隧道仰拱装配式施工技术及机械化配套研究

1、开题报告二组隧道仰拱装配式施工技术及机械化配套研究一、国内外现状二、支护结构承载机理与力学特性三、装配式仰拱设计理念四、预制方法及质量保证措施五、机械选用及仰拱安装六、研究课题目标及成果一、国内外现状文献查阅 目前对隧道仰拱结构型式设计方面主要还是采用老式的设计结构，随着隧道的地质条件的改变，主要改变的是隧道仰拱的厚度或者在地质条件相对较好的情况下取消仰拱的设置，并没有提出新的、适应性较强的仰拱设计结构型式。 城市轨道交通地铁车站施工中，已经开始采用装配式施工，隧道仰拱装配式的施工技术及配套机械设备在隧道建设中基本上没有。 在未来更多的大跨隧道中不可避免需要设计出更多异形、适应性强、结构可靠的

2、新型仰拱结构。同时研究出新工艺施工配套的相关机械设备，将会是我国隧道施工中一个新的研究方向。 二、支护结构的承载机理与力学特性 仰拱是隧道衬砌结构的的主要组成部分之一，仰拱的设置能够将隧道上部的地层压力通过隧道边墙结构或将路面上的荷载有效的传递到地下，同时还有效的抵抗隧道下部地层传来的反力。 采用理论分析与数值模拟性结合的方法进行研究，综合考虑结构受力、变形、安全系数、施工可行性，分析围岩弹性抗力系数、装配式仰拱支护设计参数、重点研究接头方式和防水措施，以及配套机械设备，分析装配式仰拱现场推广可行性。三、装配式仰拱设计理念1、概况：仰拱装配式施工，就是将仰拱分块预制，安装。高铁隧道断面如下：隧

3、道开挖宽度13.8米，隧道断面相关计算参数如下：底拱半径：16.750(m)；底拱半中心角：21.000(度)底拱厚度：0.500(m)侧拱半径：6.650(m)侧拱角度：55.000(度)侧拱厚度：0.500(m)顶拱半中心角：85.000(度)顶拱拱顶厚度：0.500(m)图3.1 隧道断面形状 2、分块：采用预制拼装结构，根据仰拱结构特点，沿环向分成A、B、C三块：BAC3、接头连接 A块和C块与边墙连接一端均设有多根外伸钢筋，可连接，可焊接。 环向与纵向预制块采用高强螺栓连接。增强结构整体性，环向采用T36型，纵向采用T30型。 每块中心位置设置注浆孔。 4、防水 仰拱结构防水遵循“以

4、防为主、刚柔结合、多道设防、因地制宜、综合治理”的原则。 接头部位防水采用1道遇水膨胀止水条+1道三元乙丙橡胶密封垫方式，预制构件张拉锁紧后，从预制构件注浆孔注水泥浆，填充仰拱背后孔隙。 同一层中相邻两根横向钢筋及同一层中相邻两根纵向钢筋之间的间距为250mm，上下两层横向钢筋以及上下两层的纵向钢筋之间的竖直距离均为400mm；横向钢筋和纵向钢筋的外侧均设有厚度不低于40mm的混凝土保护层；竖向箍筋沿横向钢筋的法线方向设置。5、钢筋布置6、理论计算：6.1 理正岩土软件整体计算- 计算条件 - 基本参数 规范标准： 砼规范 GB50010-2010 结构重要性系数：1.00 衬砌断面类型： 马

5、蹄形 每段计算的分段数： 10 计算迭代次数： 10 抗力验证要求： 高 荷载组合参数 编号 荷载名称 是否计算 分项系数 1 衬砌自重 1.00 2 顶岩压力 1.00 3 底岩压力 1.00 4 侧岩压力 1.00 5 内水压力 1.00 6 外水压力 1.00 7 顶部灌浆压力 1.00 8 其余灌浆压力 1.00 9 地震作用力 1.20 计算结果 注： 纵筋面积和配筋率结果中，如果出现红色数字，则表示配筋率大于2.5%。 下面内力配筋结果的中内力（轴力、剪力、弯矩）未包含0，配筋时乘以此系数。- 内力配筋计算(以下内力叠加了地震作用效应) -计算结论:经过5次计算,达到各点设定抗力条

6、件和法向位移一致!- 配筋结果 -衬砌内侧纵筋最大面积As = 1000.0mm2，外侧纵筋最大面积As1 = 1000.0mm2；拉结筋最大面积Av = 174.8mm2。截面尺寸(抗剪)验算： 满足。-轴向力 剪力 弯矩 切向位移 法向位移 转角 围岩抗力 单侧纵筋(配筋率) 拉结筋面积 截面验算 N Q M U V W As（瘢 Av (kN) (kN) (kN.m) (mm) (mm) (度) (kPa) (mm2) (mm2)底拱(从中心向左等分10段): 0 -3551.711 359.101 19.139( -21.475) 0.000 0.466 0.000 0.2 1000.

7、0( 0.23%) 156.3 满足 1 -3551.016 -359.145 19.099( -21.515) -0.161 0.462 -0.000 0.2 1000.0( 0.23%) 156.3 满足 2 -3548.894 -361.292 19.623( -20.990) -0.321 0.451 -0.000 0.2 1000.0( 0.23%) 156.3 满足 3 -3545.240 -367.532 22.633( -17.980) -0.480 0.432 -0.000 0.2 1000.0( 0.23%) 156.3 满足 4 -3539.896 -378.988 31

8、.071( -9.542) -0.639 0.413 0.001 0.2 1000.0( 0.23%) 156.3 满足 5 -3532.708 -394.000 47.853( 7.240) -0.797 0.405 0.003 0.2 1000.0( 0.23%) 156.3 满足 6 -3523.692 -404.793 73.198( 32.585) -0.954 0.436 0.009 0.2 1000.0( 0.23%) 156.3 满足 7 -3513.330 -393.394 99.614( 59.001) -1.114 0.546 0.019 0.3 1000.0( 0.23

9、%) 156.3 满足 8 -3502.998 388.876 104.715( 64.101) -1.279 0.771 0.031 0.4 1000.0( 0.23%) 156.3 满足 9 -3495.371 543.635 44.479( 3.865) -1.454 1.116 0.041 0.6 1000.0( 0.23%) 156.3 满足10 -3494.376 813.608 -146.029( -186.642) -1.642 1.475 0.032 0.7 1000.0( 0.23%) 174.8 满足侧拱(从下向上等分10段): 0 -3526.134 -554.963

10、-146.029( -186.642) -1.950 1.034 0.032 0.5 1000.0( 0.23%) 156.3 满足 1 -3490.107 -489.019 -40.341( -80.954) -2.201 1.086 0.015 0.5 1000.0( 0.23%) 156.3 满足 2 -3459.761 -422.432 20.671( -19.942) -2.447 1.002 0.011 0.5 1000.0( 0.23%) 156.3 满足 3 -3434.347 -379.734 46.202( 5.589) -2.681 0.891 0.014 0.4 100

11、0.0( 0.23%) 156.3 满足 4 -3412.062 -361.311 52.459( 11.846) -2.904 0.799 0.018 0.4 1000.0( 0.23%) 156.3 满足 5 -3391.569 359.806 52.413( 11.799) -3.119 0.739 0.023 0.4 1000.0( 0.23%) 156.3 满足6.2 单元分块计算建立一环模型：图3.1 单位厚度模型侧面图3.2 单位厚度模型正面荷载作用下的位移图：荷载作用下的内力图： A块、B块以及B块、C块的连接处设置在隧道断面弯矩最小的位置，受力合理，技术可行。 A、C块长度3

12、.4m，宽2m，厚度0.5m，单块重10.94t，B块长度6.3m，宽度2m，厚度0.5m，单块重16.2t。吊装受力计算：6.3 局部受力分析榫槽受力计算：6.3 局部受力分析高强螺栓、吊环计算：试验研究：受力试验、抗渗试验6.4 试验受力分析（1）应力量测 在孙槽局部位置预埋混凝土应力计和钢筋应力计，表面粘贴混凝土应变计。（2）接头连接力的量测 采用轴力计，分析螺栓受力情况。（3）接缝张开位移的量测 在接缝处跨缝布置裂缝计，研究在接缝张开位移与压力关系。四、预制方法及质量保证 装配式预制块采用工厂化施工，流水作业，较传统现浇施工工艺，在质量、进度控制、文明施工、绿色环保等方面均有较大提升。

13、工厂化预制仰拱分块 1、仰拱预制工艺 仰拱是隧道结构的主体，需承受外界土层压力，地下水压力以及隧道内的各种动荷载冲击，其质量直接关系隧道整体使用安全。 其预制质量控制主要在以下几个方面：2、仰拱预制质量保障措施质量模板控制钢筋制作安装混凝土质量浇筑过程蒸汽养护脱模修补二次养护产品检验五、机械选用及仰拱安装1、运输设备运输设备采用自制转盘运输车。将B块顺隧道方向装于板车上，重心位于转盘中心，运输至工作面后，解锁转盘，旋转90度至横向，以便于吊装，一次运输两块，块之间用方木支撑。A块、C块一起装车运输，一次运输四块。2、吊装设备吊装装备采用自制高低腿龙门吊，支腿分别立于仰拱填充和初期支护上，龙门吊尺寸10m9m，仰拱填充处净高4.5m，满足施工车辆通行要求。3、拼装流程B块吊装：预制块运输就位，通过栈桥移动小车调整栈桥与仰拱填充的距离，不小于3m。B块吊装：用龙门吊吊装B块至设定位置。吊装时进行先轴线、后标高精度控制。精准到位后高强螺栓固定。A、C块吊装：起吊A块，通过收放吊索，调整A块角度，缓慢下方，完成拼接。C块的吊装同A块。仰拱拼装完成后进行拱底注浆，确保其稳定密贴。拼装加注浆预计时间4小时，进而可进