CN103147771A - 一种大跨度高回填明洞结构 - Google Patents

Abstract

一种大跨度高回填明洞结构，在保证结构受力安全前提下，减少混凝土衬砌结构厚度，并满足其结构安全性和耐久性要求。它包括：左边墙（11）和右边墙（12），分别浇筑于明洞断面横向侧；底板（13），浇筑于左边墙（11）、右边墙（12）下端之间；桁架式拱顶（20），钢筋混凝土结构，设置在左边墙（11）、右边墙（12）的上端且与之固结为一体。

Description

一种大跨度高回填明洞结构

技术领域

本发明涉及隧道结构，特别涉及一种大跨度高回填明洞结构。

背景技术

考虑节约工程造价、预留规划用地、减少运营风险等要求，铁路、公路设计中在高边坡、危岩落石地段或有规划需要而无法绕避的段落采用隧道明洞方案通过，尤其是在多山地区修建铁路，受车站设置要求，经常出现大跨高回填隧道衬砌结构。隧道衬砌跨度已由一般单、双线隧道发展到三线、四线隧道，甚至更多线隧道，伴随隧道跨度的不断突破，隧道明洞衬砌回填土厚度及荷载在不断增加，保证安全的明洞结构厚度不断增加，甚至出现2m以上超厚衬砌结构。大跨、高回填荷载超厚大体积混凝土衬砌结构在变形、安全性、耐久性等方面面临新的挑战和新的技术难题，关于超厚回填土超大跨度明洞断面型式、衬砌结构形式等设计参数及明洞的施工工艺问题亟待解决。

现有隧道衬砌结构有复合式衬砌或整体式明洞衬砌，双线隧道复合式衬砌结构厚度一般小于55cm，整体式明洞衬砌结构厚度一般小于80cm，普通衬砌设计荷载较小，尤其是明洞衬砌设计荷载一般小于4m回填土荷载，衬砌结构型式均采用实心混凝土或实心钢筋混凝土断面。随着大跨、大断面隧道建设的不断增多，隧道衬砌设计荷载的不断增大，使得隧道衬砌传统修建技术及理论面临的问题越来越多。

尽管我国在近十年里也很重视隧道明洞建设技术的提高，但至今仍无统一的勘察设计规范，同类工程在设计和施工方面差别比较大。为防护一般的落石、崩坍，公路隧道设计规范（JTGD70-2004）明确规定明洞填土厚度不得小于1.5m，但对于明洞衬砌洞顶最大回填土厚度未做要求。规范规定的洞顶填土厚度不小于1.5m，只考虑了承受边、仰坡的少量坍塌，当边、仰坡有病害，未来有可能发生较大坍塌时，则应适当增加洞顶回填土厚度以确保明洞的稳定和安全。往往实际工程中为恢复洞口开挖前的原始地貌，甚至在原始地貌增加覆土厚度以达到某种建筑或工程需求。洞顶填土厚度增加，势必会增加洞顶上方荷载，导致明洞衬砌结构产生较大内力。工程经验表明当明洞上方填土高度大于三十米后，常规断面明洞衬砌的厚度往往大于2m，以贵阳枢纽东北环线龙洞堡机场隧道高回填明洞衬砌结构研究为例，采用净跨25m回填高度33m的传统拱形明洞衬砌结构，如采用常规设计，拱部衬砌厚度需达到2.6m，仰拱处则达到2.8m，并采用加强配筋才能满足承载力要求。这在实际工程中属于大体积混凝土，施工浇筑难度大、施工质量难于控制，且混凝土导热系数比较小，往往会造成温度裂缝，大体积混凝土隧道衬砌结构难于满足结构安全性和耐久性要求，不能实施应用。

由此可见，当明洞衬砌跨度大且上方填土较高时，即使对明洞断面进行整体优化，依旧不可避免地会对明洞衬砌内部产生较大的内力。如果一味增加衬砌厚度，既造成大量圬工浪费，又会因为大体积混凝土水化热无法有效消除而产生较多温度裂缝，导致明洞衬砌耐久性无法得到保障。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种大跨度高回填明洞结构，在保证结构受力安全前提下，减少混凝土衬砌结构厚度，并满足其结构安全性和耐久性要求。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

本发明的一种大跨度高回填明洞结构，其特征是它包括：左边墙和右边墙，分别浇筑于明洞断面横向侧；底板，浇筑于左边墙、右边墙下端之间；桁架式拱顶，钢筋混凝土结构，设置在左边墙、右边墙的上端且与之固结为一体。

本发明的有益效果是，截面竖向抗弯刚度大，在弯矩较大的工况下可以更好地发挥材料的力学性能，可根据受力大小而灵活改变各构件的刚度和截面特点，展现了良好的经济性能；自重轻、抗震性能好，能减小拱圈混凝土结构厚度，减少水化热及有害裂缝的产生，有效提高结构抗渗性、整体性，确保明洞结构工程质量和耐久性，减少隧道工程投入运营后的维修费用，延长工程使用寿命，降低寿命期的成本；桁架式拱顶内存在可供设备安装及其他空间利用，可以为车站隧道、大跨隧道及特殊隧道衬砌结构管线、通风、设备安装等提供有利空间，使隧道衬砌既受力安全又开发了地下空间。

附图说明

本说明书包括如下一幅附图：

图1是本发明一种大跨度高回填明洞结构的断面图；

图中示出构件及所对应的标记：左边墙11、右边墙12、底板13、桁架式拱顶20、拱圈21、系梁22、竖梁23。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

参照图1，本发明一种大跨度高回填明洞结构包括：左边墙11和右边墙12，分别浇筑于明洞断面横向侧；底板13，浇筑于左边墙11、右边墙12下端之间；桁架式拱顶20，钢筋混凝土结构，设置在左边墙11、右边墙12的上端且与之固结为一体。与传统拱形明洞衬砌结构相比，有如下优点：截面竖向抗弯刚度大，在弯矩较大的工况下可以更好地发挥材料的力学性能，可根据受力大小而灵活改变各构件的刚度和截面特点，展现了良好的经济性能；自重轻、抗震性能好，能减小拱圈混凝土结构厚度，减少水化热及有害裂缝的产生，有效提高结构抗渗性、整体性，确保明洞结构工程质量和耐久性，减少隧道工程投入运营后的维修费用，延长工程使用寿命，降低寿命期的成本；桁架式拱顶内存在可供设备安装及其他空间利用，可以为车站隧道、大跨隧道及特殊隧道衬砌结构管线、通风、设备安装等提供有利空间，使隧道衬砌既受力安全又开发了地下空间。

图1中示出了桁架式拱顶20的一种具体结构，即所述拱桁架式拱顶20由拱圈21、系梁22和竖梁23构成，系梁22的两端固结于拱圈21的拱脚部位，竖梁23沿横向间隔设置，其两端与拱圈21、系梁22固结。拱圈21主要承担竖向荷载产生的弯矩，竖梁22主要传递竖向荷载，系梁22主要平衡拱圈21的推力。

以某隧道高回填明洞的设计为例，如采用净跨25m回填高度33m的传统拱形明洞衬砌结构，弯矩集中在拱部与仰拱，拱部厚度达到2.6m，仰拱处则达到2.8m。而采用本发明的一种大跨度高回填明洞结构，弯矩集中在左边墙11、右边墙12及墙角处，而轴力在拱圈21及左边墙11、右边墙12处较大，拱圈21厚度仅为1.2m，仰拱部底板13厚度仅为1.8m。与传统拱形明洞衬砌结构相比较，混凝土浇筑量减少15%～25%，钢筋设置量减小20%～28%，由于衬砌厚度的减小，衬砌水化热温差减小6～11℃，能有效减低水化热产生的有害裂缝。

以上所述只是用图解说明本发明一种大跨度高回填明洞结构的一些原理,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。

Claims (2)

1.一种大跨度高回填明洞结构，其特征是它包括：左边墙（11）和右边墙（12），分别浇筑于明洞断面横向侧；底板（13），浇筑于左边墙（11）、右边墙（12）下端之间；桁架式拱顶（20），钢筋混凝土结构，设置在左边墙（11）、右边墙（12）的上端且与之固结为一体。

2.如权利要求1所述的一种大跨度高回填明洞结构，其特征是：所述拱桁架式拱顶（20）由拱圈（21）、系梁（22）和竖梁（23）构成，系梁（22）的两端固结于拱圈（21）的拱脚部位，竖梁（23）沿横向间隔设置，其两端与拱圈（21）、系梁（22）固结。