CN106460510B - 构建隧道的建造元件和包括其的隧道及其构建方法 - Google Patents

Abstract

一种构造元件，用于构建隧道，包括混凝土的第一不可压缩层(6)，和牢固地紧固至第一层(6)的第二可压缩层(7)，以形成单块预制造构造元件，其构造为在隧道的构建期间包含在隧道的部分中，第二层(7)包括多个装置(8)，其每个具有包含空的空间(10)的硬实本体(9)。

Description

构建隧道的建造元件和包括其的隧道及其构建方法

技术领域

本发明涉及隧道的构建，特别是地下隧道，并涉及这样的隧道的建造元件。

背景技术

在隧道的领域中，通常在地下挖出空腔，然后隧道利用拱砌块形成在该空腔中。一旦彼此组装，拱砌块对应于构成隧道的环形部分的元件。当空腔在地下挖出时，地的平衡改变，且或多或少施加密集的推力，其倾向于关闭由此形成的空腔，该现象称为“地会聚(ground convergence)”。

可引用法国专利申请FR1200989，其披露了一种包括覆盖隧道外壁的涂层的地面会聚衰减系统，且其包括每个设置有通孔的装置。这些具有通孔的装置在涂层中产生自由空间，称为残余容积，其特别是参与地面会聚的衰减。特别地，地面的推力倾向于占据残余容积，即未被装置占据的容积，这允许推力被衰减。但是为了构建涂层，装置必须注射在隧道的外壁和地面的内壁之间限定的空间中。但是，当执行隧道的建造时，地面元件可粘合在被限定空间中，且可阻碍装置的注射，这可防止装置以均匀的方式围绕隧道的外壁布置。

还可以引用英国专利申请GB 2013757，其披露了一种由预制造的混凝土拱砌块构建隧道的方法。在用于构建隧道之前，每个预制造混凝土拱砌块包括可压缩材料(诸如聚乙烯泡沫)层，其粘在拱砌块外表面上。但是泡沫是不稳定的，可以随时间分解，导致机械压缩和变形属性的损失。此外，这样的合成材料泡沫可导致污染。

因此有利的是，提供一种适于构建隧道的建造元件，和由这样的元件构建的隧道，以及特别地提供用于构建这样的元件和这样的隧道的方法。

发明内容

本发明的一个目的在于缓解如上所述的缺点，特别是提供容易实现和实施的器件，以衰减施加在隧道上的地会聚。

根据一个方面，提出一种构造元件，用于构建隧道，包括混凝土的第一不可压缩层，和牢固地紧固至第一层的第二可压缩层，以形成单块预制造构造元件，其构造为包含在隧道的部分中。

第二层包括多个装置，其每个具有包含空的空间的硬实本体。

由此提供了预制造构造元件，其适于构建隧道的部分。这样的单块构造元件容易操作，且其制造可被监控，以便获得均一的隧道部分，以便掌控地会聚方面的隧道性能。此外，装置的空的空间确定第二层的可压缩性。换句话说，空的空间允许地会聚，且释放施加在第一层上的应力。

第二层可包括每个设置有通孔的装置。

第二层可还包括硬实本体限定至少一个封闭空腔的装置。

装置的硬实本体可由陶瓷制成。

装置的硬实本体可覆盖有粘合剂膜，以将装置牢固地紧固至第一层。

粘合剂泡沫可由砂浆制成。

构造元件可还包括位于第二层上的第三保护层。第二层由此被保护以保留其完好性，例如在构造元件在隧道部分中的装配在位之前在构造元件的运输期间。

根据另一方面，提出一种隧道，其位于在地中挖空的空腔中，隧道的至少一个部分由至少一个如前所述的两层构造元件构建。

每个两层构造元件可包括位于第二层上的第三保护层，且隧道可包括占据限定在第三保护层和地面之间的自由空间的填充产品。

根据另一方面，已经提出一种用于制造构造元件的方法，用于构建隧道，包括以下步骤：

-制造混凝土的第一不可压缩层；和

-制造牢固地紧固至第一层的第二可压缩层，以形成单块预制造构造元件，其构造为包含在隧道的部分中。

在该方法中，第二层由多个装置制造，其每个具有包含空的空间的硬实本体。

第二层可包括每个设置有通孔的装置和/或硬实本体限定至少一个封闭空腔的装置。

第二层的制造可包括以下步骤：

-用粘结剂膜覆盖装置的硬实本体；和

-将被覆盖的装置浇在第一层上。

该方法可还包括保护步骤，其中，第三保护层布置在第二层上。

根据又一方面，提出一种构建隧道的方法，其包括以下步骤：

-通过隧道钻机在地中形成空腔；

-随着隧道钻机逐渐行进，形成位于空腔内的隧道的部分，至少一个部分由至少一个如前所述的两层构造元件构建。

每个两层构造元件可包括位于第二层上的第三保护层，且限定在第三保护层和地之间的自由空间可通过填充产品填充。

附图说明

其他优势和特征将从本发明的特定实施例和实施方式的以下描述更加清楚显示，其出于非限制性例子目的给出，且在附图中示出，其中：

图1示意性地示出根据本发明的隧道的实施例的横截面视图；

图2示意性地示出根据本发明的构造元件的实施例；

图3示意性地示出在地会聚之后的平衡状态；

图4示意性地示出设置有通孔的装置的实施例的透视图；

图5示意性地示出图4的装置的横截面视图；

图6示意性地示出设置有通孔的装置的另一实施例的顶视图；

图7示意性地示出沿图6的A-A线的横截面视图；

图8示意性地示出构造元件的另一实施例；

图9示意性地示出设置有封闭空腔的装置的实施例的透视图；

图10示意性地示出图9的装置的横截面视图；

图11示意性地示出图9的装置的左侧视图；

图12至18示意性地示出用于构建建造元件的方法的实施模式的主要步骤；

图19示意性地示出构建图1的隧道的隧道钻机的横截面视图；和

图20示意性地示出图19的细节的横截面视图。

具体实施方式

概括地说，尽管本发明在隧道领域获得特别的优势，其可还应用于在地下空腔中构建且构造为抵抗地会聚的任何系统，例如局部或全部埋入的接收座或箱体。

在图1中，已经示出在空腔2中构建的隧道1，该空腔2在地3中挖空，换句话说，其是地下隧道。隧道1可以是敞开的，且是倒U形的，且可还是封闭的，且可具有卵形或任何其他形状。优选地，隧道1具有大体管状的形状。隧道1包括位于空腔2内的部分4。至少一个部分4且优选地每个部分4由组装在一起的构造元件5构建。至少一个构造元件5包括混凝土的第一不可压缩层6。例如，当隧道1的部分4具有环形形状时，第一层6具有弯曲六面体的形状。构造元件5还包括第二可压缩层7，其牢固地紧固至第一层6，以形成单块类型的预制造构造元件5。构造元件5被预制造，即，其在隧道1被构建之前制造。换句话说，构造元件5预先构建，且多个构造元件5然后组装到彼此，以便构建隧道1的部分4。由此避免了通过在拱砌块和地3之间注射材料而形成衰减涂层的必要性。构造元件5实际上事先包含可压缩层7，且因此具有一体的机械衰减属性。此外，单块元件是指可移动元件，其在运输时保持物理完成性和其机械属性，例如当元件从其制造区域移动到其被放置的隧道1的部分4的位置时。换句话说，构造元件5被构造为包含在隧道1的部分4中，且特别地包含在被构建的部分4中。

概括地说，第二层7包括多个装置8，如图2和8所示，每个具有包含空的空间的硬实本体9。在本体中包含的空的空间是装置本体限定的封闭或敞开空腔。第二层7是可压缩的，即，当地3的会聚发生时，其可变形。特别地，装置8具有可变形的硬实本体9。这意味着，装置可变形——通过破坏或弯曲，特别是由于它们的空的空间10——以允许第二层7的变形。第二层7还包括间隙7a，即，空的空间，其位于装置8之间。由此设置具有残余容积的可压缩层7，其通过装置8和间隙7a的每个的空的空间的总和构成，这提供了地3的会聚的衰减属性。实际上，在初始状态，地3在隧道1上施加初始会聚压力。由于地3的移动，地将倾向于朝向空腔2的内侧会聚。装置8的变形将由此允许地3朝向隧道1的内侧逐渐地移动，直到地3占据平衡状态。在平衡状态，会聚压力小于初始压力。第二可压缩层7因此允许地面会聚被衰减，直到实现平衡状态，为此会聚压力由构造元件5支撑，即，第一不可压缩层6不能在平衡时在会聚压力下破坏。

例如，装置8可由陶瓷制成。陶瓷提供了良好的阻力，同时可破坏，以高效地衰减地3的会聚。当装置8的本体9破坏时，地3可朝向隧道1的内侧会聚。装置8可还由玻璃、由水泥或由砂浆制成，其正如陶瓷一样是可由于地3的会聚作用破坏的材料。作为变体，装置8可由金属或由可变形塑料材料制成。当装置8具有可变形本体时，它们还允许地面会聚被衰减。

在图2中，已经展示了优选实施例，其中，第二可压缩层7的装置8每个包括设置有通孔10的本体9(随后在图4至7中示出)。包含在隧道的部分中的构造元件5还在图2中示出。预制造构造元件5是单块且包括混凝土的第一层6和装置8形成的第二可压缩层7。当第一层6具有弯曲六面体形状时，构造元件5则形成拱砌块，其具有可压缩部件7，其构造为形成隧道1的环形部分。第二层7的厚度E根据期望获得的地3的会聚的衰减被选择。特别地，厚度E根据地3关于其初始位置的移动被选择，其可被构造元件5支撑。在初始位置中，地3处于距第一层6的外表面的初始距离Gi处。初始距离Gi对应于第二层7的初始厚度E、第三保护层12的厚度和自由空间F的厚度之间的总和。此外，厚度E还取决于装置8的可压缩性。装置8还覆盖有粘结剂膜11，以将它们牢固地紧固至第一层6。特别地，粘结剂膜11允许装置8被牢固地紧固至彼此和至第一混凝土层6。以此方式，构造元件5是单块的，且当隧道的形成发生时，可移动以被包含在隧道的部分中。粘结剂膜11优选地包括砂浆，其高效地粘合到混凝土第一层6。就砂浆而言，其包括水泥、沙和水。砂浆是可硬化的，且硬化以将装置8粘合至彼此，且允许装置粘合到第一层6。特别地，粘合剂膜11覆盖装置8的外表面，而没有阻挡通孔10。其他粘结剂元件可用于覆盖装置8，例如环氧树脂胶等。

有利地，构造元件5可包括位于第二层7上的第三保护层12。更特别地，第三保护层12是与第一和第二层6、7相比薄的层。以总体的方式，第三保护层12粘合至第二层7，以将其机械地紧固至第二层7。第三保护层12保护第二层7不受冲击，例如当构造元件5被处理时，以防止装置8的本体9的破坏，特别是位于构造元件5的周边的那些。以总体的方式，当隧道的部分被构建时，自由空间F通常在空腔的内表面和隧道的部分的外表面(即，构造元件5的外表面)之间构建。当构造元件5没有包括第三保护层时，部分的外表面对应于第二层7的外表面，如图8所示。当构造元件5包括第三保护层12时，外表面是第三保护层12的外表面，如图2所示。但是，为了地3没有塌陷到自由空间F且破坏部分，填充产品23——诸如砂浆或砾石——被注入以填充该自由空间F。在第二层7包括具有通孔10的装置8的情况下，第三保护层12——其还对于用于填充自由空间F的填充产品23是不可穿透的——布置在第二层7上。在该情况下，第三保护层12特别地防止装置8的第一层的通孔10填充有填充产品23。第三保护层12防止砂浆或砾石穿入通孔10，这将减小构造元件5的衰减属性。第三保护层12允许第二可压缩层7与填充产品23隔开。第三保护层12由此在第二层7变形之前保留残余容积，这确保地3的会聚的衰减。第三保护层12可由塑料或由砂浆制成。

当地3会聚时，如图3所示，第二可压缩层7被变形，且允许地3朝向隧道的中心移动。地3可使装置8破坏或变形，直到已经达到平衡状态，其中地3处于距第一层6的外表面的平衡距离Ge处。平衡距离Ge小于初始距离Gi。装置8的破坏阻力低于地面的会聚压力，以便允许装置的挤压。被破坏装置已经通过附图标记8a展现。换句话说，全部或一些装置8可包括它们被破坏的状态。这允许地3的移动被吸收而没有损坏隧道。

图4至7示出设置有通孔10的装置8的两个实施例，其能够用在构造元件5的第二可压缩层7中。在图4和5中，装置8具有包括通孔10的管道的形式，其对应于沿管道的纵向轴线A1的凹部。装置8可还包括多个通孔，且优选地每个装置8包括单个通孔，以便辅助其制造。有利地，每个具有管道形式的装置8具有高度H、外直径d1和内直径d2。优选地，高度H等于外直径d1，以便特别地获得具有大体恒定厚度E的第二层7。这些尺寸允许管状装置8在破坏之前支撑被计算的负载。装置8还覆盖有粘结剂膜11a，其围绕装置8的外表面。取决于覆盖方法，粘结剂膜11b可沉积在通孔10的内壁上，而没有阻挡它。装置8可例如浇入到砂浆中，筛子可用于消除额外的砂浆。在该情况下，如图4和5所示，砂浆膜11a覆盖装置的外表面，另一砂浆膜11b粘结到通孔10的内壁，而没有阻挡它。根据另外的实施例，装置8的通孔10被隔离，装置8的外表面被覆盖有粘结剂层11。在该情况下，如图2所示，内壁没有覆盖有粘结剂层，其确保更大的空的空间在装置内获得。

在图6和7中，具有通孔10的装置8的另一实施例已经示出为具有环的形式。环可以是超环面的，且可展现圆形的横截面，如图6所示。环可具有环直径ds和内直径di。在该实施例中，粘结剂膜11围绕装置8的本体9的外表面，局部地穿入到通孔10中，而没有阻挡它。

优选地，设置在第二层7内的装置(管道或环)全部基本相同，以便获得均匀的第二层7。换句话说，它们不能彼此嵌套。第二层7优选地包括装置8，其具有大体的管状形状，因为它们比大体环形形状的装置8更容易制造。

在图8中，已经示出第二可压缩层7的另一实施例。在该另一实施例中，装置8每个包括硬实本体9，其限定至少一个封闭空腔(在图9至11中进一步示出)。构造元件5是单块且包括混凝土的第一层6和装置8形成的第二可压缩层7。在该实施例中，不是必须使构造元件5包括第三保护层12。实际上，限定一个或多个封闭空腔的装置8的本体9防止诸如在自由空间F中的砂浆或砾石进入这些空腔。但是构造元件5可包括具有限定一个或多个封闭空腔的本体的装置和第三保护层12，以当元件5的移动被执行时保护第二层7，以便特别地在运输期间避免装置8的破坏。在该情况下，第三保护层12确保第二层7的紧密度，防止填充产品23填充间隙7a。

图9至11示出装置8的实施例，其本体9限定至少一个封闭空腔10。优选地，装置8具有由陶瓷制成的硬实本体9。陶瓷适于制造这些装置8，因为其在烧制步骤之前是可延展的，以便能够在装置8内形成封闭的腔室10，且因为其在烧制之后是变为硬实的。封闭腔室10是指包封在装置8内的空的空间。装置8的硬实本体9特别是防止液体的，例如严密密封，以防止液相的砂浆在硬化之前在其中穿透。例如，装置8的本体9沿装置8的纵向轴线A延伸，且包括两个封闭的端部13、14。封闭的端部13、14可每个具有直的形状。在第一实施例中，如图9和10所示，端部13、14彼此平行。作为变体，端部13、14可彼此平行。例如，装置8的本体9具有柱形形状。在此柱体是指，由直线(称为母线)沿封闭平曲线(称为基线)移动产生的柱形表面和与母线相交的两个平行面限定的实体。特别地，本体9可具有管道的形状。装置8可还包括彼此连通或不连通的多个空腔。有利地，装置8的封闭空腔10防止它们彼此嵌套，而不管它们的尺寸和形状。

作为变体，构造元件5包括第二可压缩层7，其可包括每个设置有通孔10的装置8以及硬实本体9限定至少一个封闭空腔10的装置8。

在图12至18中，用于制造如前述限定的构造元件5的方法的实施例的主要步骤被示出。以总体的方式，构造元件5通过执行以下步骤制造：

-制造混凝土的第一不可压缩层6；和

-由多个装置8制造第二可压缩层7，其牢固地紧固至第一层6，该装置8每个具有包含空的空间10的硬实本体9，以形成预制造单块构造元件5，其构造为包含在隧道1的部分4中。

装置8的硬实本体9每个设置有通孔和/或装置的本体限定至少一个封闭空腔。

例如，为了制造混凝土的第一层6，敞开且弯曲的矩形框架30用于构造拱砌块的形状，如图12所示。作为变体，框架是敞开的，且没有弯曲，以构造具有各种形状的隧道部分，例如U形或卵形的。液态混凝土31则被浇入到框架30中，如图13所示。金属棒可还添加在液态混凝土31中，以获得不可压缩的增强混凝土第一层。然后，第一模板32被使用，其放置在混凝土31的表面上，且沿表面移动，以便形成弯曲的外表面。混凝土31等待凝固，或者完全地且在该情况下混凝土已经完全硬化，或者局部地且在该情况下混凝土没有完全硬化但表面已经充分硬化，以保留第一模板32给出的曲率。第一模板32则被移除，由此获得第一层6，其具有弯曲的基部和外表面，如图14所示。装置8的硬实本体9已经在先覆盖有粘结剂膜11框架元件33进一步固定在框架30的边缘上，以提起框架30，且能够形成第二层7，如图15所示。被覆盖的装置34则浇入到框架30中，且更特别地在第一层6的外表面上。根据一个实施例，当被覆盖的装置34被浇入时，第一层的混凝土没有完全硬化。在该实施例中，由砂浆制成的粘结剂层11被使用，其将粘结到还没有完全硬化的第一层6的外表面。作为变体，可以在浇入装置8之前，等到混凝土已经完全硬化。根据该变体，由胶制成的粘结剂层11将被使用，例如环氧树脂胶，其与混凝土制成的硬表面粘结。此外，当粘结剂膜11包括砂浆时，在砂浆硬化之前，覆盖有砂浆的装置34被浇在第一层6上。砂浆将等待硬化，以将第二可压缩层7固地紧固至第一层6然后使用第二模板35，其布置在被覆盖装置34的表面上且在其上移动，以便在第二层7上形成弯曲外表面，如图15所示。然后，粘结剂层11等待粘结，从而装置彼此连结，且将第二层7牢固地紧固至第一层6第二模板35然后被移除，获得被框架30围绕的预制造单块元件5，如图16所示。作为变体，如图17所示，第三保护层可通过将砂浆36浇在第二层7上且通过移动第三模板37而形成，以使第三层的外表面弯曲。框架30和框架元件33然后被移除，如第三模板37那样(如果使用的话)，以获得单块预制造构造元件5，如图18所示。

在图1中如前所述的隧道1的构造的实施例已经在图19和20中示出。根据该实施例，隧道钻机15在地3中沿方向F1挖空空腔2。隧道钻机的前部20装备有用于摧毁地3的石块的器件，且包括用于挖出石块的器件，为了简便没有示出。隧道钻机15的一部分随着隧道钻机15逐渐沿方向F1前进而执行构造元件5的布置。隧道钻机15还包括注射器件22，用于注射填充产品23，例如砂浆或砾石，以填充限定在构造元件5和空腔2的内壁之间的自由空间F中，该空腔通过隧道钻机15的行进而形成。附图标记F2所示的箭头示出当注射填充产品23时被填充产品采取的路径。填充产品23的注射允许填充层被形成，以占据构造元件5和地3之间的自由空间F。

以总体的方式，用于构建隧道的方法包括以下步骤：

-通过隧道钻机15在地3中形成空腔2；

-随着隧道钻机15逐渐行进，形成位于空腔2内的隧道1的部分4，至少一个部分4由至少一个构造元件5构建，如前所述。

更具体地，当构建隧道1的部分4时，限定在隧道1的外壁和空腔2的内壁之间的自由空间F被保留，以布置构造元件，以便形成隧道1的部分4。自由空间F然后填充有填充产品23

已经刚刚描述的构造元件有助于隧道的构建，同时确保隧道所处的地面的会聚的衰减。此外，其确保用于隧道的构建方法的更好的把握。这样的构建元件允许传统拱砌块的厚度减小，这明显减小构建隧道必须的混凝土的量。

Claims (11)

1.一种用于构建隧道的构造元件，包括混凝土的不可压缩的第一层(6)，和牢固地紧固至第一层(6)的可压缩的第二层(7)，包括位于第二层(7)上的第三保护层(12)，以形成单块预制造构造元件，其构造为包含在隧道的部分中，其特征在于，第二层(7)包括多个装置(8)，每个装置(8)具有包含空的空间的硬实本体(9)，

其中，装置(8)的硬实本体(9)覆盖有粘合剂膜(11)，以将装置(8)牢固地紧固至第一层(6)，

其中该第三保护层是不可穿透的并且机械地紧固到第二层(7)以保护第二层(7)不受冲击，第三保护层(12)由塑料或砂浆制成。

2.根据权利要求1所述的构造元件，其中，每个装置(8)设置有通孔(10)。

3.根据权利要求1所述的构造元件，其中，每个装置(8)包括硬实本体(9)，其限定至少一个封闭空腔。

4.根据权利要求1至3之一所述的构造元件，其中，装置(8)的硬实本体(9)由陶瓷制成。

5.根据权利要求1所述的构造元件，其中，粘合剂膜(11)包括砂浆。

6.一种隧道，其位于在地(3)中挖空的空腔(2)中，隧道的至少一个部分由至少一个如权利要求1至5之一所述的构造元件构建。

7.根据权利要求6所述的隧道，其中，每个构造元件包括位于第二层(7)上的第三保护层(12)，且填充产品占据限定在第三保护层(12)和地(3)之间的自由空间。

8.一种用于制造用于构建隧道的构造元件的方法，包括以下步骤：

-制造混凝土的不可压缩的第一层(6)；和

-制造牢固地紧固至第一层(6)的可压缩的第二层(7)，

-保护步骤，第三保护层(12)位于第二层(7)上，其中该第三保护层(12)是不可穿透的并且机械地紧固到第二层(7)以保护第二层(7)不受冲击，

以形成单块预制造构造元件，其构造为包含在隧道的部分中；

其特征在于，第二层(7)由多个装置(8)制造，每个装置(8)具有包含空的空间的硬实本体(9)，

其中，第二层(7)的制造包括以下步骤：

-用粘合剂膜(11)覆盖装置(8)的硬实本体(9)；和

-将被覆盖的装置(8)浇在第一层(6)上。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，每个装置(8)的硬实本体(9)具有通孔(10)。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其中，每个装置(8)包括硬实本体(9)，其限定至少一个封闭空腔。

11.一种构建隧道的方法，其包括以下步骤：

-通过隧道钻机在地中形成空腔；

-随着隧道钻机逐渐行进，形成位于空腔内的隧道的部分，至少一个部分由至少一个如权利要求1至5之一所述的构造元件构建。

Images