[发明专利]一种粘土隧洞钢衬混凝土浇筑抗浮结构及施工方法

说明书

本发明提供了一种粘土隧洞钢衬混凝土浇筑抗浮结构及施工方法，设置在粘土隧洞内部的钢衬，隧洞内壁上设置两个半环形钢拱架支护，并在隧洞腰部通过拼接板结构进行连接，钢拱架支护设置于隧洞内壁上的混凝土层内，隧洞底部设置混凝土底板，混凝土底板内部设置工字钢，隧洞顶拱位置设置钉板，所述拼接板结构、工字钢以及钉板均与钢衬的加劲环相连接，钢衬的内部设置可伸缩的组合式支撑结构；解决了分层浇筑和普通钢衬内支撑带来的各种施工弊端，不仅能有效抵抗混凝土浇筑浮力，实现回填混凝土的连续浇筑，还避免了内支撑安装时对钢衬内表面的破坏和防腐材料的二次涂刷。

技术领域

本发明涉及水利水电工程的隧洞施工领域，具体涉及一种粘土隧洞钢衬混凝土浇筑抗浮结构及施工方法。

背景技术

水利水电工程中的水工隧洞一般为钢筋混凝土或钢衬混凝土结构，其中钢衬混凝土结构主要用于引水压力较大或对隧洞渗漏要求比较严格的情况。当混凝土结构的裂缝控制标准比较苛刻，采用钢筋混凝土结构导致钢筋配筋率过大，施工困难时也会采用钢衬混凝土结构。钢衬混凝土结构一般在开挖后的隧洞中首先安装钢衬，然后采用混凝土回填钢衬和开挖面之间的空间，形成一种组合结构，以满足隧洞运行时的联合受力要求。

当钢管直径较大时，混凝土浇筑施工会在钢衬上产生相当大的浮力，若钢衬支撑不足会发生位移或者变形，进而破坏钢衬焊缝和影响整体结构施工质量。当隧洞位于岩石中时，可采用在岩石中设置抗浮砂浆锚杆，利用砂浆锚杆的拉拔力抵抗混凝土浇筑产生的浮力。当隧洞位于粘土中时，由于土体和锚杆的粘聚力较小，抗浮砂浆锚杆无法使用。

为了解决粘土隧洞中的钢衬抗浮问题，通常将混凝土进行分层浇筑来减小混凝土浇筑过程中产生的浮力。分层浇筑一方面会产生水平施工缝破坏回填混凝土的整体性，另一方面大大减小了混凝土的浇筑速度，延长了施工工期，造成了施工资源的浪费和施工成本的增加。

钢衬内支撑是为了使混凝土浇筑时钢衬不发生应力集中和过大变形。目前工程中使用的钢支撑需要将支撑脚座直接焊接在钢衬内表面，通过焊接将内支撑和钢衬连接在一起。由于内支撑安装前钢管内表面已经完成了防腐材料的涂刷，这种直接焊接的做法一方面会损伤了防腐涂层和钢衬母材，另一方面内支撑拆除后，需要对钢衬内表面重新进行打磨和防腐材料涂刷，程序复杂，影响钢衬施工质量。

发明内容

本发明的第一个目的在于，提供一种粘土隧洞钢衬混凝土浇筑抗浮结构，解决了分层浇筑和普通钢衬内支撑带来的各种施工弊端，不仅能有效抵抗混凝土浇筑浮力，实现回填混凝土的连续浇筑，还避免了内支撑安装时对钢衬内表面的破坏和防腐材料的二次涂刷。

为此，本发明采用以下技术方案：

一种粘土隧洞钢衬混凝土浇筑抗浮结构，其特征在于：设置在粘土隧洞内部的钢衬，其特征在于：隧洞内壁上设置两个半环形钢拱架支护，并在隧洞腰部通过拼接板结构进行连接，钢拱架支护设置于隧洞内壁上的混凝土层内，隧洞底部设置混凝土底板，混凝土底板内部设置工字钢，隧洞顶拱位置设置钉板，所述拼接板结构、工字钢以及钉板均与钢衬的加劲环相连接，钢衬的内部设置可伸缩的组合式支撑结构。

进一步的：所述拼接板结构包括第一钢板和第二钢板，第一钢板和第二钢板分别与两个半环形钢拱架支护相连接，第一钢板和第二钢板上设置螺栓孔。

进一步的：所述第一钢板伸出混凝土层的部位连接方钢，方钢沿隧洞轴线方向延伸，且与多个第一钢板相连接，方钢通过腰部槽钢与钢衬的加劲环相连。

进一步的：所述工字钢设有两道，布置在隧洞中心线的两侧，工字钢的翼缘上表面与混凝土底板上表面接近齐平，工字钢上部通过底板槽钢与钢衬的加劲环相连，工字钢翼缘的宽度大于底板槽钢高度。

进一步的：所述混凝土底板内设置支撑结构，支撑结构包括两根插筋和水平钢筋，插筋的底部与混凝土层相连，两根插筋顶部点焊连接水平钢筋，水平插筋与工字钢底部连接。

进一步的：所述支撑结构沿工字钢延伸方向设置多排。