基于预加轴力的盾构隧道内圆形支撑体系及其施工方法与流程

本发明属于隧道工程结构技术领域，具体涉及一种基于预加轴力的盾构隧道内圆形支撑体系及其施工方法。

背景技术：

随着城市建设的不断发展，对轨道交通建设需求也日益剧增。由于项目前期受控于征地拆迁、管线迁改、交通疏解等因素影响，往往制约后期建设工期，隧道附属结构联络通道与轨道铺轨施工存在交叉作业的情况普遍存在。联络通道施工前需要对开洞处及相邻位置管片进行洞内支撑，以防管片变形、开裂破损乃至发生安全事故。隧道内支撑通常采用常规的“井”字形钢支撑，这种支撑安装缓慢，预应力施加难以操作，空间占用面积大，安装后人员通行不便，施工车辆无法通行，联络通道施工期间无法进行铺轨作业及其施工作业，严重影响工期。因此，常规的“井”字形钢支撑不再适用，需要进行相应的调整。为保证联络通道和铺轨施工同时进行，给铺轨施工车辆一个“施工通道”，圆形内支撑就显得尤为重要。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于预加轴力的盾构隧道内圆形支撑体系及其施工方法，利用型钢和钢板焊接成的组合体，通过连接钢板和螺栓连接，再通过千斤顶施加压力将其形成连续、刚性、带有预应力的整体支撑体系，从而对管片形成有效的加固支撑目的，防止联络通道处管片开孔造成的预应力集中而导致的管片变形开裂破损乃至发生安全事故。

本发明所采用的技术方案为：

基于预加轴力的盾构隧道内圆形支撑体系，其特征在于：

包括盾构管片内环形的型钢和钢板组合体，型钢和钢板组合体与盾构管片之间设置有垂直于盾构管片的支座；

型钢和钢板组合体环向分为多节，每节均包括圆弧形型钢，各节圆弧形型钢之间通过连接钢板衔接，并在衔接处设置多处螺旋千斤顶。

型钢和钢板组合体中的圆弧形型钢包括腹板和腹板内外两侧的内弧钢板和外弧钢板；

各节圆弧形型钢的内弧钢板通过内弧钢板内侧的内弧钢板连接钢板和螺栓固定衔接；

各节圆弧形型钢的外弧钢板通过外弧钢板内侧、腹板两侧的外弧钢板连接钢板和螺栓固定衔接；

各节圆弧形型钢的腹板通过两侧的腹板连接钢板和螺栓固定衔接。

每间隔若干节圆弧形型钢设置一处环向的螺旋千斤顶，与螺旋千斤顶相邻的圆弧形型钢端面设置有端头钢板，螺旋千斤顶两端固定到端头钢板上。

螺旋千斤顶处的圆弧形型钢内弧钢板内侧通过螺旋千斤顶连接钢板和螺栓固定衔接。

型钢和钢板组合体中圆弧形型钢的腹板两侧均匀布置与腹板垂直的径向的加强肋板。

支座包括底板和底板内侧的径向支撑，底板紧靠盾构管片内壁，并设置有橡胶垫片。

型钢和钢板组合体环向分为十节，各节通过连接钢板衔接固定。

螺旋千斤顶环向布置三处。

型钢和钢板组合体沿隧道纵向平行设置多榀，各榀之间通过角钢做纵向连接。

如所述的基于预加轴力的盾构隧道内圆形支撑体系的施工方法，其特征在于：

由以下步骤实现：

步骤一：加工：

根据隧道净空及实际需要尺寸分节进行下料，制作型钢和钢板组合体的腹板、外弧钢板、内弧钢板、加强肋板、端头钢板及支座，采用焊接使其成为十个分块；各构件加工完后在地面进行试组装，确认尺寸无误编号后在隧道内组装；钢板、型钢材料均为q235b；焊条采用e43xx系列焊条，焊缝为连续焊缝，焊缝高度不小于8mm；

步骤二：安装：

将其中一节型钢和钢板组合体放在隧道拱底，其中心与隧道中线重合；支座下垫入橡胶垫片，根据接触点和管片间缝隙差别放入适量垫片，使各个接触点受力均匀；依次从隧道底部向顶部对称安装，各节之间用连接钢板通过螺栓10固定，安装时用管片螺栓及注浆孔辅助固定；支撑安装好之后，同时开始顶实三个螺旋千斤顶，施加预应力，每个螺旋千斤顶顶力均匀设置，预应力满足要求后，固定螺旋千斤顶处的连接钢板；圆形支撑环面与隧道中轴线保持垂直；

步骤三：施工：

每条隧道内两榀预应力支撑之间采用角钢做纵向连接，以确保预应力支架的稳定性；满足要求之后进行管片开孔，施做联络通道，铺轨施工随之进行。

本发明具有以下优点：

1、本发明由型钢和钢板焊接组合体+高强螺栓+橡胶垫片+千斤顶四者协同作用，具有足够的强度、刚度、整体性及良好的秘贴性能，能够充分施加预应力，使支撑体系与管片内弧面紧贴，保证开孔管片及相邻管片无较大变形。

2、本支撑体系安装后，有足够的空间满足铺轨施工车辆通行限界要求，能保证铺轨施工车辆的正常通行，对铺轨施工及其他施工作业的影响很小。

3、本支撑体系安装简单，拆除方便，可重复利用，节省工期，节约投资，利于施工的顺利实施。

4、本支撑体系可以应用到其他盾构隧道工程保护中，具有广泛的应用价值。

附图说明

图1是本发明的圆形钢架支撑横断面图；

图2是本发明的a连接节点详图；

图3是本发明的a连接节点详图c-c剖面图；

图4是本发明的b连接节点详图。

图中，1-盾构管片，2-腹板，3-外弧钢板，4-内弧钢板，5-加强肋板，6-端头钢板，7-外弧钢板连接钢板，8-腹板连接钢板，9-内弧钢板连接钢板，10-螺栓，11-支座，12-橡胶垫片，13-螺旋千斤顶连接钢板，14-螺旋千斤顶。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

本发明涉及一种基于预加轴力的盾构隧道内圆形支撑体系，利用型钢和钢板焊接成的组合体，通过连接钢板和螺栓连接，再通过千斤顶将其形成连续、刚性、带有预应力的整体支撑体系，从而达到对管片形成有效的加固支撑目的。

结构具体包括盾构管片1内环形的型钢和钢板组合体，型钢和钢板组合体与盾构管片1之间设置有垂直于盾构管片1的支座11。型钢和钢板组合体环向分为多节，每节均包括圆弧形型钢，各节圆弧形型钢之间通过连接钢板衔接，并在衔接处设置多处螺旋千斤顶14。

型钢和钢板组合体中的圆弧形型钢包括腹板2和腹板2内外两侧的内弧钢板4和外弧钢板3；各节圆弧形型钢的内弧钢板4通过内弧钢板4内侧的内弧钢板连接钢板9和螺栓10固定衔接；各节圆弧形型钢的外弧钢板3通过外弧钢板3内侧、腹板2两侧的外弧钢板连接钢板7和螺栓10固定衔接；各节圆弧形型钢的腹板2通过两侧的腹板连接钢板8和螺栓10固定衔接。

每间隔若干节圆弧形型钢设置一处环向的螺旋千斤顶14，与螺旋千斤顶14相邻的圆弧形型钢端面设置有端头钢板6，螺旋千斤顶14两端固定到端头钢板6上。螺旋千斤顶14处的圆弧形型钢内弧钢板4内侧通过螺旋千斤顶连接钢板13和螺栓10固定衔接。

型钢和钢板组合体中圆弧形型钢的腹板2两侧均匀布置有与腹板2垂直的径向的加强肋板5。

支座11包括底板和底板内侧的径向支撑，底板紧靠盾构管片1内壁，并设置有橡胶垫片12。

型钢和钢板组合体环向分为十节，各节通过连接钢板衔接固定。螺旋千斤顶14环向布置三处。

型钢和钢板组合体沿隧道纵向平行设置多榀，各榀之间通过角钢做纵向连接。

本发明通过螺旋千斤顶14施加压力，传递到支座11，使应力均匀分布在管片上，橡胶垫片12可以避免因应力集中造成管片破损。

上述基于预加轴力的盾构隧道内圆形支撑体系的施工方法，由以下步骤实现：

步骤一：加工：

根据隧道净空及实际需要尺寸分节进行下料，制作型钢和钢板组合体的腹板2、外弧钢板3、内弧钢板4、加强肋板5、端头钢板6及支座11，采用焊接使其成为十个分块；各构件加工完后在地面进行试组装，确认尺寸无误编号后在隧道内组装；钢板、型钢材料均为q235b，其有关化学成分及力学性能应符合国家的有关标准；焊条采用e43xx系列焊条，焊缝为连续焊缝，焊缝高度不小于8mm；

步骤二：安装：

将其中一节型钢和钢板组合体放在隧道拱底，其中心与隧道中线重合；支座11下垫入橡胶垫片12，根据接触点和管片间缝隙差别放入适量垫片，使各个接触点受力均匀；依次从隧道底部向顶部对称安装，各节之间用连接钢板通过螺栓10固定，安装时用管片螺栓及注浆孔辅助固定；支撑安装好之后，同时开始顶实三个螺旋千斤顶14，施加预应力，每个螺旋千斤顶14顶力均匀设置，预应力满足要求后，固定螺旋千斤顶14处的连接钢板；圆形支撑环面与隧道中轴线保持垂直；

步骤三：施工：

每条隧道内两榀预应力支撑之间采用角钢做纵向连接，以确保预应力支架的稳定性；满足要求之后进行管片开孔，施做联络通道，铺轨施工随之进行。

本发明涉及的这种支撑体系在盾构法隧道应用是比较经济适用的，且具有安装简单、可重复利用、安全性高、节省工期、节约投资的优点。可有效解联络通道施工和铺轨交叉作业时空间占用问题，联络通道施工与铺轨互不干扰，从而节省整体工期。此外，这种圆形钢支撑体系还可以应用到其他盾构隧道工程保护中。

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。