阅读说明：本技术 一种马蹄形输水隧洞的底拱混凝土保护装置及方法 (Bottom arch concrete protection device and method for water delivery tunnel in shape of horseshoe ) 是由 李怀国 李志刚 向子云 于 2019-11-27 设计创作，主要内容包括：本发明属于水利工程技术领域,公开了一种马蹄形输水隧洞的底拱混凝土保护装置及方法,已浇筑的马蹄形隧洞的底拱过流面上侧铺设有弹性垫层,弹性垫层上侧铺设有竹板材,竹板材上侧铺设有级配碎石,级配碎石上侧铺设有水泥稳定碎石层。本发明将马蹄形过流隧洞底拱保护由以往的垫石渣改为铺弹性垫层、竹板材、级配碎石及水泥稳定碎石层复合结构,并在两侧设置排水沟,有效保护底拱过流面,改善了文明施工环境,克服了施工效率低下,人员清理劳动强度大,耗时费工,安全隐患突出等问题,通过本发明可以减少文明施工投入费用,降低人工劳动强度及安全隐患,改善文明施工形象,加快施工进度,节约施工成本。(The invention belongs to the technical field of hydraulic engineering and discloses a bottom arch concrete protection device and a bottom arch concrete protection method for a horseshoe-shaped water delivery tunnel. According to the invention, the protection of the bottom arch of the horseshoe-shaped overflow tunnel is changed from the traditional stone-filled slag into a composite structure of paving an elastic cushion layer, a bamboo plate, graded broken stones and a cement-stabilized broken stone layer, and drainage ditches are arranged on two sides, so that the overflow surface of the bottom arch is effectively protected, the civilized construction environment is improved, the problems of low construction efficiency, high labor intensity of personnel cleaning, time and labor consumption, prominent potential safety hazard and the like are solved, the civilized construction investment cost can be reduced, the labor intensity and potential safety hazard are reduced, the image of civilized construction is improved, the construction progress is accelerated, and the construction cost is saved.)

一种马蹄形输水隧洞的底拱混凝土保护装置及方法

技术领域

本发明属于水利工程技术领域，尤其涉及一种马蹄形输水隧洞的底拱混凝土保护装置及方法。

背景技术

目前，业内最接近的现有技术是：

对于涌水风险为 A、B 级或断层安全风险为 A、B 级的洞段均应采用边挖边衬的施工方法，隧洞开挖与衬砌同步组织实施。

在重大水利工程施工中存在各种性能的大断面马蹄形输水隧洞，随着水利工程施工技术的成熟与发展，目前，大多数马蹄形输水隧洞混凝土衬砌施工方法一般为：先将底拱混凝土采用翻模浇筑完成，然后边顶拱混凝土采用钢模台车进行浇筑。

马蹄形输水隧洞在底拱衬砌完成进行边顶拱混凝土衬砌的施工中，混凝土搅拌运输车及载重材料运输车需在已衬砌完成的底拱上通行，车辆通行时间较长，容易对已浇筑底拱混凝土过流面造成磨损、破坏，同时在边顶拱施工时，材料及杂物无法避免会掉到已浇好的底拱上造成底拱混凝土过流面损坏，而输水隧洞过流面一般对衬砌混凝土外观质量要求较高，即使经过修复后也会影响其整体运行效果及外观。

出渣重型车及载重材料运输车需在已衬砌完成的底拱上通行，车辆通行时间较长，容易对已浇筑底拱混凝土过流面造成磨损、破坏。

常规的隧洞底拱混凝土保护方法是在底拱混凝土上直接垫一层洞内开挖石渣。石渣直接接触底拱混凝土过流面，长期过车碾压易损伤达不到保护底拱混凝土过流面效果，清理石渣时容易造成底拱混凝土过流面损坏，另外，由于隧洞渗涌水、在进行隧洞边顶拱混凝土衬砌过程中需对隧洞边顶拱已浇混凝土进行洒水养护，以及在车辆通行过程中会夹带水分及泥浆，易造成底拱回填石渣形成烂泥，无法满足现场文明施工要求，需要投入大量的人工及设备进行日常维护，且效果不明显。因此，如何克服现有技术的不足是目前水利工程技术领域亟需解决的问题。

综上所述，现有技术存在的问题是：

（1）通过石渣对隧洞底拱混凝土保护时，保护效果差，容易造成底拱混凝土过流面损坏。

（2）底拱回填石渣容易形成烂泥，无法满足现场文明施工要求，不方便维护，且效果不明显。

解决上述技术问题的意义：

有效保护底拱混凝土过流面，降低施工人员的劳动强度，节约成本，改善文明施工形象、提高施工效率。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种马蹄形输水隧洞的底拱混凝土保护装置及方法。

本发明是这样实现的，一种马蹄形输水隧洞的底拱混凝土保护装置的设计方法包括：

将马蹄形过流隧洞底拱保护由垫石渣改为铺弹性垫层、竹板材、级配碎石及水泥稳定碎石层复合结构，隧洞渗涌水及施工废水直接流至两侧排水沟；

并在两侧设置排水沟，保护底拱过流面。

进一步，所述级配碎石采用20%的碎石，粒径31.5～20mm；25%的碎石，粒径20～10mm；30%的碎石，粒径10～5mm；25%的砂，粒径4.75mm；拌制后运输至现场平铺在竹板材上方，并采用振动碾碾压密实；水泥稳定碎石层采用砂石骨料拌制完成后再加入重量为砂石骨料重量的5%的水泥加水拌制而成；其中砂石骨料由55%的碎石，粒径31.5～5mm；45%的人工砂，粒径＜5mm；组成，拌制完成后运输至圆形隧洞过流面底拱，采用反铲铺料，再用振动碾碾压密实光滑，水泥稳定碎石层中间厚度为30cm，横向从中间向两侧设置2%的斜坡便于排水。

进一步，所述排水沟采用240mm×115mm×53mm的红砖砌筑，砖砌宽度为24cm。

进一步，所述水泥稳定碎石层由水泥、级配碎石和人工砂组成；水泥稳定碎石层中间厚度为20cm，横向从中间向两侧设置2%的斜坡便于排水。

进一步，所述竹板材是由毛竹劈成竹片，并采用螺栓穿过并列的竹片拧紧，制成宽度20～30cm，长度3m的板块状物体。

进一步，所述弹性垫层为聚乙烯材料，由PE，EVA等经化学交联在高温，高压下将两种材质不同的材料复合在一起压制成聚乙烯弹性垫层，弹性垫层厚10mm。

本发明的另一目的在于提供一种马蹄形输水隧洞的底拱混凝土保护装置设置有弹性垫层、竹板材、级配碎石、水泥稳定碎石层以及两侧设置的排水沟；

所述弹性垫层布置于已浇筑马蹄形隧洞底拱过流面上，竹板材铺设在弹性垫层上方，覆盖住弹性垫层，级配碎石铺在竹板材上面，碾压密实，水泥稳定碎石层铺在级配碎石上面，碾压平整光滑，底拱保护水泥稳定碎石层两侧设置排水沟；

排水沟底部设置有第二水泥粒料层，红砖内侧设置有第一水泥粒料层；

边顶拱上端通过锚杆固定有支护板，支护板之间通过凹槽连接，边顶拱内部设置有钢筋加强筋。

进一步，所述水泥稳定碎石层由水泥、级配碎石和人工砂组成。

进一步，所述弹性垫层直接铺设在已浇筑完成的马蹄形隧洞底拱过流面上。

进一步，所述水泥稳定碎石层中间厚度为20cm，横向从中间向两侧设置2%的斜坡便于排水。

本发明的另一目的在于提供一种采用所述的马蹄形输水隧洞的底拱混凝土保护装置的设计方法设计的马蹄形输水隧洞。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：

本发明将马蹄形过流隧洞底拱保护由以往的垫石渣改为铺弹性垫层、竹板材、级配碎石及水泥稳定碎石层复合结构，并在两侧设置排水沟，有效保护底拱过流面，改善了文明施工环境，克服了施工效率低下，人员清理劳动强度大，耗时费工，安全隐患突出等问题，通过本发明可以减少文明施工投入费用，降低人工劳动强度及安全隐患，改善文明施工形象，加快施工进度，节约施工成本。

本发明采用弹性垫层、竹板材、级配碎石及水泥稳定碎石层对马蹄形隧洞底拱过流面进行特殊保护后，使得路面光滑平整，隧洞渗涌水及施工废水直接流至两侧排水沟，现场文明施工环境较好，一次性投入使用后，除了及时清扫路面，无需像现有底拱保护需经常性对已泥化部位的石渣进行清理并重新铺设，减少了人员及设备的投入，降低了对边顶拱混凝土施工的干扰，加快了施工进度，与现有保护方法相比，能节约30%的成本。

本发明属于水利工程技术领域基础变革的范畴，将极大的推动水利工程马蹄形隧洞底拱过流面保护在工艺、效率方面的进步，在国内外隧洞混凝土施工文献中也未见相关报道。

本发明目前还未见在水利工程施工中应用，其旨在有效保护底拱混凝土过流面，降低施工人员的劳动强度，节约成本，改善文明施工形象、提高施工效率。在大型马蹄形过流隧洞混凝土衬砌施工中应用价值较高。

附图说明

图1是本发明实施例提供的马蹄形输水隧洞的底拱混凝土保护装置结构示意图。

图2是本发明实施例提供的排水沟连接示意图。

图3是本发明实施例提供的边顶拱、支护板和锚杆结构示意图。

图中：1、弹性垫层；2、竹板材；3、级配碎石；4、水泥稳定碎石层；5、红砖；6、底拱过流面；7、边顶拱；8、排水沟；9、第一水泥稳定粒料层；10、第二水泥稳定粒料层；11、支护板；12、锚杆。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

通过石渣对隧洞底拱混凝土保护时，保护效果差，容易造成底拱混凝土过流面损坏。底拱回填石渣容易形成烂泥，无法满足现场文明施工要求，不方便维护，且效果不明显。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种马蹄形输水隧洞的底拱混凝土保护装置及方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。

本发明实施例提供的一种马蹄形输水隧洞的底拱混凝土保护装置的设计方法包括：

将马蹄形过流隧洞底拱保护由垫石渣改为铺弹性垫层、竹板材、级配碎石及水泥稳定碎石层复合结构，隧洞渗涌水及施工废水直接流至两侧排水沟。

并在两侧设置排水沟，保护底拱过流面。

如图1~图3所示，本发明实施例提供的马蹄形输水隧洞的底拱混凝土保护装置包括：弹性垫层1、竹板材2、级配碎石3、水泥稳定碎石层4、红砖5、底拱过流面6、边顶拱7、排水沟8。

弹性垫层1直接铺设在底拱过流面6上，并铺设平整；竹板材2铺设在弹性垫层1上方，铺设应严密。

排水沟8底部设置有第二水泥粒料层10，红砖5内侧设置有第一水泥粒料层9。

边顶拱7上端通过锚杆12固定有支护板11，支护板11之间通过凹槽连接，边顶拱7内部设置有钢筋加强筋。

下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步的描述。

实施例1

级配碎石3采用20%的碎石1（粒径31.5～20mm），25%的碎石2（粒径20～10mm），30%的碎石3（粒径10～5mm），25%的砂（粒径4.75mm）拌制后运输至现场平铺在竹板材上方，并采用振动碾碾压密实；水泥稳定碎石层4采用砂石骨料拌制完成后再加入重量为砂石骨料重量的5%的水泥加水拌制而成，其中砂石骨料由55%的碎石（粒径31.5～5mm），45%的人工砂（粒径＜5mm）组成，拌制完成后运输至圆形隧洞过流面底拱，采用反铲铺料，再用振动碾碾压密实光滑，水泥稳定碎石层中间厚度为30cm，横向从中间向两侧设置2%的斜坡便于排水。

实施例2

排水沟8采用240mm×115mm×53mm的红砖5砌筑，设置在水泥稳定碎石层两侧，砖砌宽度为24cm，路面施工废水通过路面斜坡流至排水沟内，边顶拱养护水通过两侧边墙流入排水沟。

实施例3

水泥稳定碎石层4由水泥、级配碎石和人工砂组成。水泥稳定碎石层中间厚度为20cm，横向从中间向两侧设置2%的斜坡便于排水。

实施例4

竹板材2是由毛竹劈成竹片，并采用螺栓穿过并列的竹片拧紧，制成宽度20～30cm，长度3m的板块状物体。

实施例5

弹性垫层1，为聚乙烯材料，由PE，EVA等经化学交联在高温，高压下将两种材质不同的材料复合在一起压制成聚乙烯弹性垫层。贴近过流面的一面柔软而富有弹性，用来保护过流面即使外界剧烈的撞击保证底拱过流面本身不会受到任何损伤，另一面是具有抗穿刺性能的纳米材料，从而使垫层本身不会受到硬质物体的破坏。弹性垫层厚10mm。弹性垫层直接铺设在已浇筑完成的马蹄形隧洞底拱过流面上。

本发明实施例提供的边顶拱7隧洞衬砌方法，具体过程如下：

在隧洞底层施工完成后，在边顶拱作业面进行构建架构；利用钢模板台车进行混凝土施工；

隧洞衬砌由内向外施工。其中，输送的混凝土在洞外采用搅拌站集中搅拌。

本发明的工作原理是：

本发明采用弹性垫层、竹板材、级配碎石及水泥稳定碎石层对马蹄形隧洞底拱过流面进行特殊保护后，使得路面光滑平整，隧洞渗涌水及施工废水直接流至两侧排水沟，现场文明施工环境较好，一次性投入使用后，除了及时清扫路面，无需像现有底拱保护需经常性对已泥化部位的石渣进行清理并重新铺设，减少了人员及设备的投入，降低了对边顶拱混凝土施工的干扰，加快了施工进度，与现有保护方法相比，能节约30%的成本。

以上所述仅是对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，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。