基于预制波纹钢仰拱的整体式隧道支护体系的制作方法

本发明涉及隧道支护工程，具体地说，涉及一种基于预制波纹钢仰拱的整体式隧道支护体系。

背景技术：

1、隧道是现代交通建设的重要组成部分，因此其设计和施工需要特别注意安全性、稳定性和经济性。在隧道的设计中，支护体系是至关重要的一部分，它可以保证隧道的结构稳定和安全，并能够防止地层塌方和裂缝等问题的发生。

2、传统的隧道支护体系主要包括混凝土衬砌支护、钢支撑支护、钢拱支护等。这些支护体系具有较高的稳定性和承载能力，但存在以下缺点：第一、现有支护体系在制作和安装过程中一般需要现场浇筑混凝土，需要大量的模板和支撑材料，耗时耗力，由于混凝土的硬化需要一定的时间，导致施工周期较长，成本高，不利于快速、经济地完成隧道建设；混凝土结构的重量较大，对隧道本身的承重和支撑要求较高，同时需要采用大型机械进行安装，施工现场的操作空间有限，影响施工效率。第二、传统的支护结构一旦受损，修补和维护成本很高，因为钢筋混凝土结构的受损情况不易察觉，一旦出现损坏，影响隧道的通行安全，修补和维护成本非常高昂。第三、传统的支护体系不适用于特殊地质条件，在特殊的地质条件下，如软土、泥质土、沙土等地层，钢筋混凝土支护结构很难施工且承载能力受到严重限制。

3、波纹钢板作为一种轻质高强材料，具有良好的抗腐蚀性和耐久性，现已被广泛应用于建筑、桥梁等技术领域。因此，如何将开挖隧道的支护体系与波纹钢材料结合在一起，提供一种新的隧道支护体系，既能够满足隧道支护的承载能力和整体性能要求，又具有较高的制作和安装效率及经济性，是一个值得研究的技术课题。

技术实现思路

1、本发明提出一种基于波纹钢模块化仰拱的隧道整体支护体系，以克服现有技术中的上述问题。

2、为实现上述目的，本发明提出的技术方案是：

3、基于预制波纹钢仰拱的整体式隧道支护体系，包括位于开挖隧道底部的波纹钢预制仰拱，所述波纹钢预制仰拱由多组预制仰拱单元沿隧道延伸方向依次拼接构成，预制仰拱单元包括底部的波纹钢弧板和连接在波纹钢弧板上端的波纹钢平板，预制仰拱单元的截面呈闭合的类半圆结构，其内部为预留空腔，预制仰拱单元的上端两侧设有与隧道顶部二次衬砌结构连接的连接面，二次衬砌结构与预制仰拱单元的连接面连接后整体成环。

4、进一步的，所述波纹钢平板上开设有多组注浆孔，注浆孔与预留空腔连通，通过注浆孔向预留空腔填充加强填料。

5、进一步的，所述预制仰拱单元还包括多组纵向波纹钢隔板，纵向波纹钢隔板垂直连接于波纹钢弧板和波纹钢平板之间，将预留空腔分隔为多个子腔。

6、进一步的，所述纵向波纹钢隔板设有三组，纵向波纹钢隔板通过高强度螺栓与波纹钢弧板和波纹钢平板连接，三组纵向波纹钢隔板将预留空腔分隔为三个子腔。

7、进一步的，所述预制仰拱单元还包括三组横向波纹钢隔板，横向波纹钢隔板通过高强度螺栓水平连接于波纹钢弧板、纵向波纹钢之间，将预留空腔分隔为六个子腔。

8、进一步的，所述子腔包括排水子腔、填充子腔或排线子腔。

9、进一步的，在所述波纹钢平板、横向波纹钢隔板上开设有注浆孔，注浆孔与填充子腔连通，通过注浆孔向填充子腔内填充加强填料。

10、进一步的，所述二次衬砌结构为波纹钢顶部支护结构，波纹钢顶部支护结构位于隧道衬砌结构的内侧，波纹钢顶部支护结构包括多圈依次拼接的波纹钢顶拱，波纹钢顶拱的下端与预制仰拱单元的连接面连接成环，在波纹钢顶拱和隧道衬砌结构之间填充混凝土加固层。

11、进一步的，所述预制仰拱单元的连接面为法兰座，在所述波纹钢顶拱的下端设有对应法兰板，法兰板与法兰座正对后通过高强度螺栓连接。

12、进一步的，所述二次衬砌结构为钢拱架顶部支护结构、预制混凝土板顶部支护结构或钢筋混凝土板顶部支护结构。

13、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

14、本发明基于预制波纹钢仰拱的整体式隧道支护体系采用波纹钢预制构成隧道仰拱，大大减少了隧道开挖现场制造仰拱的工程量，缩短了施工周期，降低施工难度和施工风险；此外，预制波纹钢仰拱还可以大幅度提高仰拱结构的整体性、支护强度和稳定性，装配式结构保证了预制波纹钢仰拱的质量和一致性。

15、当然地，实施本发明的各技术方案并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

技术特征：

1.基于预制波纹钢仰拱的整体式隧道支护体系，其特征在于，包括位于开挖隧道底部的波纹钢预制仰拱，所述波纹钢预制仰拱由多组预制仰拱单元沿隧道延伸方向依次拼接构成，预制仰拱单元包括底部的波纹钢弧板和连接在波纹钢弧板上端的波纹钢平板，预制仰拱单元的截面呈闭合的类半圆结构，其内部为预留空腔，预制仰拱单元的上端两侧设有与隧道顶部二次衬砌结构连接的连接面，二次衬砌结构与预制仰拱单元的连接面连接后整体成环。

2.根据权利要求1所述基于预制波纹钢仰拱的整体式隧道支护体系，其特征在于，所述波纹钢平板上开设有多组注浆孔，注浆孔与预留空腔连通，通过注浆孔向预留空腔填充加强填料。

3.根据权利要求1所述基于预制波纹钢仰拱的整体式隧道支护体系，其特征在于，所述预制仰拱单元还包括多组纵向波纹钢隔板，纵向波纹钢隔板垂直连接于波纹钢弧板和波纹钢平板之间，将预留空腔分隔为多个子腔。

4.根据权利要求3所述基于预制波纹钢仰拱的整体式隧道支护体系，其特征在于，所述纵向波纹钢隔板设有三组，纵向波纹钢隔板通过高强度螺栓与波纹钢弧板和波纹钢平板连接，三组纵向波纹钢隔板将预留空腔分隔为三个子腔。

5.根据权利要求4所述基于预制波纹钢仰拱的整体式隧道支护体系，其特征在于，所述预制仰拱单元还包括三组横向波纹钢隔板，横向波纹钢隔板通过高强度螺栓水平连接于波纹钢弧板、纵向波纹钢之间，将预留空腔分隔为六个子腔。

6.根据权利要求5所述基于预制波纹钢仰拱的整体式隧道支护体系，所述子腔包括排水子腔、填充子腔或排线子腔。

7.根据权利要求6所述基于预制波纹钢仰拱的整体式隧道支护体系，其特征在于，在所述波纹钢平板、横向波纹钢隔板上开设有注浆孔，注浆孔与填充子腔连通，通过注浆孔向填充子腔内填充加强填料。

8.根据权利要求2或7所述的基于预制波纹钢仰拱的整体式隧道支护体系，其特征在于，所述二次衬砌结构为波纹钢顶部支护结构，波纹钢顶部支护结构位于隧道衬砌结构的内侧，波纹钢顶部支护结构包括多圈依次拼接的波纹钢顶拱，波纹钢顶拱的下端与预制仰拱单元的连接面连接成环，在波纹钢顶拱和隧道衬砌结构之间填充混凝土加固层。

9.根据权利要求8所述基于预制波纹钢仰拱的整体式隧道支护体系，其特征在于，所述预制仰拱单元的连接面为法兰座，在所述波纹钢顶拱的下端设有对应法兰板，法兰板与法兰座正对后通过高强度螺栓连接。

10.根据权利要求2或7所述基于预制波纹钢仰拱的整体式隧道支护体系，其特征在于，所述二次衬砌结构为钢拱架顶部支护结构、预制混凝土板顶部支护结构或钢筋混凝土板顶部支护结构。

技术总结
本发明涉及一种基于预制波纹钢仰拱的整体式隧道支护体系，包括位于开挖隧道底部的波纹钢预制仰拱，波纹钢预制仰拱由多组预制仰拱单元沿隧道延伸方向依次拼接构成，预制仰拱单元包括底部的波纹钢弧板和连接在波纹钢弧板上端的波纹钢平板，预制仰拱单元的截面呈闭合的类半圆结构，其内部为预留空腔，预制仰拱单元的上端两侧设有与隧道顶部二次衬砌结构连接的连接面，二次衬砌结构与预制仰拱单元的连接面连接后整体成环。本发明大大减少了隧道开挖现场制造仰拱的工程量，缩短了施工周期，降低施工难度和施工风险；此外，预制波纹钢仰拱还可以大幅度提高仰拱结构的整体性、支护强度和稳定性，装配式结构保证了预制波纹钢仰拱的质量和一致性。

技术研发人员：赵建华
受保护的技术使用者：西安世纪金属结构有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13