CN103206221B - 大跨度重荷载推力拱式明洞结构 - Google Patents

Abstract

大跨度重荷载推力拱式明洞结构，以使明洞具有更大的跨度和承受更大荷载，而且可有效降低工程成本。它包括：左侧边墙（11）、右侧边墙（12），片石混凝土结构；底板（20），混凝土或者钢筋混凝土结构，两端分别与左侧边墙（11）、右侧边墙（12）固结；拱圈（30），混凝土或者钢筋混凝土结构，两端分别与左侧边墙（11）、右侧边墙（12）顶部固结。

Description

大跨度重荷载推力拱式明洞结构

技术领域

本发明涉及隧道结构，特别涉及一种大跨度重荷载推力拱式明洞结构。

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，保证结构安全的隧道衬砌结构厚度不断增加，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。而这在实际工程中几乎不能实施应用，而其属于大体积混凝土，大体积混凝土比较厚，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。

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大温度裂缝，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重荷载推力拱式明洞结构，以使明洞具有更大的跨度和承受更大荷载，而且可有效降低工程成本。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

本发明大跨度重荷载推力拱式明洞结构，其特征是它包括：左侧边墙、右侧边墙，片石混凝土结构；底板，混凝土或者钢筋混凝土结构，两端分别与左侧边墙、右侧边墙固结；拱圈，混凝土或者钢筋混凝土结构，两端分别与左侧边墙、右侧边墙顶部固结。

本发明的有益效果是，与一般明洞相比，充分发挥混凝土受压性能，拱部厚度明显减薄，节省材料用量，并降低水化热影响；结构受力更加合理，能承受更大荷载，为大跨度、高强度地下工程的发展提供了新的结构形式；60％～75％的衬砌圬工由混凝土或钢筋混凝土改为片石混凝土，可有效降低工程成本。

附图说明

本说明书包括如下一幅附图：

图1是本发明大跨度重荷载推力拱式明洞结构的断面图。

图中示出构件及所对应的标记：左侧边墙11、右侧边墙12、连接钢筋21、底板20、拱圈30、连接钢筋31。

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，本发明的大跨度重荷载推力拱式明洞结构，其特征是它包括：左侧边墙、右侧边墙，片石混凝土结构；底板，混凝土或者钢筋混凝土结构，两端分别与左侧边墙、右侧边墙固结；拱圈，混凝土或者钢筋混凝土结构，两端分别与左侧边墙、右侧边墙顶部固结。由边墙(左侧边墙11、右侧边墙12)、底板20和拱圈30形成共同受力的组合结构，与一般明洞结构相比，该组合结构整体可承受较大的荷载，能使拱圈30做得更薄或者跨度更大。通过设置拱圈30合理的曲度，可以使拱圈30载荷接近合理拱轴线，使混凝土充分发挥受压性能，减少混凝土材料使用量，减少水化热产生的不利影响。左侧边墙11、右侧边墙12用于承受拱圈30传递的应力，使拱圈30受力更均匀、合理。左侧边墙11、右侧边墙12采用片石混凝土砌筑替代60％～75％的衬砌圬工，既降低了造价又减少了混凝土水化热的产生。

与类似承载力的明洞结构对比计算后发现，拱圈顶部厚度1.0m的推力拱结构受力情况优于拱部厚度2.6m的一般明洞结构，前者所受最大弯矩比后者减小了79％，最大压应力减小了44％，最大剪应力减小了44％。

参照图1，所述拱圈30两端通过埋设的连接钢筋31与左侧边墙11、右侧边墙12顶部固结。所述底板20通过埋设的连接钢筋21与左侧边墙11、右侧边墙12固结。连接钢筋31、21用于增强接头处的抗弯能力与抗剪能力。

参照图1，拱圈30为混凝土或钢筋混凝土结构，其材质、标号、厚度、拱圈高度a和拱圈跨度b根据结构设计需要确定。左侧边墙11、右侧边墙12采用片石混凝土砌筑，根据结构计算确定其标号、高度H、竖向台阶长度L₁及水平台阶长度L₂。底板20为混凝土或钢筋混凝土结构，其材质、标号及厚度根据结构设计需要确定。

以上所述只是用图解说明本发明大跨度重荷载推力拱式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 (3)

1.大跨度重荷载推力拱式明洞结构，其特征是它包括：左侧边墙(11)、右侧边墙(12)，片石混凝土结构；底板(20)，混凝土或者钢筋混凝土结构，两端分别与左侧边墙(11)、右侧边墙(12)固结；拱圈(30)，混凝土或者钢筋混凝土结构，两端分别与左侧边墙(11)、右侧边墙(12)顶部固结。

2.如权利要求1所述的大跨度重荷载推力拱式明洞结构，其特征是：所述拱圈(30)两端通过埋设的连接钢筋(31)与左侧边墙(11)、右侧边墙(12)顶部固结。

3.如权利要求1所述的大跨度重荷载推力拱式明洞结构，其特征是：所述底板(20)通过埋设的连接钢筋(21)与左侧边墙(11)、右侧边墙(12)固结。