支护结构及盾构双层衬砌隧道

技术领域

本发明涉及盾构隧道施工技术领域，尤其是涉及一种支护结构及盾构双层衬砌隧道。

背景技术

随着我国盾构隧道工程建设的迅猛发展，大量穿江越海的高水头、长距离、黏土条件下的盾构隧道工程正在规划或建设中。然而建造过程中盾构隧道将不可避免的承受极高的水土压力，为了保障盾构隧道安全，大量盾构双层衬砌结构的隧道开始修建。盾构双层衬砌隧道的第一层衬砌为传统管片衬砌，由多个管片块拼装成环形；第二层衬砌为通过现场浇筑的环形混凝土衬砌，也可称作内衬。但双层衬砌盾构隧道存在一个重要问题，即虽然是双层衬砌但在施工过程中仍然需要先施工拼装一层外侧的盾构管片，然后在盾构机脱出盾尾的区域通过现场浇筑施作混凝土内衬，而由于盾构机体积较大且仰拱处必须安装盾构机行驶轨道，在盾构机长度区域内没有足够的空间开展混凝土内衬的施作，导致该区段内较长时间无法提供额外支护力，从而该区段也就成为施工期内的最大风险点。这就造成了盾构双层衬砌方案能在运营期提供支护作用，却在施工期存在支护力不足和施工安全风险的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种支护结构及盾构双层衬砌隧道，以缓解现有技术中存在的盾构双层衬砌隧道施工期存在支护力不足和施工安全隐患的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案在于：

第一方面，本发明提供的支护结构包括锚固支座和至少一个支撑拱架；

所述支撑拱架呈弧形，且外壁配置为与管片的内壁贴合，当所述支撑拱架设置有多个时，相邻的两个所述支撑拱架的端部固定连接，且多个所述支撑拱架围合呈弧形；

所述锚固支座的一端与所述支撑拱架连接，另一端用于伸入并固定于所述管片的内部。

更进一步地，

所述支撑拱架包括型钢拱架，所述型钢拱架呈弧形；

所述型钢拱架的外壁与所述锚固支座连接，且配置为与所述管片的内壁贴合。

更进一步地，

所述型钢拱架包括连接板、第一支撑板和第二支撑板，所述第一支撑板和所述第二支撑板分别与所述连接板的两侧连接，且均与所述连接板呈夹角设置；

所述第一支撑板背离所述连接板的一侧与所述锚固支座连接，且配置为与所述管片的内壁贴合。

更进一步地，

所述支撑拱架还包括具有开口的钢板，所述钢板呈弧形且罩设于所述型钢拱架。

更进一步地，

所述支撑拱架还包括多个肋板，多个所述肋板沿所述钢板的周向间隔设置，且所述肋板的一侧与所述钢板的内壁连接。

更进一步地，

所述支撑拱架还包括第一填充件，所述第一填充件填充于所述钢板和所述型钢拱架之间。

更进一步地，

所述锚固支座包括锚固头，所述锚固头用于伸入并固定于所述管片的内部。

第二方面，本发明提供的一种盾构双层衬砌隧道包括管片块和如上述任一项所述的支护结构；

所述管片块为所述盾构双层衬砌隧道的第一层衬砌组成部分，多个所述管片块拼装为环形，所述支护结构的支撑拱架的外壁与所述管片块的内壁贴合，所述支护结构的锚固支座背离所述钢拱架的一端伸入并固定于所述管片块的内部。

更进一步地，

所述管片块的内壁有手孔，所述锚固支座的一端伸入并固定于所述手孔内。

更进一步地，

所述手孔和所述锚固支座之间填充有第二填充件。

综合上述技术方案，本发明所能实现的技术效果分析如下：

本发明提供的支护结构包括锚固支座和至少一个支撑拱架；支撑拱架呈弧形，且外壁配置为与管片块的内壁贴合，当支撑拱架设置有多个时，相邻的两个支撑拱架的端部固定连接，且多个支撑拱架围合呈弧形；锚固支座的一端与支撑拱架连接，另一端用于伸入并固定于管片块的内部。盾构双层衬砌隧道施工时，当管片块拼装完成后，将锚固支座的一端固定于支撑拱架上，并将另一端伸入并固定在管片块的内部，实现支撑拱架的外壁与管片块的内壁贴合，使支撑拱架对管片块提供支撑力；因为支撑拱架或多个支撑拱架围合后均呈弧形，则盾构机行驶轨道可安装在未设置有支撑拱架的部分，避免支护结构影响盾构机行驶轨道的铺设，并且避免了盾构双层衬砌隧道施工时盾构机长度区域内无支护力的问题，提高了施工的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的盾构双层衬砌隧道的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的盾构双层衬砌隧道的局部结构示意图；

图3为图1中A处的剖面图；

图4为图1中B处的剖面图。

图标：

100-锚固支座；110-锚固头；200-支撑拱架；210-型钢拱架；211-连接板；212-第一支撑板；213-第二支撑板；220-钢板；230-肋板；240-第一填充件；300-管片块；310-手孔；320-第二填充件。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

随着我国盾构隧道工程建设的迅猛发展，大量穿江越海的高水头、长距离、黏土条件下的盾构隧道工程正在规划或建设中。然而建造过程中盾构隧道将不可避免的承受极高的水土压力，为了保障盾构隧道安全，大量盾构双层衬砌结构的隧道开始修建。双层衬砌盾构隧道存在一个重要问题，即虽然是双层衬砌但在施工过程中仍然需要先施工拼装一层外侧的盾构管片块，然后在脱出盾尾的区域施作混凝土内衬，而由于盾构机体积较大且仰拱处必须安装盾构机行驶轨道，在盾构机长度区域内没有足够的空间开展混凝土内衬的施作，导致该区段内较长时间无法提供额外支护力，从而该区段也就成为施工期内的最大风险点。这就造成了盾构双层衬砌方案能在运营期提供支护作用，却在施工期存在支护力不足和施工风险的问题。

有鉴于此，请参见图1，本发明实施例提供的支护结构包括锚固支座100和至少一个支撑拱架200；支撑拱架200呈弧形，且外壁配置为与管片块300的内壁贴合，当支撑拱架200设置有多个时，相邻的两个支撑拱架200的端部固定连接，且多个支撑拱架200围合呈弧形；锚固支座100的一端与支撑拱架200连接，另一端用于伸入并固定于管片块300的内部。盾构双层衬砌隧道施工时，当管片块300拼装完成后，将锚固支座100的一端固定于支撑拱架200上，并将另一端伸入并固定在管片块300的内部，实现支撑拱架200的外壁与管片块300的内壁贴合，使支撑拱架200对管片块300提供支撑力；因为支撑拱架200或多个支撑拱架200围合后均呈弧形，则盾构机行驶轨道可安装在未设置有支撑拱架200的部分，避免支护结构影响盾构机行驶轨道的铺设，并且避免了盾构双层衬砌隧道施工时盾构机长度区域内无支护力的问题，提高了施工的安全性。

以下对支护结构的形状和结构进行详细说明：

本发明实施例提供的可选方案中，支撑拱架200包括型钢拱架210，型钢拱架210呈弧形，型钢拱架210的外壁与锚固支座100连接，且配置为与管片块300的内壁贴合。

具体地，本实施例中，型钢拱架210设置有多个，相邻的两个型钢拱架210的端部焊接；锚固支座100的数量与型钢拱架210的数量相等，且多个锚固支座100与多个型钢拱架210一一对应连接。当然，每个型钢拱架210搭配有多个锚固支座100，例如两个、三个或四个等，也应当在本发明实施例的保护范围之内。

支撑拱架200包括型钢拱架210，型钢拱架210具有自重轻、施工简便和强度高的特性，则支撑拱架200也具有与型钢拱架210一致的特性，使之适用于对管片块300进行支护。

本发明实施例提供的可选方案中，型钢拱架210包括连接板211、第一支撑板212和第二支撑板213，第一支撑板212和第二支撑板213分别与连接板211的两侧连接，且均与连接板211呈夹角设置；第一支撑板212背离连接板211的一侧与锚固支座100连接，且配置为与管片块300的内壁贴合。

具体地，本实施例中，请参见图1和图2，型钢拱架210设置为H型钢拱架，截面设置为H型，即连接板211的两端分别与第一支撑板212的中部和第二支撑板213的中部连接。H型钢拱架塑性、柔韧性和结构稳定性高，适用于承受振动和冲击载荷大的建筑结构。

型钢拱架210设置为H型钢拱架，提高了型钢拱架210的塑料、柔韧性和结构稳定性，使型钢拱架210适用于对管片块300进行支护。

本发明实施例提供的可选方案中，支撑拱架200还包括具有开口的钢板220，钢板220呈弧形且罩设于型钢拱架210。

具体的，本实施例中，请参见图1和图2，钢板220设置为U形钢板槽，且U形钢板槽的个数设置与钢拱架的个数相等，多个U形钢板槽与多个型钢拱架210一一对应罩设。较为优选地，相邻的两个U形钢板槽焊接。

U形钢板槽罩设于H型钢拱架，加强了支撑拱架200的强度，提高对管片块300的支护力。

本发明实施例提供的可选方案中，请参见图2至图4，支撑拱架200还包括多个肋板230，多个肋板230沿钢板220的周向间隔设置，且肋板230的一侧与钢板220的内壁连接。

具体地，本实施例中，U形钢板槽的开口的截面设置为方形，每个侧壁均连接有三个肋板230，位于同一个侧壁上的三个肋板230沿侧壁的宽度方向平行间隔设置。

U形钢板槽的内壁设置肋板230，提高了U形钢板槽的强度，进而提高了钢拱架的强度，提高了对管片块300的支撑作用。

本发明实施例提供的可选方案中，支撑拱架200还包括第一填充件240，第一填充件240填充于钢板220和型钢拱架210之间。

具体地，本实施例中，第一填充件240设置为早强混凝土，从U形钢板槽下端的开口处泵入早强混凝土，使早强混凝土充满U形钢板槽的内部空间。当然，第一填充件240设置为混凝土，也应当在本发明实施例的保护范围之内。

早强混凝土由石灰石、矿渣和石膏制成，早期强度上升快，缩短施工时间。钢板220和型钢拱架210之间填充有早强混凝土或混凝土，进一步提高了钢拱架的强度。

本发明实施例提供的可选方案中，锚固支座100包括锚固头110，锚固头110用于伸入并固定于管片块300的内部。

具体地，请参见图4，锚固头110的截面设置为椭圆形。

锚固头110伸入并固定于管片块300的内部，实现锚固支座100与管片块300的连接，进而实现钢拱架与管片块300的连接。

以下对支护结构的施工方式进行详细说明：

管片块300拼装完成后，将锚固支座100的一端固定于单个H型钢拱架上，将该H型钢拱架紧贴在管片块300的内壁，并使锚固支座100的另一端伸入管片块300内，通过锚固头110固定在管片块300的内部；

使用混凝土将管片块300的内壁填平；

按照上述步骤将每个H型钢拱架安装在管片块300的内壁，且避让盾构仰拱盾构机行驶路径范围；

焊接相邻的两个H型钢拱架的端部；

在每个H型钢拱架上罩设U形钢板槽，并将相邻的两个U形钢板槽的端部焊接；

从U形钢板槽下端的开口处泵入早强混凝土，使早强混凝土充满U形钢板槽的内部空间。

实施例二

本发明提供的盾构双层衬砌隧道包括了实施例一中述及的支护结构，因此，也具备了实施例一中的一切有益效果，在此不再赘述。

本发明实施例提供的可选方案中，盾构双层衬砌隧道包括管片块300，管片块300为盾构双层衬砌的第一层衬砌组成部分，多个管片块300拼装为环形，支护结构的支撑拱架200的外壁与管片块300的内壁贴合，支护结构的锚固支座100背离钢拱架的一端伸入并固定于管片块300的内部。

具体地，管片块300的内壁有手孔310，锚固支座100的锚固头110伸入手孔310内并固定于手孔310中。

锚固支座100的锚固头110固定于管片块300的手孔310内，实现将支撑拱架200安装在管片块300内。

本发明实施例提供的可选方案中，手孔310和锚固支座100之间填充有第二填充件320。

具体地，第二填充件320设置为混凝土，混凝土填充手孔310，并使混凝土的外表面与管片块300的内壁齐平。

第二填充件320填充手孔310，加强对锚固头110的固定作用。

以下对盾构双层衬砌隧道的施工过程进行详细说明：

a.在管片块300拼装成环后，即完成第一层衬砌的施工；之后开始施作第二层衬砌隧道，首先，将锚固支座100一端固定于单个H型钢拱架上；

b.将该H型钢拱架紧贴在管片块300内侧并使锚固支座100具有锚固头110的一端伸入管片块300的手孔310内，并且锚固头110固定在手孔310内；

c.将管片块300的手孔310用混凝土填充饱满至与管片块300的内壁齐平；

d.按a～c的步骤将每个H型钢拱架安装在管片块300的内侧，并且避让盾构仰拱盾构机行驶路径范围；

e.将各个相邻的两个H型钢拱架焊接拼装在一起；

f.将各段设置有肋板230的U形钢板槽罩在H型钢拱架上，并将各段U形钢板槽焊接拼装在一起，使其紧贴在管片块300内侧；

g.从U形钢板槽下端的两个开口处泵入早强混凝土，使混凝土充满U形钢板槽的内部空间；

h.浇筑混凝土内衬，并将临时支护整体浇筑在混凝土内部。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。