一种适用于活动断裂带的隧道节段接头结构及安装方法

技术领域

本发明涉及隧道安全技术领域，具体涉及一种适用于活动断裂带的隧道节段接头结构及安装方法。

背景技术

近年来，我国的隧道施工技术得到快速发展。由于我国地域广阔，在线路选择中，难以避免出现穿越断层破碎带，使隧道衬砌发生张力、剪切、扭转、弯曲在内的多种受力状况，目前隧道衬砌大都属于刚性结构，在周围岩层发生位移后，会产生极大的内力，影响其耐久性和安全性，因此隧道穿越断层破碎带衬砌结构的优化已经成为了不可避免的问题。

论文《长大深埋节段式沉管隧道节段接头构造方案比选》中，针对沉管隧道的节段接头提出了6种不同的接头构造方案，并分别描述了各种方案的优缺性。但所提出来的接头方案皆为刚性接头，很难适用于会发生较大岩体位移的活断层地带。

专利号为CN110159306A针对隧道穿越活断层的工况，设计一种用于穿越活断层的二次衬砌柔性接头装置及施工方法，该发明中通过高强弹簧相连的二次衬砌节段能够产生相对的三维位移，因此可以在隧道承受剪切、扭转、纵向拉压等复杂受力状态下发挥作用，可以适应各种不同方向的断层错动情况。但该专利没有考虑到接头防水措施，在实际的工程使用中有所限制。

上述论文或专利虽然对隧道管片节段的接头进行相应的研究，但各自都有其适用范围，很难直接将其运用到含有高承压水的断层地质条件中来。因此针对此工况，需要设计出一种可以适用于活动断裂带并且可以抵抗有较大水压的隧道节段接头构造以及其施工工艺。

发明内容

本发明提供了一种适用于活动断裂带的隧道节段接头结构及安装方法，解决了以上所述的技术问题。

本发明为解决上述技术问题提供了一种适用于活动断裂带的隧道节段接头结构，包括：在隧道内前、后两个二次衬砌节段之间成对对称分布的多个弓字型钢制端头模板；

前、后两个所述弓字型钢制端头模板的上端的水平翼板之间通过防水装置固定连接；

前、后两个所述弓字型钢制端头模板的腰部凹槽之间通过高强弹簧连接；

前、后两个所述弓字型钢制端头模板的下端的水平翼板之间通过W型止水带固定连接；

前、后两个所述弓字型钢制端头模板、底部浇注模板、顶部初期支护，及前、两个二次衬砌阶段之间围合形成后浇带，所述底部浇注模板上设有浇筑孔。

优选地，所述防水装置为Ω型止水带，Ω型止水带的两端分别与前、后两个所述弓字型钢制端头模板的上端的水平翼板之间通过螺栓固定连接。

优选地，所述Ω型止水带的上端套有保护罩，所述保护罩的两端分别与前、后两个所述弓字型钢制端头模板的上端的水平翼板之间通过螺栓固定连接。

优选地，所述高强弹簧的两端分别前、后两个所述弓字型钢制端头模板的腰部凹槽焊接在一起，且高强弹簧的轴线方向与隧道的轴线方向平行。

优选地，多个所述浇筑孔呈环向间隔布置。

优选地，前、后两个所述弓字型钢制端头模板的下端的水平翼板的外侧通过接水盒密封连接，内侧通过W型止水带固定连接。

优选地，所述弓字型钢制端头模板的外侧焊接有预埋锚筋，所述预埋锚筋与所述后浇带内的钢筋笼焊接。

本发明还提供了一种适用于活动断裂带的隧道节段接头结构的安装方法，所述安装方法用于施工安装所述的适用于活动断裂带的隧道节段接头结构，具体包括以下步骤：

S1，在隧道内前、后两个二次衬砌节段之间安装后浇带的钢筋笼及底部浇注模板，并成对对称安装多个弓字型钢制端头模板；

S2，将前、后两个所述弓字型钢制端头模板的上端的水平翼板之间通过防水装置固定连接；前、后两个所述弓字型钢制端头模板的腰部凹槽之间通过高强弹簧连接；前、后两个所述弓字型钢制端头模板的下端的水平翼板之间通过W型止水带固定连接；

S3，前、后两个所述弓字型钢制端头模板、底部浇注模板、顶部初期支护，及前、两个二次衬砌阶段之间围合形成后浇带，通过底部浇注模板上的浇筑孔对后浇带进行浇注。

优选地，所述S3之后还包括：后浇带混凝土浇筑完毕后，安装接水盒，前、后两个所述弓字型钢制端头模板的下端的水平翼板的外侧通过接水盒密封连接。

优选地，所述S1之前还包括：采用高压风清扫后浇带内的虚碴及杂物，然后安装后浇带处钢筋笼，且环向主筋通过套筒进行连接。

有益效果：本发明提供了一种适用于活动断裂带的隧道节段接头结构及安装方法，其中结构包括在隧道内前、后两个二次衬砌节段之间成对对称分布的多个弓字型钢制端头模板；前后两个弓字型钢制端头模板的上端的水平翼板之间通过防水装置固定连接；腰部凹槽之间通过高强弹簧连接；下端的水平翼板之间通过W型止水带固定连接；前、后两个所述弓字型钢制端头模板、底部浇注模板、顶部初期支护，及前、两个二次衬砌阶段之间围合形成后浇带，所述底部浇注模板上设有浇筑孔。该方案适用于活动断裂带，施工速度快，可适用于各种断面形状的隧道，只需改变端模板的形状，使之拼装成封闭断面，就可应用于任意断面形状的接头施工。可以承受纵向拉压、剪切、扭转等复杂受力情况，适应各种不同方向的断层错动情况。即使发生较大的变形，内侧的W型止水带也可适应其变形，防水能力好，且可以更换。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

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，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明适用于活动断裂带的隧道节段接头结构的平面图；

图2为本发明适用于活动断裂带的隧道节段接头结构的弓字型钢制端模板示意图；

图3为本发明适用于活动断裂带的隧道节段接头结构的曲线段弓字型端模板拼装图；

图4为本发明适用于活动断裂带的隧道节段接头结构的防水装置安装图；

图5为本发明适用于活动断裂带的隧道节段接头结构的W型止水带安装图。

附图标记说明：初期支护1，二次衬砌2，后浇带3，弓字型钢制端头模板4，注浆孔5，Ω型止水带6，高强弹簧7，W型止水带8，保护罩9，接水盒10，预埋锚筋11，第一弓字型钢制端头模板12，第二弓字型钢制端头模板13，第三弓字型钢制端头模板14，遇水膨胀橡胶15。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1至图5所示，本发明提供了一种适用于活动断裂带的隧道节段接头结构，其中结构包括在隧道内前、后两个二次衬砌2节段之间成对对称分布的多个弓字型钢制端头模板4；前后两个弓字型钢制端头模板4的上端的水平翼板之间通过防水装置固定连接；腰部凹槽之间通过高强弹簧7连接；下端的水平翼板之间通过W型止水带8固定连接；前、后两个所述弓字型钢制端头模板4、底部浇注模板、顶部初期支护1，及前、两个二次衬砌2阶段之间围合形成后浇带3，所述底部浇注模板上设有浇筑孔。该方案适用于活动断裂带，施工速度快，可适用于各种断面形状的隧道，只需改变端模板的形状，使之拼装成封闭断面，就可应用于任意断面形状的接头施工。可以承受纵向拉压、剪切、扭转等复杂受力情况，适应各种不同方向的断层错动情况。即使发生较大的变形，内侧的W型止水带8也可适应其变形，防水能力好，且可以更换。

如图3所示，该方案可适用于各种断面形状的隧道，只需改变端模板的形状，使之拼装成封闭断面，就可应用于任意断面形状的接头施工。具体地，将位于二次衬砌2同一侧的第一弓字型钢制端头模板12、第二弓字型钢制端头模板13及第三弓字型钢制端头模板14的侧边依次进行拼装成封闭端面，最后形成一个封闭环形，就可应用于任意断面形状的接头施工，便于后浇带3的浇注施工。

每个高强弹簧7的两端分别将前、后两个二次衬砌2节段相连，与后浇带3上的端模板焊接在一起，且高强弹簧7的轴线方向与隧道的轴线方向平行。

弓字型钢制端头模板4在隧道节段两端对称分布，其可根据节段的截面形状做成上部小下部大的楔形状。三块弓字型钢制端头模板4处于隧道截面的曲线部分，根据实际的隧道截面形状，准备好弓字型钢制端头模板4将其紧密连接起来。

相邻两块弓字型钢制端头模板4的端部之间采用螺栓紧密连接，防止浇筑混凝土时渗漏。弓字型钢制端头模板4的浇注侧焊接有锚筋，与后浇带3中的钢筋焊接在一起。弓字型钢制端头模板4的上下两侧翼板都钻有孔洞，以方便上下两侧分别与W型止水带8和Ω止水带6采用螺栓进行连接固定。待隧道节段两端的弓字型钢制端头模板4固定好之后，在弓字型钢制端头模板4的中间凹槽处焊接高强弹簧7，高强弹簧7可根据实际工况需求在截面上间隔设置。然后在前、后两个弓字型钢制端头模板4的下端的水平翼板的外侧通过接水盒10密封连接，内侧通过W型止水带8固定连接。其中，上下两个止水带与水平翼板的的连接处还设有遇水膨胀橡胶15。

具体的安装施工过程如下：

先在隧道阶段的两端，即两个阶段二次衬砌2之间，安装钢筋笼。待后浇带3中的钢筋笼安装完成后，再安装弓字型钢制端头模板4、防水装置、高强弹簧7。然后在Ω型止水带6的上端套装保护罩9。最后调整隧道模板台车，安装拱架和其他浇注模板，通过预留注浆孔5进行混凝土浇筑，养护脱模，达到强度后，安装接水盒10。

该方案中的隧道节段接头构造施工快速方便，同时接头构造较柔，可以产生三维位移，满足抗错段效果好，防水效果好的要求。

本发明还提供了一种适用于活动断裂带的隧道节段接头结构的安装方法，该安装方法用于施工安装适用于活动断裂带的隧道节段接头结构，具体包括以下步骤：

S1，在隧道内前、后两个二次衬砌2节段之间安装后浇带3的钢筋笼及底部浇注模板，并成对对称安装多个弓字型钢制端头模板4；

S2，将前、后两个所述弓字型钢制端头模板4的上端的水平翼板之间通过防水装置固定连接；前、后两个所述弓字型钢制端头模板4的腰部凹槽之间通过高强弹簧7连接；前、后两个所述弓字型钢制端头模板4的下端的水平翼板之间通过W型止水带8固定连接；

S3，前、后两个所述弓字型钢制端头模板4、底部浇注模板、顶部初期支护1，及前、两个二次衬砌2阶段之间围合形成后浇带3，通过底部浇注模板上的浇筑孔即注浆孔5对后浇带3进行浇注。

在一个具体的实施场景中：

1.采用高压风清扫后浇带3内的虚碴及杂物，安装后浇带3处钢筋笼，环向主筋通过套筒进行连接。

2.安装外侧Ω型止水带6及保护罩9，Ω型止水带6和保护罩9采用电钻按一定的间距进行钻眼。安装弓字型钢制端头模板4，弓字型钢制端头模板4的上部也按照同样的间距钻眼，将外侧止水带、保护套和弓字型钢制端头模板4通过螺栓及螺母进行固定连接。

3.将弓字型钢制端头模板4上的预埋锚筋11与后浇带3钢筋笼进行焊接，将端模板固定。隧道节段两侧弓字型钢制端头模板4凹陷处焊接高强弹簧7，在弓字型钢制端头模板4的下侧安装内环止水带即W型止水带8，该W型止水带内嵌在前、后两个弓字型钢制端头模板4之间空隙内。

4.固定隧道模板台车，安装钢拱架及底部浇注模板，进行节段处混凝土浇筑并脱模养护。

5.后浇带3混凝土浇筑完毕后，安装接水盒10。

本发明与现有技术相比较，其主要优势包括：

1.本发明设计了一种弓字型端模板，上下两端的水平翼板可将止水带通过螺栓进行相连，中间凹进去的位置焊接高强弹簧，安装方便，施工速度快。

2.本发明中隧道节段接头之间使用高强弹簧相连，可以产生相对的三维位移，因此，可以承受纵向拉压、剪切、扭转等复杂受力情况，适应各种不同方向的断层错动情况。

3.本发明中隧道节段接头采用内外两层止水装置，外层止水采用Ω型止水带，内层止水采用W型止水带。即使发生较大的变形，内侧的W型止水带也可适应其变形，防水能力好，且可以更换。

4.本发明可适用于各种断面形状的隧道，只需改变端模板的形状，使之拼装成封闭断面，就可应用于任意断面形状的接头施工。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按说明书附图所示和以上所述而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时,凡依据本发明的实质技术对以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。