CN105781568A - 一种补偿收缩高抗力隧道结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种补偿收缩高抗力隧道结构，包括隧道内净空结构、二次衬砌层、初期支护层和围岩，从内至外依次为隧道内净空结构、二次衬砌层、初期支护层和围岩，所述二次衬砌层采用新奥法施工和复合式衬砌结构，复合式衬砌的喷射混凝土和二次衬砌混凝土中掺加5‑15％的微膨胀剂，解决隧道结构混凝土硬化过程中因收缩、温差等原因而导致的裂缝，并能提高围岩抗力、限制围岩的塑性变形和软岩的长期蠕变的隧道结构。
Description
技术领域
本发明涉及隧道设计施工技术领域，具体涉及一种补偿收缩高抗力隧道结构，解决隧道结构混凝土硬化过程中因收缩、温差等原因而导致的裂缝，并能提高围岩抗力、限制围岩的塑性变形和软岩的长期蠕变的隧道结构。
背景技术
近几年来一方面是公路隧道大量新建，另一方面隧道的病害问题日益凸显，而病害问题尤其集中在裂缝、渗漏水等方面，已不仅关系到混凝土结构的外观，也严重影响到结构的安全性，甚至对国家的经济建设和可持续发展也构成了严重威胁。
隧道衬砌裂缝一方面是由于衬砌结构处于复杂的围岩地质体中，受到周围岩体变形压力、松动压力、周围不均匀力学性态、温度和收缩应力作用、膨胀围岩压力、冻涨压力、腐蚀性介质作用、运营车辆的循环荷载作用等，导致隧道混凝土衬砌结构产生裂缝和变形。另一方面也与隧道衬砌混凝土的原材料、环境、设计和施工质量等息息相关。
关于隧道衬砌裂缝的种类，按其产生原因可分为结构性裂缝及非结构性裂缝2类，即：
(1)结构性裂缝：由外荷载(静、动荷载)直接应力引起的裂缝和次应力引起的裂缝，包括压裂性裂缝、拉裂性裂缝、剪切性裂缝。
(2)非结构性裂缝：由变形变化引起的裂缝，包括结构因收缩膨胀、温度湿度变化、不均匀沉陷、化学腐蚀和施工工艺等因素引起的裂缝。
据国内外调查资料表明，隧道结构产生的裂缝属于荷载引起的结构性裂缝约占20％；属于变形变化引起的非结构性裂缝则高达占80％左右，其中以收缩裂缝为主导。
发明内容
针对以上问题，本发明提供了一种补偿收缩高抗力隧道结构，解决隧道结构混凝土硬化过程中因收缩、温差等原因而导致的裂缝，并能提高围岩抗力、限制围岩的塑性变形和软岩的长期蠕变的隧道结构。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种补偿收缩高抗力隧道结构，包括隧道内净空结构、二次衬砌层、初期支护层和围岩，从内至外依次为隧道内净空结构、二次衬砌层、初期支护层和围岩，所述二次衬砌层采用新奥法施工和复合式衬砌结构，复合式衬砌的喷射混凝土和二次衬砌混凝土中掺加5-15％的微膨胀剂。
进一步地，所述膨胀剂为HCSA高性能混凝土膨胀剂、HEA膨胀剂、CSA硫铝酸钙膨胀剂或UEA膨胀剂。
进一步地，该隧道结构自应力在0.2-1.5MPa之间。
本发明的有益效果：
本发明解决了隧道结构混凝土硬化过程中因收缩、温差等原因而导致的裂缝，并能提高围岩抗力、限制围岩的塑性变形和软岩的长期蠕变的隧道结构，该结构采用微膨胀剂替代一定比例的水泥，能在混凝土硬化过程中产生膨胀，补偿普通混凝土的收缩，防止裂缝，同时提高围岩抗力、限制围岩的塑性变形和软岩的长期蠕变。施工工艺成熟、原材料简单、施工质量可控，能降低隧道结构的后期养护成本。
附图说明
图1为本发明的隧道横断面图。
附图中，1-隧道内净空结构，2-二次衬砌层，3-初期支护层，4-围岩。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例：
一种补偿收缩高抗力隧道结构，包括隧道内净空结构1、二次衬砌层2、初期支护层3和围岩4，从内至外依次为隧道内净空结构1、二次衬砌层2、初期支护层3和围岩4，所述二次衬砌层2采用新奥法施工和复合式衬砌结构，复合式衬砌的喷射混凝土和二次衬砌混凝土中掺加5-15％的微膨胀剂。
进一步地，所述膨胀剂为HCSA高性能混凝土膨胀剂、HEA膨胀剂、CSA硫铝酸钙膨胀剂或UEA膨胀剂。
进一步地，该隧道结构自应力在0.2-1.5MPa之间。
本发明通过在隧道结构混凝土胶凝材料中掺加一定比例的微膨胀剂，从而抵抗混凝土硬化过程中因收缩而开裂，同时提高围岩抗力、限制围岩的塑性变形和软岩的长期蠕变，减小围岩松动荷载，提高围岩及隧道整体稳定性，因此，该结构可用于任何地层和隧道中，简化施工，缩短工期，永久防水。
本发明隧道施工仍可采用传统新奥法的全断面法、台阶法、分部开挖法等，分部开挖法包括台阶分部开挖法、单侧壁导坑法、双侧壁导坑法、CRD开挖等；隧道结构仍可采用复合式衬砌，即隧道开挖后分两次进行支护，初期支护为格栅钢拱架或型钢钢拱架+钢筋网+喷射混凝土；等初期支护基本稳定后进行二次衬砌，二次衬砌为模筑混凝土。初期支护和二次衬砌在完成后共同受力。在喷射混凝土和二次衬砌中掺加一定比例的微膨胀剂，掺加比例通常在5-15％之间，膨胀剂可采用HCSA高性能混凝土膨胀剂、HEA膨胀剂、CSA硫铝酸钙膨胀剂和UEA膨胀剂等。
基于上述，本发明解决隧道结构混凝土硬化过程中因收缩、温差等原因而导致的裂缝，并能提高围岩抗力、限制围岩的塑性变形和软岩的长期蠕变的隧道结构。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种补偿收缩高抗力隧道结构，其特征在于：包括隧道内净空结构、二次衬砌层、初期支护层和围岩，从内至外依次为隧道内净空结构、二次衬砌层、初期支护层和围岩，所述二次衬砌层采用新奥法施工和复合式衬砌结构，复合式衬砌的喷射混凝土和二次衬砌混凝土中掺加5-15％的微膨胀剂。
2.根据权利要求1所述的一种补偿收缩高抗力隧道结构，其特征在于，所述膨胀剂为HCSA高性能混凝土膨胀剂、HEA膨胀剂、CSA硫铝酸钙膨胀剂或UEA膨胀剂。
3.根据权利要求1所述的一种补偿收缩高抗力隧道结构，其特征在于，该隧道结构自应力在0.2-1.5MPa之间。
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