本发明涉及一种隧道洞口明挖段的衬砌结构，特别涉及一种通过预制成型的弧形衬砌板拼装而成的隧道洞口明挖段的装配式衬砌结构及其拼装方法。
背景技术：
在隧道的挖掘施工中，隧道洞口是以明挖方式开挖形成的，洞口进行临时支护加固后，进行隧道洞身部位（即暗洞）的开挖及支护施工，当暗洞洞身段支护结构全部施作完成后，才进行洞口的渐变段、明洞及洞门衬砌的现浇施工及混凝土养护，这种施工工序存在作业周期过长的缺陷；在现有技术中，本领域技术人员也有试图在洞口处采用预制成型的装配式弧形衬砌板拼装洞口衬砌的，即在洞口明挖段开挖完成后，通过预制成型的衬砌，进行隧道洞口的一次性支护，预制的衬砌是由若干个预制成型的弧形衬砌板拼装成拱形洞门的，隧道洞口底面为仰拱面，预制成型的弧形衬砌板的两侧底端是安装在仰拱面之上的，由于仰拱面不平整，会造成拱形衬砌两底端面与仰拱面的衔接不吻合的现象，须对衔接面进行二次找平处理；另外，弧形衬砌板在预制过程中存在误差，在装配过程中不能一次性拼装到位，需要进行调整，但弧形衬砌板与仰拱面是刚性结合的，装配过程中存在调整困难的问题；现有的装配式弧形衬砌板顶部衔接处的拼装，一般是通过榫卯插槽形式拼接在一起的，存在拼装工艺要求精度高，顶部对位难以实现的问题，特别是两拼装的弧形衬砌板的钢筋彼此孤立不连接，造成接缝处抗剪力强度弱和弧形衬砌整体稳定性差的缺陷。
技术实现要素：
本发明提供了一种隧道洞口明挖段装配式衬砌结构，解决了现有的隧道洞口明挖段装配式衬砌结构存在的装配困难，接缝处抗剪力强度弱和整体拱形衬砌稳定性差的技术问题。
本发明是通过以下技术方案解决以上技术问题的：
本发明的总体构思：本发明将传统的洞口明挖段衬砌所采用的现浇工艺转变为预制工艺，先预制弧形衬砌块，然后在洞口明挖段进行拼装成型；通过设置弧形衬砌底座，并将该座预埋至仰拱面内，并将弧形衬砌底座的顶面露出到仰拱面的上方，在弧形衬砌块的两侧底端与弧形衬砌底座之间设置缓冲弹簧，解决了弧形衬砌块装配对接成拱形洞口衬砌时，装配难度大的问题；本发明的拱形洞口衬砌是由两段弧形衬砌块拼接而成的，在顶部的拼接处，是采用搭接方式进行拼接的，在搭接处形成有u形槽，在搭接处的u形槽中，预留有与两块弧形衬砌块内钢筋骨架连接的抗剪力钢筋，将两预留的抗剪力钢筋在拼接处进行焊接，从而大大提高了拱形整体衬砌的稳定性。
一种隧道洞口明挖段装配式衬砌结构，包括洞口明挖段仰拱面、左衬砌弧形预制块和右衬砌弧形预制块，左衬砌弧形预制块是与右衬砌弧形预制块拼接后组成隧道洞口拱形衬砌结构的，在洞口明挖段仰拱面上分别预埋有左预制衬砌底座和右预制衬砌底座，左预制衬砌底座的结构与右预制衬砌底座的结构是相同的，在左预制衬砌底座的顶面上设置有左装配结合台阶，在左装配结合台阶的下台阶上，沿隧道纵向走向方向，等间隔地布设有左底座弹簧嵌入槽；在右预制衬砌底座上设置有右装配结合台阶，在右装配结合台阶的下台阶上，沿隧道纵向走向方向，等间隔地布设有右底座弹簧嵌入槽；在左衬砌弧形预制块的底端面上，沿隧道纵向走向方向，等间隔地设置有左弧形块底端面弹簧嵌入槽，在左衬砌弧形预制块的拱顶结合面上设置有上搭接舌；在右衬砌弧形预制块的底端面上，沿隧道纵向走向方向，等间隔地设置有右弧形块底端面弹簧嵌入槽，在右衬砌弧形预制块的拱顶结合面上设置有下搭接舌；左衬砌弧形预制块上的上搭接舌搭接在右衬砌弧形预制块上的下搭接舌上；在左衬砌弧形预制块的拱顶结合端面上预埋有左衬砌弧形预制块预埋连接钢筋，在右衬砌弧形预制块的拱顶结合端面上预埋与右衬砌弧形预制块预埋连接钢筋；左衬砌弧形预制块设置在左预制衬砌底座的顶面上设置的左装配结合台阶的下台阶上，右衬砌弧形预制块设置在右预制衬砌底座上设置的右装配结合台阶的下台阶上，在左底座弹簧嵌入槽与左弧形块底端面弹簧嵌入槽之间设置有左装配缓冲弹簧，在右底座弹簧嵌入槽与右弧形块底端面弹簧嵌入槽之间设置有右装配缓冲弹簧；在左衬砌弧形预制块与右衬砌弧形预制块搭接后所形成的弧形衬砌结构体顶端面的中心轴线处形成有u形槽，在该u形槽中设置有焊接在一起的左衬砌弧形预制块预埋连接钢筋和右衬砌弧形预制块预埋连接钢筋。
在u形槽中密贴有止水条，在u形槽中灌入有填充混凝土；在左预制衬砌底座的内侧和右预制衬砌底座的内侧均预制有电缆沟槽。
本发明屏弃了传统的隧道洞口衬砌的现浇施工方法，并克服了预制式拼装洞口拱形衬砌存在的接缝处抗剪力强度弱和拱形衬砌整体稳定性差的缺陷；在隧道两侧仰拱面上预埋有预制衬砌底座，消除了装配式预制拱形衬砌两底端面与仰拱面的衔接不吻合和弧形衬砌块底端与仰拱面结合不能一次性拼装到位的缺陷；在预制衬砌底座与弧形预制衬砌块之间，通过装配缓冲弹簧，缓冲支撑拼装的弧形块，降低了两弧形衬砌块拼装到位的难度，将两弧形衬砌块预留的钢筋焊接在一起，增大了整个拱形衬砌结构的稳定性，本发明具有衬砌弧形预制块拼装速度快，机械化程度高，装配成本低的特点。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1中的a部位局部放大图；
图3是本发明在横向剖视下的结构示意图；
图4是图3中b部位局部放大图；
图5是本发明的左预制衬砌底座2的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明：
一种隧道洞口明挖段装配式衬砌结构，包括洞口明挖段仰拱面1、左衬砌弧形预制块4和右衬砌弧形预制块5，左衬砌弧形预制块4是与右衬砌弧形预制块5拼接后组成隧道洞口拱形衬砌结构的，在洞口明挖段仰拱面1上分别预埋有左预制衬砌底座2和右预制衬砌底座3，左预制衬砌底座2的结构与右预制衬砌底座3的结构是相同的，在左预制衬砌底座2的顶面上设置有左装配结合台阶18，在左装配结合台阶18的下台阶上，沿隧道纵向走向方向，等间隔地布设有左底座弹簧嵌入槽15；在右预制衬砌底座3上设置有右装配结合台阶22，在右装配结合台阶22的下台阶上，沿隧道纵向走向方向，等间隔地布设有右底座弹簧嵌入槽19；在左衬砌弧形预制块4的底端面上，沿隧道纵向走向方向，等间隔地设置有左弧形块底端面弹簧嵌入槽17，在左衬砌弧形预制块4的拱顶结合面上设置有上搭接舌6；在右衬砌弧形预制块5的底端面上，沿隧道纵向走向方向，等间隔地设置有右弧形块底端面弹簧嵌入槽21，在右衬砌弧形预制块5的拱顶结合面上设置有下搭接舌7；左衬砌弧形预制块4上的上搭接舌6搭接在右衬砌弧形预制块5上的下搭接舌7上；在左衬砌弧形预制块4的拱顶结合端面上预埋有左衬砌弧形预制块预埋连接钢筋8，在右衬砌弧形预制块5的拱顶结合端面上预埋与右衬砌弧形预制块预埋连接钢筋9；左衬砌弧形预制块4设置在左预制衬砌底座2的顶面上设置的左装配结合台阶18的下台阶上，右衬砌弧形预制块5设置在右预制衬砌底座3上设置的右装配结合台阶22的下台阶上，在左底座弹簧嵌入槽15与左弧形块底端面弹簧嵌入槽17之间设置有左装配缓冲弹簧16，在右底座弹簧嵌入槽19与右弧形块底端面弹簧嵌入槽21之间设置有右装配缓冲弹簧20；在左衬砌弧形预制块4与右衬砌弧形预制块5搭接后所形成的弧形衬砌结构体顶端面的中心轴线处形成有u形槽10，在该u形槽10中设置有焊接在一起的左衬砌弧形预制块预埋连接钢筋8和右衬砌弧形预制块预埋连接钢筋9。
在u形槽10中密贴有止水条11，在u形槽10中灌入有填充混凝土12；在左预制衬砌底座2的内侧和右预制衬砌底座3的内侧均预制有电缆沟槽23。
一种隧道明洞段拼装式衬砌结构的施工方法，包括以下步骤：
第一步、在预制厂完成左预制衬砌底座2和右预制衬砌底座3的预制，左预制衬砌底座2与右预制衬砌底座3的结构相同，左预制衬砌底座2为长方体形，在左预制衬砌底座2的顶面上设置有左装配结合台阶18；在左装配结合台阶18的下台阶上，沿隧道纵向走向方向，等间隔地布设有左底座弹簧嵌入槽15，在左底座弹簧嵌入槽15中嵌入有左装配缓冲弹簧16；在右预制衬砌底座3上设置有右装配结合台阶22，在右装配结合台阶22的下台阶上，沿隧道纵向走向方向，等间隔地布设有右底座弹簧嵌入槽19，在右底座弹簧嵌入槽19中嵌入有右装配缓冲弹簧20，在左预制衬砌底座2的内侧和右预制衬砌底座3的内侧均预制有电缆沟槽23。
第二步、在预制厂完成左衬砌弧形预制块4和右衬砌弧形预制块5的预制，左衬砌弧形预制块4与右衬砌弧形预制块5拼接后组成隧道洞口拱形衬砌结构；在左衬砌弧形预制块4的底端面上，沿隧道纵向走向方向，等间隔地设置有左弧形块底端面弹簧嵌入槽17，在左衬砌弧形预制块4的拱顶结合面上设置有上搭接舌6；在右衬砌弧形预制块5的底端面上，沿隧道纵向走向方向，等间隔地设置有右弧形块底端面弹簧嵌入槽21，在右衬砌弧形预制块5的拱顶结合面上设置有下搭接舌7；左衬砌弧形预制块4上的上搭接舌6搭接在右衬砌弧形预制块5上的下搭接舌7上，组成隧道洞口拱形衬砌；在左衬砌弧形预制块4的拱顶结合端面上预埋有左衬砌弧形预制块预埋连接钢筋8，在右衬砌弧形预制块5的拱顶结合端面上预埋与右衬砌弧形预制块预埋连接钢筋9；
第三步、将左预制衬砌底座2和右预制衬砌底座3分别吊装到隧道洞口的明洞仰拱中就位，然后，灌注仰拱混凝土，形成洞口明挖段仰拱面1，使左预制衬砌底座2的顶端面及电缆沟槽23和右预制衬砌底座3的顶端面及电缆沟槽23均设置在洞口明挖段仰拱面1的上方；
第四步、将左装配缓冲弹簧16放入到左底座弹簧嵌入槽15中，将右装配缓冲弹簧20放入到右底座弹簧嵌入槽19中；
第五步、用吊车将右衬砌弧形预制块5吊到右预制衬砌底座3的正上方，下降右衬砌弧形预制块5，使右装配缓冲弹簧20的顶端嵌入到右弧形块底端面弹簧嵌入槽21中，继续下降右衬砌弧形预制块5，使右衬砌弧形预制块5的底面落入到右装配结合台阶22的上台阶上；
第六步、用吊车将左衬砌弧形预制块4吊到左预制衬砌底座2的正上方，下降左衬砌弧形预制块4，使左装配缓冲弹簧16的顶端嵌入到左弧形块底端面弹簧嵌入槽17中，在装配过程中，使左衬砌弧形预制块4支撑在左装配缓冲弹簧16上，使左衬砌弧形预制块4上的上搭接舌6落在右衬砌弧形预制块5上的下搭接舌7上，通过调整左衬砌弧形预制块4的竖向及横向的下落角度，使左衬砌弧形预制块4与右衬砌弧形预制块5对接在一起，形成了完整拱形衬砌结构体，在弧形衬砌结构体顶端面的中心轴线处形成有u形槽10，在该u形槽10中设置有左衬砌弧形预制块预埋连接钢筋8和右衬砌弧形预制块预埋连接钢筋9，将u形槽10中左衬砌弧形预制块预埋连接钢筋8与右衬砌弧形预制块预埋连接钢筋9焊接在一起；
第七步、在u形槽10中，密贴止水条11，然后，灌入填充混凝土12，在灌注填充混凝土12时，预留出v形槽13，待填充混凝土12终凝后，在v形槽13中注入聚硫密封膏14；最后，在完整拱形衬砌结构体上施作防水层。
技术特征：
1.一种隧道洞口明挖段装配式衬砌结构，包括洞口明挖段仰拱面（1）、左衬砌弧形预制块（4）和右衬砌弧形预制块（5），左衬砌弧形预制块（4）是与右衬砌弧形预制块（5）拼接后组成隧道洞口拱形衬砌结构的，其特征在于，在洞口明挖段仰拱面（1）上分别预埋有左预制衬砌底座（2）和右预制衬砌底座（3），左预制衬砌底座（2）的结构与右预制衬砌底座（3）的结构是相同的，在左预制衬砌底座（2）的顶面上设置有左装配结合台阶（18），在左装配结合台阶（18）的下台阶上，沿隧道纵向走向方向，等间隔地布设有左底座弹簧嵌入槽（15）；在右预制衬砌底座（3）上设置有右装配结合台阶（22），在右装配结合台阶（22）的下台阶上，沿隧道纵向走向方向，等间隔地布设有右底座弹簧嵌入槽（19）；在左衬砌弧形预制块（4）的底端面上，沿隧道纵向走向方向，等间隔地设置有左弧形块底端面弹簧嵌入槽（17），在左衬砌弧形预制块（4）的拱顶结合面上设置有上搭接舌（6）；在右衬砌弧形预制块（5）的底端面上，沿隧道纵向走向方向，等间隔地设置有右弧形块底端面弹簧嵌入槽（21），在右衬砌弧形预制块（5）的拱顶结合面上设置有下搭接舌（7）；左衬砌弧形预制块（4）上的上搭接舌（6）搭接在右衬砌弧形预制块（5）上的下搭接舌（7）上；在左衬砌弧形预制块（4）的拱顶结合端面上预埋有左衬砌弧形预制块预埋连接钢筋（8），在右衬砌弧形预制块（5）的拱顶结合端面上预埋与右衬砌弧形预制块预埋连接钢筋（9）；左衬砌弧形预制块（4）设置在左预制衬砌底座（2）的顶面上设置的左装配结合台阶（18）的下台阶上，右衬砌弧形预制块（5）设置在右预制衬砌底座（3）上设置的右装配结合台阶（22）的下台阶上，在左底座弹簧嵌入槽（15）与左弧形块底端面弹簧嵌入槽（17）之间设置有左装配缓冲弹簧（16），在右底座弹簧嵌入槽（19）与右弧形块底端面弹簧嵌入槽（21）之间设置有右装配缓冲弹簧（20）；在左衬砌弧形预制块（4）与右衬砌弧形预制块（5）搭接后所形成的弧形衬砌结构体顶端面的中心轴线处形成有u形槽（10），在该u形槽（10）中设置有焊接在一起的左衬砌弧形预制块预埋连接钢筋（8）和右衬砌弧形预制块预埋连接钢筋（9）。
2.根据权利要求1所述的一种隧道洞口明挖段装配式衬砌结构，其特征在于，在u形槽（10）中密贴有止水条（11），在u形槽（10）中灌入有填充混凝土（12）；在左预制衬砌底座（2）的内侧和右预制衬砌底座（3）的内侧均预制有电缆沟槽（23）。
技术总结
本实用新型公开了一种隧道洞口明挖段装配式衬砌结构，解决了现有的隧道洞口明挖段装配式衬砌结构存在的装配困难，接缝处抗剪力强度弱和整体拱形衬砌稳定性差的问题。包括洞口明挖段仰拱面（1）、左衬砌弧形预制块（4）和右衬砌弧形预制块（5），左衬砌弧形预制块（4）是与右衬砌弧形预制块（5）拼接后组成隧道洞口拱形衬砌结构的，通过设置弧形衬砌底座，并将该座预埋至仰拱面内，并将弧形衬砌底座的顶面露出到仰拱面的上方，在弧形衬砌块的两侧底端与弧形衬砌底座之间设置缓冲弹簧，在搭接处的U形槽中，预留有与两块弧形衬砌块内钢筋骨架连接的抗剪力钢筋，将两预留的抗剪力钢筋在拼接处进行焊接，从而大大提高了拱形整体衬砌的稳定性。
技术研发人员：赵立财
受保护的技术使用者：中铁十九局集团第三工程有限公司
技术研发日：.03.08
技术公布日：.01.07
