错设置，再与后行导洞中先后开挖上台阶和下台阶，使得所述后行导洞的上台阶与所述后行导洞的下台阶交错设置，同时所述先行导洞中的下台阶先行于所述后行导洞中的上台阶，在所述先行导洞和所述后行导洞中土体开挖时，于所述先行导洞或后行导洞中安装中拱格栅，使得所述中拱格栅连接于所述边拱格栅，并于所述下台阶的土体上竖设上柱节，使得所述上柱节支撑于所述中拱格栅，于多道在所述下台阶的土体开挖后，于所述下台阶中竖设下柱节，使得所述下柱节支撑于所述上柱节以形成型钢立柱，并于所述下台阶的底部浇筑形成底板，使得所述底板支撑于所述下柱节，于多道所述边拱格栅和所述中拱格栅上喷射混凝土形成扣拱本体，于多道所述型钢立柱连接第二钢筋网并喷射混凝土以形成可拆中隔壁。
18.进一步的，在所述先行导洞的上台阶开挖进深大于3m后，开挖所述先行导洞的下台阶。
19.进一步的，在所述先行导洞的下台阶开挖进深大于10m后，开挖所述后行导洞的上台阶，在所述后行导洞的上台阶开挖进深大于3m后，开挖所述后行导洞的下台阶。
20.本发明的有益效果在于，本发明的隧道大跨度初支扣拱结构及其交错台阶施工方法，主要适用于轨道交通pba工法施工过程中大跨度初期支护结构形式及其交错台阶的施工方法。大跨度的初期支护扣拱结构开挖采用四步交错台阶开挖的施工方法。可拆中隔壁采用型钢+连接筋和钢筋网型式，将初期支护结构分为两个主体导洞(即先行导洞和后行导洞)，每个主体导洞分为上下台阶。在破除可拆中隔壁的喷射混凝土后，其中的型钢立柱可拆卸并重复利用，节省成本，加快工期，操作方便。
附图说明
21.通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
22.图1为本发明实施例的隧道大跨度初支扣拱结构的结构示意图。
23.图2为本发明实施例的隧道大跨度初支扣拱结构的主视图。
24.图3为本发明实施例的上下台阶设置示意图。
25.图4为图3中x-x处的剖视图。
26.图5为本发明实施例的格栅段的连接处的结构示意图。
27.图6为本发明实施例的格栅段的连接处的俯视图。
28.图7为本发明实施例的格栅段的连接处的剖视图。
29.图8为本发明实施例的边拱格栅与中拱格栅的连接处的结构示意图。
30.图9为本发明实施例的格栅段的横截面的结构示意图。
31.图10为本发明实施例的格栅段的展开示意图。
具体实施方式
32.下面结合附图和实施例对本技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
33.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
34.参照图1至图10所示，本发明提供了一种隧道大跨度初支扣拱结构，包括：多道扣拱本体、底板2、可拆中隔壁3。
35.在本实施例中，多道扣拱本体沿隧道的长度方向设置。每一道扣拱本体呈拱形。
36.每一道扣拱本体包括两边拱格栅11和中拱格栅12。每一道扣拱本体的两边拱格栅11分别安装于隧道的相对两侧的上部的小导洞中。中拱格栅12连接于两边拱格栅11之间。
37.多道扣拱本体之间连接有第一钢筋网。多道扣拱本体和第一钢筋网包覆有喷射混凝土以固结形成扣拱本体。
38.底板2连接于两小导洞的下部的支护结构6之间。
39.可拆中隔壁3支撑于多道扣拱本体和底板2之间。如图2所示，可拆中隔壁3的一侧与一小导洞之间形成先行导洞a，可拆中隔壁3的另一侧与另一小导洞之间形成后行导洞b。结合图3和图4所示，先行导洞a和后行导洞b分别先后开挖形成交错设置的上台阶a和下台阶b。
40.可拆中隔壁3包括多道型钢立柱和喷射混凝土。其中，多道型钢立柱沿隧道的长度方向间隔设置。第二钢筋网连接于多道型钢立柱的第二钢筋网。喷射混凝土包覆于型钢立柱和第二钢筋网以固结形成可拆中隔壁。
41.每一根型钢立柱包括上柱节311和下柱节312。上柱节311的位置对应于上台阶a。下柱节312位置对应于下台阶b。下柱节312的下端可拆卸地安装于底板2。
42.在本实施例中，底板2中埋设有多道支撑钢骨21。支撑钢骨21的两端分别连接于两小导洞的支护结构6。支撑钢骨支撑于下柱节312的下端。
43.下柱节312的上端可拆卸地支撑于上柱节311的下端。每一道型钢立柱的上柱节311的上端可拆卸地支撑于一中拱格栅12。
44.上柱节311的相对两侧分别形成第一翼缘板。上柱节311的两端分别连接有第一端板313，第一翼缘板支撑于上柱节311的两端的第一端板之间。下柱节的两端分别连接有第二端板。具体的，下柱节的下端的第二端板通过螺栓可拆卸地安装于支撑钢骨上。下柱节的上端第二端板通过螺栓可拆卸地连接于上柱节的下端的第一端板。上柱节的上端的第一端板通过螺栓可拆卸地连接于中拱格栅。
45.作为一种较佳的实施方式，中拱格栅12包括拼接在一起的四个格栅段121。相邻的两道扣拱本体的格栅段121的拼接缝错位设置。本发明的隧道大跨度初支扣拱结构及其交
错台阶施工方法，在大跨度暗挖pba工法隧道初支施工过程中，初支扣拱结构采用钢格栅且拼接缝交替错开设置，提高扣拱整体稳定性。
46.参阅图9和图10，每一段格栅段包括四根主筋和连接筋。四根主筋呈矩阵式设置。相邻的两根主筋之间连接有连接筋。水平方向上的两主筋之间连接有水平设置的第一腹筋，竖直方向的相邻的两主筋之际连接有斜向设置的第二腹筋。
47.参阅图5至7，相邻两格栅段的对接处分别连接有连接板，相邻两格栅段的连接板通过螺栓连接在一起。相邻两格栅段的对接侧的主筋同轴设置，两格栅段的主筋的内侧连接有加强筋。加强筋的两端搭接于相邻两格栅段的主筋。
48.参阅图2和图，小导洞中浇筑形成有冠梁4。边拱格栅11的下端连接于冠梁4。边拱格栅11的上端贯穿于小导洞的支护结构6。
49.本发明提供一种隧道大跨度初支扣拱结构的交错台阶施工方法，包括以下步骤：
50.s1：在小导洞施工阶段之后，于隧道的相对两侧的上部的小导洞中分别安装边拱格栅11。
51.s2：于先行导洞a中先后开挖形成上台阶a和下台阶b，使得先行导洞a的上台阶a与先行导洞a的下台阶b交错设置，再与后行导洞b中先后开挖上台阶a和下台阶b，使得后行导洞b的上台阶a与后行导洞b的下台阶b交错设置，同时先行导洞a中的下台阶b先行于后行导洞b中的上台阶a，在先行导洞a和后行导洞b中土体5开挖时，于先行导洞a或后行导洞b中安装中拱格栅12，使得中拱格栅12连接于边拱格栅11，并于下台阶b的土体5上竖设上柱节311，使得上柱节311支撑于中拱格栅12，于多道在下台阶b的土体5开挖后，于下台阶b中竖设下柱节312，使得下柱节312支撑于上柱节311以形成型钢立柱，并于下台阶b的底部浇筑形成底板2，使得底板2支撑于下柱节312，于多道边拱格栅11和中拱格栅12上喷射混凝土形成扣拱本体，于多道型钢立柱连接第二钢筋网并喷射混凝土以形成可拆中隔壁3。
52.在先行导洞a的上台阶a开挖进深大于3m后，开挖先行导洞a的下台阶b。
53.在先行导洞a的下台阶b开挖进深大于10m后，开挖后行导洞b的上台阶a，在后行导洞b的上台阶a开挖进深大于3m后，开挖后行导洞b的下台阶b。
54.如图1所示状态，在先行导洞和后行导洞的上下台阶开挖后，沿隧道的长度方向逐段完成多道扣拱本体的安装并进行混凝土喷射(包括一段底板和一段可拆中隔壁)以形成一段初支扣拱结构。
55.本发明的隧道大跨度初支扣拱结构及其交错台阶施工方法，主要适用于轨道交通pba工法施工过程中大跨度初期支护结构形式及其交错台阶的施工方法。大跨度的初期支护扣拱结构开挖采用四步交错台阶开挖的施工方法。可拆中隔壁采用型钢+连接筋和钢筋网型式，将初期支护结构分为两个主体导洞(即先行导洞和后行导洞)，每个主体导洞分为上下台阶。在破除可拆中隔壁的喷射混凝土后，其中的型钢立柱可拆卸并重复利用，节省成本，加快工期，操作方便。
56.本发明的隧道大跨度初支扣拱结构及其交错台阶施工方法，在大跨度暗挖pba工法隧道初支施工过程中，初支扣拱结构采用钢格栅且拼接缝交替错开设置，提高扣拱整体稳定性。
57.以上描述仅为本技术的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本技术中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术
方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本技术中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。