一种带双侧集水廊道的哑铃型隧底衬砌结构专利检索-.用建筑材料衬砌(E21D11/02E21D11/14优先)专利检索查询-专利查询网

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一种带双侧集水廊道的哑铃型隧底衬砌结构
申请号	CN201711438448.1	申请日	2017-12-27	公开(公告)号	CN108005679A	公开(公告)日	2018-05-08
申请人	中铁二院工程集团有限责任公司;			发明人	陶伟明; 卿伟宸; 林本涛; 张磊; 王芳; 李泽龙; 朱勇; 郑伟; 张慧玲; 钟昌桂; 曾宏飞; 高强;
摘要	一种带双侧集水廊道的哑铃型隧底衬砌结构，以消除地下水对隧道衬砌底部结构的作用，有效解决岩溶或地下水发育地区隧道仰拱上浮变形或隧底结构开裂破坏的问题，确保隧道施工和运营的稳定及安全性。隧道底部横向两侧开挖深槽形成凸形隧底开挖面，于深槽内设置具有槽形空腔的U形墙基构筑体，U形墙基构筑体外侧顶部与拱墙二次衬砌结构两侧边墙底部固接。两侧U形墙基构筑体和凸形隧底开挖面中部之上设置底板，该底板横向两端与拱墙二次衬砌结构两侧底部刚性连接，两侧U形墙基构筑体与底板构成哑铃型隧底结构。底板作为上部道床及列车荷载承载基础和间接承担围岩水平荷载，U形墙基构筑体作为拱墙二次衬砌结构和底板的承载结构，其槽形空腔作为隧道纵向集水廊道。
权利要求	1.一种带双侧集水廊道的哑铃型隧底衬砌结构，包括拱墙初期支护结构(10)、拱墙二次衬砌结构(40)和拱墙范围防水层(20)，其特征是：隧道底部横向两侧开挖深槽形成凸形隧底开挖面(F)，于深槽内设置具有槽形空腔(B)的U形墙基构筑体(42)，U形墙基构筑体(42)外侧顶部与所述拱墙二次衬砌结构(40)两侧边墙底部固接；所述两侧U形墙基构筑体(42)和凸形隧底开挖面(F)中部之上设置底板(41)，该底板(41)横向两端与拱墙二次衬砌结构(40)两侧底部刚性连接，两侧U形墙基构筑体(42)与底板(41)构成哑铃型隧底结构；所述底板(41)作为上部道床及列车荷载承载基础和间接承担围岩水平荷载，所述U形墙基构筑体(42)作为拱墙二次衬砌结构(40)和底板(41)的承载结构，其槽形空腔(B)作为隧道纵向集水廊道。 2.如权利要求1所述的一种带双侧集水廊道的哑铃型隧底衬砌结构，其特征是：所述U形墙基构筑体(42)与凸形隧底开挖面(F)两侧部之间设置找平层(11)，所述底板(41)与凸形隧底开挖面(F)中部之间设置第二找平层(12)。 3.如权利要求1所述的一种带双侧集水廊道的哑铃型隧底衬砌结构，其特征是：所述拱墙范围防水层(20)位于拱墙初期支护(10)结构与拱墙二次衬砌结构(40)之间。 4.如权利要求1所述的一种带双侧集水廊道的哑铃型隧底衬砌结构，其特征是：所述拱墙初期支护结构(10)包括覆盖拱墙围岩的拱墙喷射混凝土层(10a)及沿拱墙梅花形布置的拱墙系统锚杆(10c)。所述拱墙喷射混凝土层(10a)内沿隧道开挖方向间隔布设拱墙钢架(10b)，拱墙喷射混凝土层(10a)内加设钢筋网。
说明书全文	一种带双侧集水廊道的哑铃型隧底衬砌结构技术领域 [0001] 本发明涉及隧道衬砌结构构造，特别涉及一种运用于地下水发育地段、地下水受季节影响不规律地段或岩溶地区的隧道衬砌及结构构造。背景技术 [0002] 为适应我国经济和社会的快速发展，缓解运输能力紧张，实现大能力快速运输，减少环境污染，进入二十一世纪后我国铁路建设高速发展，特别是高速铁路建设进入一个新阶段。特别在西南山区，一方面，由于石灰岩地层广泛分布；另一方面，对高速铁路，线路展线受曲线半径大、地形地质条件复杂等多种因素的制约，导致岩溶隧道规模(数量及长度)迅速增加。由于岩溶及岩溶水发育具有复杂性、多样性及无规律性等特点，长大岩溶隧道修建风险特别是运营风险越来越高。 [0003] 近年来，宜万、沪昆、贵广等高速铁路隧道运营期间发生了若干起无砟道床变形、仰拱及填充隆起等水害事件，引起了铁路设计、施工、建设和运营各方的高度重视。 [0004] 目前设计的隧道大部分为有仰拱衬砌。以单洞双线隧道为例，其结构本身及排水体系均存在缺陷。 [0005] 首先，衬砌结构存在固有缺陷，主要表现为以下方面： [0006] (1)规范要求仰拱与仰拱填充应分开浇筑。此工法在仰拱与填充之间形成施工缝，但地下水通过仰拱环向施工缝渗入仰拱填充底部，约3～4m水头即可导致填充上浮。 [0007] (2)实际施工中，为防止道床施工面被施工车辆破坏，仰拱填充往往采用分层浇筑的方式，道床施工前灌筑的仰拱填充表层(或称整平层)厚度约0.2～0.4m，仅需要0.5～1m高的水头即可导致填充表层上浮，进而引起道床变形。 [0008] (3)由于隧底为圆弧状，开挖控制较困难，多开挖成折线状甚至开挖成平底面，导致仰拱结构实际承载能力不能满足设计要求，一旦雨洪季节，局部排水不畅导致水压上升，造成仰拱结构开裂破坏。 [0009] (4)仰拱结构底部虚渣完全清理干净难度大，加之运营期间由于隧底地下水无法引排，在列车动荷载反复作用下，极易造成隧底翻浆冒泥等灾害。 [0010] 另一方面，传统衬砌结构的排水系统以“隧道体内排水”为主要模式，地下水排放路径为：围岩→初期支护→排水盲管→侧沟→横向排水管→中心水沟，即隧道结构周边的水通过初期支护渗透经由排水盲管引排进入隧道结构本体之内的中心水沟，最终排出洞外。排水系统主要的缺陷在于： [0011] (1)有压地下水的泄压点均位于设置在衬砌主体结构内部，致使衬砌主体结构承受静水压或动水压的范围均较大。 [0012] (2)中心水沟(或侧沟)设于隧道结构之内，主要引排拱墙范围的周边地下水，隧道仰拱以下的积水无法有效引排，一旦在连续降雨或暴雨天气下，局部地段仰拱下裂隙水或管道水因无法及时引排导致水压急剧升高。在高水压作用下，致使隧底仰拱开裂破损。 [0013] (3)隧道处于地下水季节变动带等与外界水力联系紧密的区域，在连续降雨或暴雨天气下，因地下水量骤增，受边墙泄水孔尺寸及间距限制，难以及时将其引排至隧道结构体内的排水沟内，从而引起地下水位急剧升高。在高水压作用下，导致衬砌开裂破坏。 [0014] (4)受道床结构、洞内附属构筑物需要及隧道断面工程经济性的制约，考虑施工难易程度，洞内侧沟或中心水沟的过水断面自由度不大，过水能力受限，往往引起洞内水害。 [0015] 因此，优化衬砌结构，保证排水通畅，消除隧底水压，成为降低地下水发育地段、地下水受季节影响不规律地段及岩溶地区隧道水害风险，保证运营安全的迫切需要。发明内容 [0016] 本发明所要解决的技术问题是提供一种带双侧集水廊道的哑铃型隧底衬砌结构，通过对传统隧道衬砌隧底结构形式进行改造，改变隧底结构受力形式及排水系统，消除地下水对隧道衬砌底部结构的作用，有效解决岩溶或地下水发育地区隧道仰拱上浮变形或隧底结构开裂破坏的问题，确保隧道施工和运营的稳定及安全性。 [0017] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下： [0018] 本发明的一种带双侧集水廊道的哑铃型隧底衬砌结构，包括拱墙初期支护结构、拱墙二次衬砌结构和拱墙范围防水层，其特征是：隧道底部横向两侧开挖深槽形成凸形隧底开挖面，于深槽内设置具有槽形空腔的U形墙基构筑体，U形墙基构筑体外侧顶部与所述拱墙二次衬砌结构两侧边墙底部固接；所述两侧U形墙基构筑体和凸形隧底开挖面中部之上设置底板，该底板横向两端与拱墙二次衬砌结构两侧底部刚性连接，两侧U形墙基构筑体与底板构成哑铃型隧底结构；所述底板作为上部道床及列车荷载承载基础和间接承担围岩水平荷载，所述U形墙基构筑体作为拱墙二次衬砌结构和底板的承载结构，其槽形空腔作为隧道纵向集水廊道。 [0019] 本发明的有益效果主要体现在如下几个方面： [0020] 1、隧底采用底板结构，开挖作业更方便，克服了传统衬砌形式仰拱基础开挖曲率不易控制等问题。相比较于传统隧底为仰拱形式的衬砌结构，节约建筑材料，有效减少工程建设投资； [0021] 2、隧底采用底板结构，其上不需施作混凝土填充体，有效避免了传统曲墙带仰拱衬砌由于地下水通过仰拱施工缝进入仰拱与仰拱填充缝隙间挤压破坏填充体，导致轨道结构破坏； [0022] 3、底板两端支撑在拱墙二次衬砌结构底部，能将边墙承受的围岩水平荷载转移到底板结构上，可减小边墙及边墙底部U形墙基构筑体水平方向位移，确保结构的稳定，且有效防止两侧U形墙基挤压隧底围岩而导致隧底围岩变形隆起； [0023] 4、隧底两侧设置U形墙基，可节省圬工，利用其槽形空腔作为纵向排水通道，过水断面尺寸设置的自由度高，过水能力大，可取代传统设计中在地下水发育地段设置的泄水洞，平均每公里隧道工程可节省工程造价超过一千万以上，经效益十分显著； [0024] 5、纵向排水通道位于底板底面以下，能有效疏干拱墙范围及隧底地下水并将地下水，确保将地下水位降至隧底标高以下，彻底消除地下水对隧道衬砌底部结构的作用。 [0025] 本发明通过对传统隧道衬砌隧底结构形式进行改造，改变隧底结构受力形式及排水系统，消除了地下水对隧道衬砌底部结构的作用，有效了解决岩溶或地下水发育地区隧道仰拱上浮变形或隧底结构开裂破坏的问题，从而确保隧道施工和运营的稳定及安全性。附图说明 [0026] 本说明书包括如下二幅附图： [0027] 图1为本发明一种带双侧集水廊道的哑铃型隧底衬砌结构的断面图； [0028] 图2为图1中A局部的放大图。 [0029] 图中示出构件、部位名称及所对应标记拱墙初期支护结构10、拱墙喷射混凝土层10a、拱墙钢架10b、拱墙系统锚杆10c、找平层11、第二找平层12、拱墙范围防水层20、拱墙二次衬砌结构40、底板41、U形墙基构筑体42、槽形空腔B、凸形隧底开挖面F。具体实施方式 [0030] 下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。 [0031] 参照图1，本发明一种带双侧集水廊道的哑铃型隧底衬砌结构，包括拱墙初期支护结构10、拱墙二次衬砌结构40和拱墙范围防水层20。隧道底部横向两侧开挖深槽形成凸形隧底开挖面F，于深槽内设置具有槽形空腔B的U形墙基构筑体42，U形墙基构筑体42外侧顶部与所述拱墙二次衬砌结构40两侧边墙底部固接。所述两侧U形墙基构筑体42和凸形隧底开挖面F中部之上设置底板41，该底板41横向两端与拱墙二次衬砌结构40两侧底部刚性连接，两侧U形墙基构筑体42与底板41构成哑铃型隧底结构。所述底板41作为上部道床及列车荷载承载基础和间接承担围岩水平荷载，所述U形墙基构筑体42作为拱墙二次衬砌结构40和底板41的承载结构，其槽形空腔B作为隧道纵向集水廊道。 [0032] 参照图1，利用两侧深槽内的U形墙基构筑体42的槽形空腔B作为隧道纵向集水廊道，过水断面尺寸设置的自由度高，过水能力大，可取代传统设计中在地下水发育地段设置的泄水洞，平均每公里隧道工程可节省工程造价超过一千万以上。纵向排水通道位于底板41底面以下，能有效疏干拱墙范围及隧底地下水并将地下水，确保将地下水位降至隧底标高以下，彻底消除地下水对隧道衬砌底部结构的作用。底板41两端支撑在拱墙二次衬砌结构40底部，能将边墙承受的围岩水平荷载转移到底板结构上，可减小边墙及边墙底部U形墙基构筑体42水平方向位移，确保结构的稳定，并有效防止两侧U形墙基挤压隧底围岩而导致隧底围岩变形隆起。 [0033] 参照图1，所述U形墙基构筑体42与凸形隧底开挖面F两侧部之间设置找平层11，所述底板41与凸形隧底开挖面F中部之间设置第二找平层12。 [0034] 参照图1和图2，所述和图2拱墙范围防水层20位于拱墙初期支护10结构与拱墙二次衬砌结构40之间。所述拱墙初期支护结构10包括覆盖拱墙围岩的拱墙喷射混凝土层10a及沿拱墙梅花形布置的拱墙系统锚杆10c。所述拱墙喷射混凝土层10a内沿隧道开挖方向间隔布设拱墙钢架10b，拱墙喷射混凝土层10a内加设钢筋网。 [0035] 以上所述只是用图解说明本发明一种带双侧集水廊道的哑铃型隧底衬砌结构的一些原理，并非是要将本发明局限在所示和所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。