一种防止隧洞衬砌裂缝的施工方法及其装置

技术领域

本发明涉及隧洞衬砌技术领域，具体为一种防止隧洞衬砌裂缝的施工方法及其装置。

背景技术

隧道衬砌是指支持和维护隧道的长期稳定和耐久性的永久结构物。其作用是支持和维护隧道的稳定；保持列车运行所需需的空间；防止围岩的风化；解除地下水的影响等。隧道衬砌主要由拱圈、边墙、仰拱和底板几部分构成。隧洞衬砌分为一期喷锚支护和二期钢筋混凝土衬砌。

然而，由于二期衬砌发热量大，温度升高大，一期支护对二期衬砌的约束大，限制了二期衬砌的自由胀缩，二期衬砌内部会产生较大的温度应力，在超过混凝土的抗拉强度后经常会使衬砌裂缝；此外，由于隧洞衬砌为拱形，当混凝土发生变形时，拱形顶部容易因应力集中而产生裂缝。鉴于此，我们提出一种防止隧洞衬砌裂缝的施工方法及其装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种防止隧洞衬砌裂缝的施工方法及其装置，该防止隧洞衬砌裂缝的施工方法及其装置，解决了背景技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种防止隧洞衬砌裂缝的施工方法及其装置，包括以下步骤：

步骤一、清理隧洞内壁上粘附的杂质，并用钢筋在隧洞内搭建出支护骨架；

步骤二、在隧洞内部的顶壁上安装缓冲弧板，并将缓冲弧板固定在支护骨架上；

步骤三、在支护骨架空隙间安装冷却水管，使得冷却水管沿隧洞长度方向延伸；

步骤四、在支护骨架底部安装支护模板，支护模板的顶端具有凸板，支护模板上预留灌浆孔；

步骤五、通过灌浆孔向支护骨架内部进行混凝土灌浆，使得混凝土均匀填充于隧洞内壁于支护模板之间，灌浆完成后，向冷却水管内通入冷却水，使得混凝土冷却；

步骤六、混凝土冷却后，将冷却水管的两端进行密封，并在冷却水管内保留水分，然后拆除支护模板，使得混凝土衬砌底部留出凹槽；

步骤七、在凹槽内安装支撑部件。

优选的，所述缓冲弧板为拱形钢板，且缓冲弧板的厚度在3mm-6mm之间，具有弹性。

优选的，所述支撑部件的安装方式如下：

首先将支撑弧板紧贴在凹槽内壁上，并通过膨胀螺栓将支撑弧板固定在混凝土衬砌上，然后在支撑弧板的内壁上安装第一承压件和第二承压件，在安装的过程中保证第一承压件套接在第二承压件外部。

优选的，所述第一承压件与第二承压件之间具有弹簧。

优选的，所述凹槽为拱形，所述支撑弧板的形状和材料均与缓冲弧板相同。

优选的，所述凹槽与缓冲弧板不在隧洞的同一条直径上，所述冷却水管为钢管。

优选的，所述施工方法还包括在缓冲弧板与隧洞顶壁之间的空隙中填充砂砾的步骤，该步骤在所述步骤六之后。

优选的，所述支护骨架内具有钢丝网，所述钢丝网为弧形，且其弧度与隧洞相适应，所述钢丝网位于混凝土衬砌的中间部位。

一种防止隧洞衬砌裂缝的装置，包括支撑弧板，所述支撑弧板上具有预留孔，所述支撑弧板的内壁上固定连接有两个导向条，两个所述导向条以支撑弧板的中心线为对称轴对称分布，两个所述导向条上均开设有多个第一连接孔，多个所述第一连接孔之间沿着导向条的长度方向呈一字等距离分布，两个所述导向条上分别套接有第一承压件和第二承压件，所述第一承压件套接在第二承压件上，所述第一承压件与所述第二承压件上均开设有第二连接孔。

优选的，所述第二承压件的一端固定连接有挡板，所述第一承压件的一端开设有让位口，所述第一承压件的内部开设有空腔，所述挡板远离第二承压件的一端通过弹簧与空腔的内壁弹性连接，所述第二承压件与让位口的内壁之间具有间隙，且挡板与空腔的内壁之间具有间隙。

借由上述技术方案，本发明提供了一种防止隧洞衬砌裂缝的施工方法及其装置。至少具备以下有益效果：

(1)、该防止隧洞衬砌裂缝的施工方法及其装置，通过设置缓冲弧板，且缓冲弧板为具有弹性的钢板，能够减小在拱形衬砌顶端产生的集中应力，适应和缓冲混凝土在此处产生的挤压变形，避免因应力集中而产生裂缝。

(2)、该防止隧洞衬砌裂缝的施工方法及其装置，通过开设凹槽，能够增加混凝土衬砌底部的变形空间，通过在凹槽内安装支撑部件，能够增加该部位的强度和支撑力，从而达到防开裂的目的。

(3)、该防止隧洞衬砌裂缝的施工方法及其装置，通过设置内置的冷却水管，能够加快混凝土内部的冷却速度，缩小混凝土内外冷却的速率，减小温度插，防止因混凝土内外热膨胀程度不同而产生的裂缝。

(4)、该防止隧洞衬砌裂缝的施工方法及其装置，通过在冷却水管内保留水分，能够减小混凝土内部的温度变化，通过设置钢丝钢，能够进一步提高混凝土的保温和防裂能力。

(5)、该防止隧洞衬砌裂缝的施工方法及其装置，通过在第二承压件与让位口的内壁之间保留间隙，且挡板与空腔的内壁之间保留间隙，使得第一承压件与第二承压件之间具有一定的让位空间，便于适应支撑弧板的弯曲变形。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分:

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明中图1中A处结构放大图；

图3为本发明中支撑部件示意图；

图4为本发明中导向条示意图；

图5为本发明中第一承压件剖视图。

图中：1、缓冲弧板；2、冷却水管；3、支护模板；4、凸板；51、支撑弧板；52、导向条；53、第一承压件；54、第二承压件；55、第一连接孔；56、空腔；57、第二连接孔；58、挡板；59、弹簧；510、让位口。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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，都属于本发明保护的范围。

实施例一

请参阅图1-图5，本发明提供的一种技术方案：

一种防止隧洞衬砌裂缝的施工方法及其装置，施工方法包括以下步骤：

步骤一、清理隧洞内壁上粘附的杂质，并用钢筋在隧洞内搭建出支护骨架；该支护骨架由交错的钢筋搭成，具体配筋方式可根据隧洞大小、混凝土灌浆的材料设计，以承担混凝土衬砌的拉应力，增加其强度，提高其防裂防塌陷能力。

步骤二、在隧洞内部的顶壁上安装缓冲弧板1，并将缓冲弧板1固定在支护骨架上；该缓冲弧板1为拱形钢板，且缓冲弧板1的厚度在3mm-6mm之间，使其具有一定的弹性，从而减小在拱形顶点产生的应力，适应和缓冲混凝土在此处产生的挤压形变，避免因应力集中产生裂缝。

步骤三、在支护骨架空隙间安装冷却水管2，使得冷却水管2沿隧洞长度方向延伸；通过内置的冷却水管2，能够加快混凝土内部的冷却速度，缩小混凝土内外冷却的速率，减小温度插，防止因混凝土内外热膨胀程度不同而产生的裂缝。冷却水管2为钢管。

步骤四、在支护骨架底部安装支护模板3，支护模板3的顶端具有凸板4，支护模板3上预留灌浆孔；

步骤五、通过灌浆孔向支护骨架内部进行混凝土灌浆，使得混凝土均匀填充于隧洞内壁于支护模板3之间，灌浆完成后，向冷却水管2内通入冷却水，使得混凝土冷却；冷却水的流速需根据施工现场的环境温度和混凝土温度确定，以保证最大程度减小混凝土内外的温度差，必要时需对混凝土外侧进行保温，以减小温度应力。

步骤六、混凝土冷却后，将冷却水管2的两端进行密封，并在冷却水管2内保留水分，利用水的比热容较大来对衬砌内部进行保温，减小温度变化，然后拆除支护模板3，使得混凝土衬砌底部留出凹槽；凹槽与缓冲弧板1不在隧洞的同一条直径上

步骤七、在缓冲弧板1与隧洞顶壁之间的空隙中填充砂砾，通过填充砂砾，能够提高该处的强度，砂砾之间具有间隙，使其保持一定的形变能力，从而能够适应混凝土的变形，避免应力集中而产生裂缝。

步骤八、在凹槽内安装支撑部件，用以提高凹槽处的强度，增加结构的支撑力。

本实施例中，支撑部件的安装方式如下：首先将支撑弧板51紧贴在凹槽内壁上，并通过膨胀螺栓将支撑弧板51固定在混凝土衬砌上，然后在支撑弧板51的内壁上安装第一承压件53和第二承压件54，在安装的过程中保证第一承压件53套接在第二承压件54外部。第一承压件53与第二承压件54之间具有弹簧59，当混凝土发生形变时会对支撑弧板51进行挤压，使得第一承压件53和第二承压件54相对移动，从而消除一部分应力，通过设置弹簧59，能够支撑第一承压件53和第二承压件54进行复位，同时也能够对混凝土衬砌承受的振动进行缓冲。

进一步的是，凹槽为拱形，支撑弧板51的形状和材料均与缓冲弧板1相同。

更进一步的是，支护骨架内具有钢丝网，钢丝网为弧形，且其弧度与隧洞相适应，钢丝网位于混凝土衬砌的中间部位。以加强混凝土的拉伸能力，达到防裂和保温的目的。

实施例二

请参阅图3-图5，一种防止隧洞衬砌裂缝的装置，该装置用于实施例一中。包括支撑弧板51，支撑弧板51上具有预留孔，便于通过膨胀螺栓将支撑弧板51固定安装在混凝土衬砌上，支撑弧板51的内壁上固定连接有两个导向条52，两个导向条52以支撑弧板51的中心线为对称轴对称分布，两个导向条52上均开设有多个第一连接孔55，多个第一连接孔55之间沿着导向条52的长度方向呈一字等距离分布，两个导向条52上分别套接有第一承压件53和第二承压件54，第一承压件53套接在第二承压件54上，第一承压件53与第二承压件54上均开设有第二连接孔57。将第一连接孔55与第二连接孔57进行对齐后，即可通过螺栓将第一承压件53或第二承压件54固定在导向条52上，从而便于对第一承压件53和第二承压件54进行拆装，同时也可根据实际需求增减第一承压件53和第二承压件54的数量，在后期支撑弧板51的支撑力下降时，可便于补充第一承压件53和第二承压件54，从而提高支撑力。

本实施例中，第二承压件54的一端固定连接有挡板58，第一承压件53的一端开设有让位口510，第一承压件53的内部开设有空腔56，挡板58远离第二承压件54的一端通过弹簧59与空腔56的内壁弹性连接，第二承压件54与让位口510的内壁之间具有间隙，且挡板58与空腔56的内壁之间具有间隙，在将第一承压件53和第二承压件54安装好后，第二承压件54与让位口510之间不接触，且挡板58与空腔56之间也不接触，从而使得第一承压件53与第二承压件54之间保留让位空间，便于适应支撑弧板51的弯曲变形。

一种防止隧洞衬砌裂缝的装置在使用时，首先将支撑弧板51紧贴在凹槽内壁上，并通过膨胀螺栓将支撑弧板51固定在混凝土衬砌上，然后将第一承压件53和第二承压件54分别套接在两个导向条52上，当第一承压件53和第二承压件54上的第二连接孔57与导向条52上的第一连接孔55对齐后，通过螺栓第一承压件53和第二承压件54固定在导向条52上。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明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，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。