CN108005678A - 具有低位泄水动能的π形隧底衬砌结构 - Google Patents
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Abstract
具有低位泄水动能的π形隧底衬砌结构，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。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。隧底开挖面两侧具有深槽，于隧底开挖面上设置π形构筑体，该π形构筑体由中部底板、位于深槽内的侧底板和连接中部底板、侧底板的立板构成；所述拱墙二次衬砌结构两侧边墙底部与同侧的侧底板固结，且与同侧的立板之间形成槽型空腔，π形构筑体兼做拱墙二次衬砌结构、道床及列车荷载的承载基础，以及隧道纵向排水通道。
Description
技术领域
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结构构造。
背景技术
进入二十一世纪来，我国铁路建设高速发展，时速200km以上高标准双线铁路修建越来越多。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。
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。
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。
首先，衬砌结构存在固有缺陷，主要表现为以下方面：
(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。
(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。
(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。
(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。
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：
(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。
(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。
(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。
(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。
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
本发明所要解决的技术问题是提供一种具有低位泄水动能的π形隧底衬砌结构，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。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
本发明的具有低位泄水动能的π形隧底衬砌结构，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：隧底开挖面两侧具有深槽，于隧底开挖面上设置π形构筑体，该π形构筑体由中部底板、位于深槽内的侧底板和连接中部底板、侧底板的立板构成；所述拱墙二次衬砌结构两侧边墙底部与同侧的侧底板固结，且与同侧的立板之间形成槽型空腔，π形构筑体兼做拱墙二次衬砌结构、道床及列车荷载的承载基础，以及隧道纵向排水通道。
本发明的有益效果体现在如下几个方面：
1、隧底采用凸形底板结构，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；
2、隧底采用凸形底板结构，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；
3、利用凸形底板两侧槽型空腔作为隧道纵向排水通道，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，经济效益十分显著；
4、能将地下水位降至隧底标高以下，能有效疏干拱墙范围及隧底地下水并将地下水，彻底消除地下水对隧道衬砌底部结构的作用。
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，有效解决了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。
附图说明
本说明书包括如下三幅附图：
图1为本发明具有低位泄水动能的π形隧底衬砌结构的断面图；
图2为本发明具有低位泄水动能的π形隧底衬砌结构中π形构筑体的断面图；
图3为图1中A局部的放大图。
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、π形构筑体41、中部底板411、侧底板412、立板413、支撑板42、槽型空腔B、隧底开挖面F；
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
参照图1和图2，本发明的具有低位泄水动能的π形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。隧底开挖面F两侧具有深槽，于隧底开挖面F上设置π形构筑体41，该π形构筑体41由中部底板411、位于深槽内的侧底板412和连接中部底板411、侧底板412的立板413构成。所述拱墙二次衬砌结构40两侧边墙底部与同侧的侧底板412固结，且与同侧的立板413之间形成槽型空腔B。π形构筑体41兼做拱墙二次衬砌结构40、道床及列车荷载的承载基础，以及隧道纵向排水通道。
参照图1，π形构筑体41形成的两侧槽型空腔B作为隧道纵向排水通道，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。两侧两侧槽型空腔B位于隧底标高以下，能将地下水位降至隧底标高以下，能有效疏干拱墙范围及隧底地下水并将地下水，彻底消除地下水对隧道衬砌底部结构的作用。
参照图1，所述槽型空腔B的上部设置支撑板42，支撑板42上设置电缆沟槽。支撑板42既作为电缆沟槽的承载结构，又能有效传递基底水平荷载，确保拱墙二次衬砌结构40的稳定。所述隧底开挖面F与侧底板412之间设置找平层11，隧底开挖面F与中部底板411之间第二找平层12。
参照图1和图2，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。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。
以上所述只是用图解说明本发明具有低位泄水动能的π形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。
Claims (5)
1.具有低位泄水动能的π形隧底衬砌结构，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：隧底开挖面(F)两侧具有深槽，于隧底开挖面(F)上设置π形构筑体(41)，该π形构筑体(41)由中部底板(411)、位于深槽内的侧底板(412)和连接中部底板(411)、侧底板(412)的立板(413)构成；所述拱墙二次衬砌结构(40)两侧边墙底部与同侧的侧底板(412)固结，且与同侧的立板(413)之间形成槽型空腔(B)；π形构筑体(41)兼做拱墙二次衬砌结构(40)、道床及列车荷载承载基础，以及隧道纵向排水通道。
2.如权利要求1所述的具有低位泄水动能的π形隧底衬砌结构，其特征是：所述隧底开挖面(F)与侧底板(412)之间设置找平层(11)，隧底开挖面(F)与中部底板(411)之间第二找平层(12)。
3.如权利要求1所述的具有低位泄水动能的π形隧底衬砌结构，其特征是：所述槽型空腔(B)的上部设置支撑板(42)，支撑板(42)上设置电缆沟槽。
4.如权利要求1所述的具有低位泄水动能的π形隧底衬砌结构，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。
5.如权利要求1所述的具有低位泄水动能的π形隧底衬砌结构，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。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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