本公开涉及隧道施工领域，特别涉及一种空腔装配式隧道仰拱。
背景技术：
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。
随着城镇化发展，在交通基础设施建设方面主要涉及了建造方式的改变，其中大力提倡的装配式建筑，以其节约能源资源、减少施工污染、提升劳动生产效率和保证质量安全等优点，在房建、桥梁、隧道等领域被广泛使用。
发明人发现，目前隧道仰拱传统的施工包含了仰拱开挖、基底清理、绑扎钢筋、安装模板和浇筑养护混凝土等过程，存在施工工序繁多、受气候条件影响较大、人工机械成本较高和施工质量难以保证等缺点，导致在隧道后期运营时易出现隧底变形、翻浆冒泥和初支开裂等病害，其工程适应性弱于装配式预制仰拱。二是隧道开挖和初期支护施工过程中，遇到不良地质条件常伴生有洞口坍塌、拱顶坍塌及掌子面坍塌等事故，将施工人员围困在洞内；事故发生后传统的逃生方式是采用提前预设的超高分子逃生管道和钢制逃生管道，这些管道安放位置仅限于仰拱上部空间，但当传统救援通道被堵塞后，将会导致救援速度缓慢、人员伤亡增加和工程严重受损等后果，难以满足快速救援的需求；三是目前铺设运营期交通监控、运营通风、照明等设施较为繁琐，需要另外配置铺设元件。
技术实现要素：
本公开的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种空腔装配式隧道仰拱，通过预制装配结构，在预制的仰拱结构内部布置可供人员逃生的通道结构，连续布置仰拱结构后，形成在隧道施工期间隧道外安全区域连通至施工点的救援通道，代替了传统设栈桥现浇仰拱的施工方法，提高了施工效率的同时，保证了隧道施工过程中的安全性；同时隧道建成后空腔可用于铺设交通监控、通风、照明等线路设施，优化隧道净空内设施布置。
为了实现上述目的，采用以下技术方案：
一种空腔装配式隧道仰拱，包括多排沿隧道延伸方向依次布置的预制块，每排预制块包括依次拼装的第一预制块、第二预制块和第三预制块，单个预制块的几何中心位置均设有沿隧道延伸方向贯通的空腔，空腔的上部为拱形，沿隧道延伸方向的每列预制块对应的空腔依次连通，其中第二预制块对应的空腔用于容纳人员通行。
进一步地，每排预制块的底面形成适应仰拱垫层的弧形面，第一预制块和第二预制块结构相同，对称分布在第二预制块的两侧。
进一步地，弧形面最低点位于第二预制块的底面上，第二预制块对应空腔的截面积大于第一预制块、第三预制块对应空腔的截面积。
进一步地，所述空腔沿对应预制块的中心分布，空腔底部为平面。
进一步地，同一排的预制块一侧端面上设有凹槽，凹槽位于相邻预制块的结合部、预制块与仰拱垫层的结合部，凹槽配合有连接件。
进一步地，预制块的顶面上均设置有螺栓槽，相邻预制块之间通过螺栓槽配合连接件连接；
预制块顶面对应隧道二衬的位置预留有接头，用于对接二衬。
进一步地，所述第一预制块和第三预制块中均设有排水边沟，排水边沟通过横向排水盲管连通隧道纵向排水盲管，排水边沟的坡度与隧道整体坡度一致。
进一步地，预制块上设有凹槽，凹槽轮廓与预制块轮廓一致，凹槽内配合有防水橡胶条。
进一步地，预制块的背面贴有衬垫，用于实现环向防水，第二预制块的端面贴有橡胶板，用于实现纵向防水。
进一步地，预制块的顶面均预留有吊装孔。
与现有技术相比，本公开具有的优点和积极效果是：
(1)仰拱采用预制装配式，构件在预制场制作，质量强度可靠，替代了传统的仰拱设栈桥现浇的方式，减小了传统仰拱施工中的人工机械成本，加快了隧道整体的修建进度；
(2)装配式仰拱的通道构造，采用底部平整、顶部拱起的通道结构，顶部拱起的结构能够使整体结构受力良好，节省材料，还可以作为施工期间的救援通道，顶部拱形的结构能够使得通道具有更好的支撑强度，保证在发生隧道险情时，对内部通行人员的良好保护能力，隧道底部平整能够提高救援人员、器械的通行速度，在加快救援速度、减小人员伤亡和降低工程损失方面具有积极的意义；
(3)装配式仰拱采用的螺栓连接方式，可以短时间内加强预制块的纵横向联系，实现隧道“早成环”理念，保证了隧道结构和施工安全；
(4)通过在第一预制块和第三预制块中预留的排水边沟和提前预埋好的横向排水管，将隧道的排水管道进行了连通，有效实现了隧道“防、堵、截、排结合,因地制宜,综合治理”的防排水原则。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
图1为本公开实施例1、2中仰拱及隧道正面的断面示意图；
图2为本公开实施例1、2中一段仰拱施工完成后的立体结构示意图；
图3为本公开实施例1、2中预制块的端面结构示意图；
图4为本公开实施例1、2中相邻预制块的连接结构示意图；
图5为本公开实施例1、2中相邻预制块连接结构的顶面示意图；
图6为本公开实施例1、2中仰拱垫层中预留弧面凹槽的俯视示意图；
图7为本公开实施例1、2中仰拱与隧道二次衬砌结合处的结构示意图。
图中，1、初期支护，2、二次衬砌，3、第一预制块，4、第二预制块，5、第三预制块，6、找平层，7、腰铁，8、仰拱垫层，81、纵向排水盲管，9、隧道水沟和电缆槽，10、止水凹槽，11、吊装孔，12、横向排水盲管，13、纵向排水边沟，14、螺栓通孔，15、钢筋接头，111、横向凹槽，112、弧面凹槽，113、螺栓凹槽。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步地说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；
为了方便叙述，本公开中如果出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用，仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。
正如背景技术中所介绍的，现有技术中隧道开挖和初期支护的施工过程中，伴生有掌子面坍塌、涌水等风险，传统救援通道被堵塞后，将会导致救援速度缓慢、人员伤亡增加和工程严重受损等后果；针对上述问题，本公开提出了一种空腔装配式隧道仰拱及施工方法。
实施例1
本公开的一种典型的实施方式中，如图1-图7所示，提出了一种空腔装配式隧道仰拱。
装配式隧道仰拱主要包括沿隧道延伸方向依次排列布置的仰拱块，仰拱块是由多个预制块组成的，从而形成多排沿隧道延伸方向顺序排列的预制块；
仰拱采用预制装配式，构件在预制场制作，质量强度可靠，替代了传统的仰拱设栈桥现浇的方式，减小了传统仰拱施工中的人工机械成本，加快了隧道整体的修建进度。
仰拱块包括沿隧道横向依次布置的第一预制块、第二预制块和第三预制块，通过通缝拼装，第一预制块和第三预制块的结构形式相同；
每个仰拱块的中心位置设有沿隧道纵向分布的通道，通道相对于隧道的竖直对称面对称分布，通道底部为平面，顶部为远离底面的拱形，所有仰拱块对应的通道依次对接连通，用于容纳人员通过；
在本实施例中，所述的通道布置在第二预制块的几何中心位置，并且，第一预制块、第三预制块的结合中心位置均设有沿隧道纵向贯通的空腔；
对于通道，通道上部为拱形结构，空腔的上部也为拱形结构，第二预制块对应通道两侧的位置处具有足够的结构厚度，第一预制块和第三预制块对应空腔两侧的位置处也具有足够的结构厚度；
在本实施例中，所述的预制块均为混凝土预制块，对应的，通道两侧、空腔两侧对应的预制块结构具有足够的混凝土厚度。
需要特别指出的是，第二预制块的通道结构的截面积大于空腔的截面积，能够容纳人员通过，从而使得依次连通的通道能够形成救生通道，容纳救生人员、器械通过；
装配式仰拱的通道构造，采用底部平整、顶部拱起的通道结构，左右两侧具有足够的混凝土厚度，顶部拱起的结构能够使整体结构受力良好，节省材料；
通道相对于隧道的竖直对称面对称分布，能够使得隧道布置在第二预制块竖直厚度最大的位置，在获取足够大截面的同时，保证了通道四周混凝土的厚度能够达到最大，从而保证其强度达到最佳；
还可以作为施工期间的救援通道，顶部拱形的结构能够使得通道具有更好的支撑强度，保证在发生隧道险情时，对内部通行人员的良好保护能力，隧道底部平整能够提高救援人员、器械的通行速度，在加快救援速度、减小人员伤亡和降低工程损失方面具有积极的意义。
另外，为了配合通道作为救援逃生通道，其截面至少能够容纳一个成年人通过，当发生险情时，掌子面作业人员经第二预制块的通道可以由掌子面到达隧道洞口预留的工作坑，工作坑设计宽2m，长度和隧道跨度一致，坑内左侧设置爬梯，坑上铺设钢板，以供隧道正常施工使用。
对于同一仰拱块对应的预制块的连接，仰拱块一侧端面上设有凹槽，凹槽位于相邻预制块的结合部、预制块与仰拱垫层的结合部，凹槽配合有连接件；
具体的，所述第一预制块3和第二预制块4、第二预制块4和第三预制块5的接合部及预制块与仰拱垫层8的接合部，均预留有只开设在预制块正面的相同横向凹槽111和弧面凹槽112，用来放置腰铁7，腰铁7采用长方体实心铁块，可以加强预制块之间的横向联系及预制块与仰拱垫层8的竖向联系，增大了整体仰拱的刚度，减小了螺栓使用量；
预制块的顶面上均设置有螺栓槽，相邻预制块之间通过螺栓槽配合连接件连接；预制块顶面对应隧道二衬的位置预留有接头，用于对接二衬；
具体的，三个预制块的顶面均开设有相同的螺栓凹槽113，且预制块的正面、背面及端面均开设有螺栓通孔14；
其中，在本实施例中，其中，第一预制块3和第三预制块5的顶面均预留有6个螺栓凹槽113，其中负责预制块横向连接的螺栓凹槽113共2个，负责预制块纵向连接的螺栓凹槽113共4个；
第二预制块4的顶面预留有6个螺栓凹槽113，负责预制块横向连接的螺栓凹槽113共4个，负责预制块纵向连接的螺栓凹槽113共2个，所有预制块均使用弹性密封垫圈、垫片、螺母和弯螺栓进行连接，拼装时，将弯螺栓由一侧螺栓凹槽113穿向另一侧，再依次安放弹性密封垫圈、垫片和螺母，完成紧固。
装配式仰拱采用的螺栓连接方式，可以短时间内加强预制块的纵横向联系，实现隧道“早成环”理念，保证了隧道结构和施工安全。
对于排水结构，所述第一预制块3和第三预制块5中均设有排水边沟，排水边沟通过横向排水盲管12连通隧道预埋纵向排水盲管81，排水边沟的坡度与隧道整体坡度一致；
需要指出的是，在本实施例中，所述预制块的纵向宽度考虑定为2m，每10m为一个拼装循环，其中第五环的第一预制块3和第三预制块5中预埋横向排水盲管12，隧道所有仰拱预制块的横向排水盲管12均按此原则布置；
横向排水盲管12每五环进行一次套接安装，用三通把横向排水盲管12和隧道纵向排水盲管81连接；
当然，可以理解的是，在不同隧道可以根据实际施工需要来调整拼装循环，比如将预制块的纵向宽度设置为2.5m，每10m为一个拼装循环，对应的第四环的第一预制块和第三预制块中预埋横向排水盲管。
所述第一预制块3和第三预制块5中均预留有纵向贯通的排水边沟13，为方便排水，将排水边沟13的坡度与隧道整体坡度布置为相等。
通过在第一预制块和第三预制块中预留的排水边沟和提前预埋好的横向排水盲管，将隧道的环向排水盲管和纵向排水盲管进行了连通，有效实现了隧道“防、堵、截、排结合,因地制宜,综合治理”的防排水原则。
所述预制块的顶面均预留有吊装孔11，可以方便预制块的吊装作业。
对于接头的结构，所述第一预制块3、第三预制块5和隧道二次衬砌2相结合的部位，均预留有8根钢筋接头15，为加强接合部位的衬砌强度，实际施工二次衬砌2时，可以在钢筋接头15处绑扎适量箍筋。
另外，所述第一预制块3、第二预制块4、第三预制块5的背面和第二预制块4的左右端面均预留有套贴三元乙丙止水橡胶条的止水凹槽10，凹槽轮廓与预制块的轮廓基本一致，环向防水用的软木衬垫只粘贴在预制块的背面，纵向防水用的丁腈软木橡胶板只粘贴在第二预制块4的左右端面；
装配式仰拱通过组合三元乙丙橡胶条和环纵缝的防水材料，加强了隧道仰拱的防水性能，为隧道仰拱的防水构建了除防水板和仰拱基底垫层之外的第三道防水体系。
实施例2
本公开的另一典型实施方式中，如图1-图7所示，提出一种空腔装配式隧道仰拱的施工方法，利用如实施例1所述的空腔装配式隧道仰拱。
包括以下步骤：
对仰拱块进行预处理，对隧道进行预处理，布置仰拱垫层；
依次吊装每个仰拱块，沿隧道纵向延伸方向依次安装仰拱块；
对齐仰拱块内的通道，依次连接相邻的仰拱块；
在仰拱块顶面施做隧道找平层，布设其他附属设施。
具体的，结合实施例1中的各个结构，对施工过程进行详细描述：
对第一预制块、第二预制块和第三预制块在施工现场进行预处理，包括套贴三元乙丙橡胶条和粘贴预制块环向防水用的软木衬垫和预制块纵向防水用的丁腈软木橡胶板；
施工完成隧道初期支护1，采用防水板对隧道进行全包防水，沿隧道底部纵向中心线预埋仰拱垫层8的纵向排水盲管81；
道整体的仰拱垫层8共设置三列弧面凹槽112，每隔2m设置一排弧面凹槽112，要求凹槽形状与预制块上预留弧面凹槽相契和；
施作仰拱垫层8，必须保证弧面平整，经养护，符合设计要求的强度后，将腰铁7安放于仰拱垫层8的弧面凹槽112中，并用锚固剂进行固位；
吊装第二预制块4进行初始定位，接着分别吊装第一预制块3和第三预制块5，再用锚固剂固位腰铁7；
初次安装紧固预制块螺栓，螺栓安装原则遵循“先纵再横”的原则，接着在预制块的接合面横向凹槽111内安放腰铁7，并用锚固剂固位；
对所有安装完成的预制块螺栓进行多次复紧后，用水泥砂浆填堵抹平螺栓凹槽113；
待螺栓凹槽113的水泥砂浆达到设计要求的强度后，施做隧道仰拱找平层6，在找平层6上施做隧道水沟和电缆槽9及其它附属设施。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
1.一种空腔装配式隧道仰拱，其特征在于，包括多排沿隧道延伸方向依次布置的预制块，每排预制块包括依次拼装的第一预制块、第二预制块和第三预制块，单个预制块的几何中心位置均设有沿隧道延伸方向贯通的空腔，空腔的上部为拱形，沿隧道延伸方向的每列预制块对应的空腔依次连通，其中第二预制块对应的空腔用于容纳人员通行。
2.如权利要求1所述的空腔装配式隧道仰拱，其特征在于，每排预制块的底面形成适应仰拱垫层的弧形面，第一预制块和第二预制块结构相同，对称分布在第二预制块的两侧。
3.如权利要求2所述的空腔装配式隧道仰拱，其特征在于，弧形面最低点位于第二预制块的底面上，第二预制块对应空腔的截面积大于第一预制块、第三预制块对应空腔的截面积。
4.如权利要求3所述的空腔装配式隧道仰拱，其特征在于，所述空腔沿对应预制块的中心分布，空腔底部为平面。
5.如权利要求1所述的空腔装配式隧道仰拱，其特征在于，同一排的预制块一侧端面上设有凹槽，凹槽位于相邻预制块的结合部、预制块与仰拱垫层的结合部，凹槽配合有连接件。
6.如权利要求5所述的空腔装配式隧道仰拱，其特征在于，预制块的顶面上均设置有螺栓槽，相邻预制块之间通过螺栓槽配合连接件连接；
预制块顶面对应隧道二衬的位置预留有接头，用于对接二衬。
7.如权利要求1所述的空腔装配式隧道仰拱，其特征在于，所述第一预制块和第三预制块中均设有排水边沟，排水边沟通过横向排水盲管连通隧道纵向排水盲管，排水边沟的坡度与隧道整体坡度一致。
8.如权利要求1所述的空腔装配式隧道仰拱，其特征在于，预制块上设有凹槽，凹槽轮廓与预制块轮廓一致，凹槽内配合有防水橡胶条。
9.如权利要求8所述的空腔装配式隧道仰拱，其特征在于，预制块的背面贴有衬垫，用于实现环向防水，第二预制块的端面贴有橡胶板，用于实现纵向防水。
10.如权利要求1所述的空腔装配式隧道仰拱，其特征在于，预制块的顶面均预留有吊装孔。
技术总结