阅读说明：本技术 用于马蹄形隧洞快速衬砌的装配式钢筋管片及装配方法 (Fabricated reinforced pipe sheet for rapid lining of horseshoe tunnel and assembling method ) 是由 张金良 曹国利 王美斋 张远生 田丰 陈丹 张钧睿 于 2019-11-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了用于马蹄形隧洞快速衬砌的装配式钢筋管片,包括封顶钢筋网块和至少一对侧墙钢筋网块,所述每对侧墙钢筋网块分别设置在封顶钢筋网块的两端并与封顶钢筋网块构成马蹄形,且封顶块和侧墙块之间具有锚固部,同时公开了利用该钢筋管片的装配方法,首先安装侧墙钢筋网块,然后安装封顶钢筋网块,进行封装后继续安装下一衬砌单元,直至完成马蹄形矿洞的所有衬砌,可在马蹄形隧洞内直接进行快速装配,无需现场捆扎,高效便捷。(The invention discloses an assembly type steel bar pipe piece for quickly lining a horseshoe-shaped tunnel, which comprises a capping steel bar net block and at least one pair of side wall steel bar net blocks, wherein each pair of side wall steel bar net blocks are respectively arranged at two ends of the capping steel bar net block and form a horseshoe shape with the capping steel bar net block, and an anchoring part is arranged between the capping block and the side wall block.)

用于马蹄形隧洞快速衬砌的装配式钢筋管片及装配方法

技术领域

本发明涉及隧洞现浇混凝土衬砌的技术领域，具体涉及用于马蹄形隧洞快速衬砌的装配式钢筋管片及装配方法。

背景技术

马蹄形隧洞是水工隧洞中较为常见的类形，马蹄形隧洞衬砌的施工速度对工程进度与安全影响较大，而制约衬砌施工速度往往是洞内钢筋管片(钢筋网块)的绑扎。目前隧洞衬砌的钢筋网块绑扎与焊接多在洞内进行，受空间与照明的影响，钢筋网块绑扎焊接效率非常低下。此外，大量钢筋绑扎、焊接过程所产生的粉尘和烟雾在洞内也很难消散，严重危及现场工作人员的健康。

中国发明专利CN201210286548.8公开了一种基于骨架梁的大跨度隧道拱部二次衬砌钢筋绑扎施工方法，所绑扎隧道拱部二次衬砌钢筋包括外层钢筋网、内层钢筋网和连接外层钢筋网与内层钢筋网的竖向连接筋，该施工方法如下：一、骨架梁安装：由前至后在隧道拱部初期支护结构下方安装多个骨架梁；骨架梁为半径与外层钢筋网相同半径的拱形梁，且多个骨架梁组成隧道拱部二次衬砌钢筋的承重结构；二、隧道拱部二次衬砌钢筋绑扎，其绑扎过程如下：先在多个骨架梁上部绑扎外层钢筋网，再通过竖向连接筋将内层钢筋网悬吊于外层钢筋网上。虽然该发明能够实现隧道的衬砌钢筋快速绑扎，但是仍然需要在隧洞内进行临时组装，对于小型马蹄形隧洞不具实用性，而且施工过程产生的各种粉尘和烟雾会造成环境和健康问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供用于马蹄形隧洞快速衬砌的装配式钢筋管片及装配方法，可在马蹄形隧洞内直接进行快速装配，无需现场捆扎，高效便捷。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

用于马蹄形隧洞快速衬砌的装配式钢筋管片法，包括封顶钢筋网块和至少一对侧墙钢筋网块，所述每对侧墙钢筋网块分别设置在封顶钢筋网块的两端并与封顶钢筋网块构成马蹄形；

所述封顶钢筋网块包括绑扎在一起的多个第一环向钢筋和多个第一构造钢筋，所述多个第一环向钢筋沿洞轴线依次平行排列，所述多个第一构造钢筋沿洞径向依次平行排列，且第一构造钢筋和第一环向钢筋保持垂直；

第一环向钢筋沿洞截面设置，且所述第一环向钢筋的形状与马蹄形隧洞的顶部弧度一致；所述第一环向钢筋沿洞截面的两端外延有锚固部a，用于封顶钢筋网块和侧墙钢筋网块进行连接和锚固；相邻衬砌单元之间的第一环向钢筋锚固连接；

单个第一构造钢筋沿洞轴面方向设置，所述第一构造钢筋呈“U”型且每个U型的长边均固定于第一环向钢筋上，所述第一构造钢筋的开口端向内弯折并外延出锚固部c，用于相邻衬砌单元中第一构造钢筋的锚固；

所述侧墙钢筋网块包括绑扎在一起的多个第二环向钢筋和多个第二构造钢筋，所述多个第二环向钢筋沿洞轴线依次平行排列，所述多个第二构造钢筋沿洞径向依次平行排列，且第二构造钢筋和第二环向钢筋保持垂直；

第二环向钢筋沿洞截面设置，且所述第二环向钢筋的形状与马蹄形隧洞的侧面弧度一致；所述第二环向钢筋沿洞截面的上端外延有锚固部d，用于侧墙钢筋网块和封顶钢筋网块/相邻的侧墙钢筋网块进行连接和锚固；所述第二环向钢筋沿洞截面的下端外延有锚固部e，所述锚固部e用于侧墙钢筋网块与相邻的侧墙钢筋网块/混凝土底板的锚固；所述相邻衬砌单元中的第二环向钢筋之间锚固；

单个第二构造钢筋沿洞轴面方向设置，所述第二构造钢筋呈“U”型且每个U型的长边均固定于第二环向钢筋上，所述第二构造钢筋的开口端向内弯折并外延出锚固部g，实现相邻衬砌单元中第二构造钢筋的锚固。

说明：利用该钢筋管片，可在隧洞内直接进行快速装配，无需现场捆扎，高效便捷；通过锚固实现钢筋管片之间、钢筋管片与混凝土底板、不同衬砌单元的钢筋管片的连接，能够充分达到锚固的强度，发挥钢筋管片的作用。为了保证封顶钢筋管片和侧墙钢筋管片的结构强度，二者之间的固定可以机械连接(套管)、焊接固定方式。

优选地，至少存在一个衬砌单元，该单元中：

所述第一环向钢筋上锚固部a上设有多个向内凸出的紧固件，所述第二环向钢筋与锚固部a相应的区域设置对应的多个紧固孔；

对于与封顶钢筋网块直接相邻的侧墙钢筋网块，其上第二环向钢筋上的锚固部d上设有多个向外凸出的多个紧固件，其上第一环向钢筋与锚固部d相应的区域设置对应的多个紧固孔。

说明：对于某些位置的衬砌单元，需要成承受较大的应力，为了避免封顶钢筋网块和侧墙钢筋网块的开裂，可以在焊接固定的基础上，增加紧固件和紧固孔实现机械锁定，所述紧固件和紧固孔在钢筋网块捆扎时一体成型，使用方便。

所述紧固件包括设在固定平面上的销轴头和轴体，所述轴体靠近下端的部分设有一贯通的轴孔；所述紧固孔整体呈“T”型，其竖直段的底部设有移动板，所述移动板的顶部两端固定设置传动件，所述移动板的中部设置有低于传动件的挡块，所述移动板的底部与紧固孔的底部之间通过弹簧连接；所述传动件为一齿轮齿条副，所述其中齿轮的圆心固定在相应的侧壁上的一定点，所述齿轮的内端面垂直的设有套筒，所述套筒内部通过螺纹套设有固定轴，所述固定轴能够相对于套筒旋进或者旋出，当紧固件位于紧固孔的最低端时，所述固定轴能够进入轴孔从而实现紧固件和紧固孔的锁定。

说明:紧固件和紧固孔可以实现***-自锁定，可以在吊装的过程中通过施加推力实现锁定，无需额外的人工步骤，简单高效，

优选地，当马蹄形隧洞的高度不超过5m时，所述侧墙钢筋网块的数量为1对。

说明:对于低于5m的马蹄隧洞，无需对侧墙钢筋网块再次进行拆分。

一种利用以上所述的装配式钢筋管片的装配方法，包括如下步骤：

S1：根据马蹄形隧洞衬砌沿隧洞轴向分为不同的隧洞衬砌单元，每个隧洞衬砌单元长度为2-4m；

S2：根据马蹄形隧洞衬砌的尺寸确定封顶钢筋网块、侧墙钢筋网块的尺寸和形状，同时确定每个隧洞衬砌单元中侧墙钢筋网块的对数；在隧洞外钢筋加工厂进行钢筋绑扎；

S3：在任一衬砌单元中，首先将每对的侧墙钢筋网块通过锚固部f在钢筋砼底板上预留的插筋相连接，然后利用吊装机将封顶钢筋网块吊装至两侧墙钢筋网块进行组装；具体固定方式采用套管、焊接，以保证结构的受力强度；

S4：在相邻的衬砌单元中，按照S3的顺序依次安装侧墙钢筋网块和封顶钢筋网块，并在相邻衬砌单元中进行各钢筋网块之间的锚固；

S5：在一定区域的衬砌固定完毕后，架立模板，封堵，浇注混凝土，其中，如果该衬砌单元四周无其他浇注完成的衬砌单元，则需要双侧封堵；如果该衬砌单元相邻的一侧已是浇注完成的衬砌单元，则单侧封堵；

S6：重复步骤S3-S5,直至完成整个马蹄形隧洞的全部衬砌。

说明：利用该方法，可以简洁快速的实现马蹄形隧洞的快速衬砌，而无需现场再次核对钢筋尺寸以及现场进行绑扎；同时，在安装有锁紧件/锁紧孔的衬砌单元的安装过程中，利用吊装机将封顶钢筋网块吊装至两侧墙钢筋网块之间后，可以直接施加一推力，使锚固部a上的紧固件***第二环向钢筋上的紧固孔，同时锚固部d上的紧固件***第一环向钢筋上的紧固孔，从而锁死侧墙钢筋网块和封顶钢筋网块；

优选地，所述不同衬砌单元中钢筋网块与钢筋网块之间的衔接面留有一小于200mm的孔隙。

说明：钢筋网块之间的孔隙是便于安装，但是当孔隙过大会影响一定的承重力和稳定性，所以孔隙最好在200mm以下。

优选地，在S2步骤中，所述绑扎工艺需要考虑运输和安装过程中的变形误差范围。

优选地，在S2步骤中，在封顶钢筋网块和侧墙钢筋网块的形状尺寸确定过程中，封顶钢筋网块和侧墙钢筋网块的连接处避免处于受力较大的状态。

说明：对于每一个衬砌单元中来说，不同钢筋网块之间的结合处不可避免的会损失一些承重力，所以进行拆分的时候，应该避开将受力较大的点作为连接处。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)装配管片可在洞外进行捆扎生产，运输后直接在洞内进行装配，无需现场捆扎；

(2)装配管片的具有多种锚固部，可以重新实现锚固强度和达到标准的承重力；

(3)在封顶钢筋网块和侧墙钢筋网块的连接中，其连接部一般处于应力较大的地方，是主要的开裂端和脆弱端，所以在二者的连接处附加锁紧件进行机械锁紧，增加环向承重力和纵向承重力；

(4)锁紧件采用了紧固件和紧固孔，吊装机吊装过程中仅需附加一个轴向推力加可实现自动锁定，无需人工作业；

(5)对了大型、中型、小型马蹄形隧洞均具有实用性，无需现场利用大型仪器进行捆扎和焊接。

(6)利用装配管片可快速实现不同衬砌单元的快速衬砌，从而实现整个马蹄形隧洞的快速衬砌。

附图说明

图1为本发明实施1的结构示意图；

图2为本发明实施例1的拼接示意图(一)；

图3为本发明实施例1的拼接示意图(二)；

图4为图1中A-A处剖面图；

图5为图1中B-B处剖面图；

图6为本发明实施例2的结构示意图；

图7为本发明实施例2中紧固件和紧固孔的结构示意图；

图8为本发明紧固件和紧固孔的锁死状态示意图；

图9为本发明紧固孔中传动件的结构示意图；

图10为本发明实施例3的结构示意图；

图中，1-封顶钢筋网块、11-第一环向钢筋、111-锚固部a、12-第一构造钢筋、121-锚固部c、2-侧墙钢筋网块、21-第二环向钢筋、211-锚固部d、212-锚固部e、22-第二构造钢筋、221-锚固部g、3-紧固件、31-销轴头、32-销轴体、33-轴孔、4-紧固孔、41-移动板、42-传动件、43-挡块、44-套筒、45-固定轴。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1:

本实施例中马蹄形隧洞的高度为3.5m，长度为1km；

请参见图1-5，用于马蹄形隧洞快速衬砌的装配式钢筋管片，包括封顶钢筋网块1和一对侧墙钢筋网块2，所述每对侧墙钢筋网块2分别设置在封顶钢筋网块1的两端并与封顶钢筋网块1构成马蹄形；

所述封顶钢筋网块1包括绑扎在一起的多个第一环向钢筋11和多个第一构造钢筋12，所述多个第一环向钢筋11沿洞轴线依次平行排列，所述多个第一构造钢筋12沿洞径向依次平行排列，且第一构造钢筋12和第一环向钢筋11保持垂直；

第一环向钢筋11沿洞截面设置，且所述第一环向钢筋11的形状与马蹄形隧洞的顶部弧度一致；所述第一环向钢筋11沿洞截面的两端外延有锚固部a111，用于封顶钢筋网块1和侧墙钢筋网块2进行连接和锚固；相邻衬砌单元之间的第一环向钢筋11锚固连接；

单个第一构造钢筋12沿洞轴面方向设置，所述第一构造钢筋12呈“U”型且每个U型的长边均固定于第一环向钢筋11上，所述第一构造钢筋12的开口端向内弯折并外延出锚固部c121，用于相邻衬砌单元中第一构造钢筋12的锚固；

所述侧墙钢筋网块2包括绑扎在一起的多个第二环向钢筋21和多个第二构造钢筋22，所述多个第二环向钢筋21沿洞轴线依次平行排列，所述多个第二构造钢筋22沿洞径向依次平行排列，且第二构造钢筋22和第二环向钢筋21保持垂直；

第二环向钢筋21沿洞截面设置，且所述第二环向钢筋21的形状与马蹄形隧洞的侧面弧度一致；所述第二环向钢筋21沿洞截面的上端外延有锚固部d211，用于侧墙钢筋网块2和封顶钢筋网块1/相邻的侧墙钢筋网块2进行连接和锚固；所述第二环向钢筋21沿洞截面的下端外延有锚固部e212，所述锚固部e212用于侧墙钢筋网块2与相邻的侧墙钢筋网块2/混凝土底板的锚固；所述相邻衬砌单元中的第二环向钢筋21之间锚固；

单个第二构造钢筋22沿洞轴面方向设置，所述第二构造钢筋22呈“U”型且每个U型的长边均固定于第二环向钢筋21上，所述第二构造钢筋22的开口端向内弯折并外延出锚固部g221，实现相邻衬砌单元中第二构造钢筋22的锚固。

请参加图2-图3，利用所述管片的装配方法，包括如下步骤：

S1：根据马蹄形隧洞衬砌沿隧洞轴向分为不同的隧洞衬砌单元，每个隧洞衬砌单元长度为2m；

S2：确定封顶钢筋网块1和侧墙钢筋网块2的形状，且其连接处避免处于受力较大的状态，在隧洞外钢筋加工厂进行钢筋绑扎，所述绑扎工艺需要考虑运输和安装过程中的变形误差范围；

S3：在任一衬砌单元中，首先将每对的侧墙钢筋网块2通过锚固部f在钢筋砼底板上预留的插筋相连接，然后利用吊装机将封顶钢筋网块1吊装至两侧墙钢筋网块2进行组装；组装后通过焊接进行再次固定以保证结构强度；

S4：在相邻的衬砌单元中，按照S3的顺序依次安装侧墙钢筋网块2和封顶钢筋网块1，所述不同衬砌单元中钢筋网块与钢筋网块之间的衔接面留有一小于200mm的孔隙以便于安装，并在相邻衬砌单元中进行各钢筋网块之间的锚固，；

S5：在一定区域的衬砌固定完毕后，架立模板，封堵，浇注混凝土，其中，如果该衬砌单元四周无其他浇注完成的衬砌单元，则需要双侧封堵；如果该衬砌单元相邻的一侧已是浇注完成的衬砌单元，则单侧封堵；

S6：重复步骤S3-S5,直至完成整个马蹄形隧洞的全部衬砌。

说明：利用该钢筋管片，可在隧洞内直接进行快速装配，无需现场捆扎，高效便捷；同时多种锚固部的设计，实现钢筋管片之间、钢筋管片与混凝土底板、不同衬砌单元的钢筋管片的固定，能够充分达到锚固的强度，发挥钢筋管片的作用。

实施例2：

请参加图6-图9，本实施例中马蹄形隧洞的高度为3.5m，长度为1km；

用于马蹄形隧洞快速衬砌的装配式钢筋管片，包括封顶钢筋网块1和一对侧墙钢筋网块2，所述每对侧墙钢筋网块2分别设置在封顶钢筋网块1的两端并与封顶钢筋网块1构成马蹄形；

所述封顶钢筋网块1包括绑扎在一起的多个第一环向钢筋11和多个第一构造钢筋12，所述多个第一环向钢筋11沿洞轴线依次平行排列，所述多个第一构造钢筋12沿洞径向依次平行排列，且第一构造钢筋12和第一环向钢筋11保持垂直；

第一环向钢筋11沿洞截面设置，且所述第一环向钢筋11的形状与马蹄形隧洞的顶部弧度一致；所述第一环向钢筋11沿洞截面的两端外延有锚固部a111，用于封顶钢筋网块1和侧墙钢筋网块2进行连接和锚固；相邻衬砌单元之间的第一环向钢筋11锚固连接；

单个第一构造钢筋12沿洞轴面方向设置，所述第一构造钢筋12呈“U”型且每个U型的长边均固定于第一环向钢筋11上，所述第一构造钢筋12的开口端向内弯折并外延出锚固部c121，用于相邻衬砌单元中第一构造钢筋12的锚固；

所述侧墙钢筋网块2包括绑扎在一起的多个第二环向钢筋21和多个第二构造钢筋22，所述多个第二环向钢筋21沿洞轴线依次平行排列，所述多个第二构造钢筋22沿洞径向依次平行排列，且第二构造钢筋22和第二环向钢筋21保持垂直；

第二环向钢筋21沿洞截面设置，且所述第二环向钢筋21的形状与马蹄形隧洞的侧面弧度一致；所述第二环向钢筋21沿洞截面的上端外延有锚固部d211，用于侧墙钢筋网块2和封顶钢筋网块1/相邻的侧墙钢筋网块2进行连接和锚固；所述第二环向钢筋21沿洞截面的下端外延有锚固部e212，所述锚固部e212用于侧墙钢筋网块2与相邻的侧墙钢筋网块2/混凝土底板的锚固；所述相邻衬砌单元中的第二环向钢筋21之间锚固；

单个第二构造钢筋22沿洞轴面方向设置，所述第二构造钢筋22呈“U”型且每个U型的长边均固定于第二环向钢筋21上，所述第二构造钢筋22的开口端向内弯折并外延出锚固部g221，实现相邻衬砌单元中第二构造钢筋22的锚固。

对于相邻的两个衬砌单元，必有一个的衬砌单元中的第一环向钢筋11和第二环向钢筋12采用以下结构：

第一环向钢筋11上锚固部a111上设有多个向内凸出的紧固件3，所述第二环向钢筋21与锚固部a111相应的区域设置对应的多个紧固孔4；

对于与封顶钢筋网块1直接相邻的侧墙钢筋网块2，所述第二环向钢筋21上的锚固部d211上设有多个向外凸出的多个紧固件3，所述第一环向钢筋11与锚固部d211相应的区域设置对应的多个紧固孔4；

所述紧固件3包括设在固定平面上的销轴头31和轴体32，所述轴体32靠近下端的部分设有一贯通的轴孔33；所述紧固孔4整体呈“T”型，其竖直段的底部设有移动板41，所述移动板41的顶部两端固定设置传动件42，所述移动板41的中部设置有低于传动件42的挡块43，所述移动板41的底部与紧固孔4的底部之间通过弹簧连接；所述传动件42为一齿轮齿条副，所述其中齿轮的圆心固定在相应的侧壁上的一定点，所述齿轮的内端面垂直的设有套筒44，所述套筒44内部通过螺纹套设有固定轴45，所述固定轴45能够相对于套筒44旋进或者旋出，当紧固件3位于紧固孔4的最低端时，所述固定轴45能够进入轴孔33从而实现紧固件3和紧固孔4的锁定。

利用所述管片的装配方法，包括如下步骤：

S1：根据马蹄形隧洞衬砌沿隧洞轴向分为不同的隧洞衬砌单元，每个隧洞衬砌单元长度为2m；

S2：确定封顶钢筋网块1和侧墙钢筋网块2的形状，且其连接处避免处于受力较大的状态，在隧洞外钢筋加工厂进行钢筋绑扎，所述绑扎工艺需要考虑运输和安装过程中的变形误差范围；

S3：在任一衬砌单元中，首先将每对的侧墙钢筋网块2通过锚固部f在钢筋砼底板上预留的插筋相连接，然后利用吊装机将封顶钢筋网块1吊装至两侧墙钢筋网块2进行组装；在安装有锁紧件3/锁紧孔4的衬砌单元的安装过程中，利用吊装机将封顶钢筋网块1吊装至两侧墙钢筋网块2之间后，然后施加一推力，使锚固部a111上的紧固件3***第二环向钢筋211上的紧固孔4，同时锚固部d211上的紧固件3***第一环向钢筋111上的紧固孔4，从而锁死侧墙钢筋网块2和封顶钢筋网块1；然后通过焊接进行再次固定；

S4：在相邻的衬砌单元中，按照S3的顺序依次安装侧墙钢筋网块2和封顶钢筋网块1，所述不同衬砌单元中钢筋网块与钢筋网块之间的衔接面留有一小于200mm的孔隙以便于安装，并在相邻衬砌单元中进行各钢筋网块之间的锚固，；

S5：在一定区域的衬砌固定完毕后，架立模板，封堵，浇注混凝土，其中，如果该衬砌单元四周无其他浇注完成的衬砌单元，则需要双侧封堵；如果该衬砌单元相邻的一侧已是浇注完成的衬砌单元，则单侧封堵；

S6：重复步骤S3-S5,直至完成整个马蹄形隧洞的全部衬砌。

说明：相较于实施例1，该实施例中对于部分衬砌单元中的封顶钢筋网块1和侧墙钢筋网块2附加了机械固定力，以增加承重力。

实施例3：

请参见图10，本实施例中马蹄形隧洞的高度为7.2m，长度为5km；

实施例3与实施例1之中的不同在于，其中的侧墙钢筋网块2设置为两对；其余结构同实施例1；

在快速衬砌过程中，针对每一个衬砌单元，需要将第二对侧墙钢筋网块2安装至钢筋砼底板上，然后将第一对侧墙钢筋网块2安装至第二对侧墙钢筋网块2之上，然后安装封顶钢筋网块1，其余步骤皆同实施例1。