CN108643227A - 城市地下综合管廊穿地裂缝处变形缝结构及其构筑方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了城市地下综合管廊穿地裂缝处变形缝结构及其构筑方法，变形缝设置在地裂缝上盘的主变形区衬砌和微变形区衬砌的交界处以及地裂缝下盘的主变形区衬砌和微变形区衬砌的交界处，变形缝的两侧设置有端部衬砌，端部衬砌的上端设置有外包防水层和止水带，变形缝内上端设置有且型止水带，且型止水带下方设置有环形弹性囊，变形缝下端设置U型止水带，该结构具有较好的防渗效果，可以保证综合管廊在地裂缝地层活动下的正常使用，该方法能构建地裂缝活动地层引起的综合管廊结构大位移错动条件下所需的结构。
Description
技术领域
本发明属于建筑防渗技术领域，具体涉及城市地下综合管廊穿地裂缝处变形缝结构及其构筑方法。
背景技术
综合管廊等地下结构的施工中，经常遇到复杂的地质条件，如地裂缝、采空区、溶洞及陷穴。尤其是在地质构造和地表水、地下水耦合作用下岩土体大面积不均匀沉降引起地裂缝的超常活动，反复开裂，严重影响地下构筑物的稳定性。具体表现为地裂缝活动引起构筑物的附加应力和附加变形，而地下构筑物的变形过大，将导致其结构破坏从而引起渗漏，或导致防渗结构的破坏从而引起渗漏。
对于地裂缝这种特殊地质条件，综合管廊结构中采取的防渗措施的有效性直接影响工程的可靠性。而地裂缝活动产生的机理复杂、位移较大，综合管廊与其相交的部分，会随之产生较大变形而遭到破坏，因此在综合管廊的设计、建造和运营过程中，必须采取相应的结构措施来保证综合管廊稳定性的要求。
地裂缝活动产生的地层运动，这就要求结构防止开裂，变形缝处构筑的防渗体必须起到很好的防渗作用，否则，大量自由水将流入到综合管廊，从而影响综合管廊的正常使用。因此预防结构的开裂和变形缝处的防渗体，在管廊工程中起到至关重要的作用。
目前综合管廊变形缝处的防渗方法，是采用预制成型弹性密封垫为主要的防水措施，但其防渗效果取决于变形缝伸展变形的程度，以及适应结构相对错动的能力。如果变形缝的垂直变形较大，弹性密封垫就会产生过大的拉伸和扭曲变形，导致防渗失效，耐久性下降。地裂缝地层中综合管廊结构随上、下盘土体的大位移错动，主要是垂直位移，这使得传统的防渗技术及防渗结构难以满足防渗要求，需要开发适宜的地裂缝综合管廊防渗结构体系。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了城市地下综合管廊穿地裂缝处变形缝结构及其构筑方法，该结构具有较好的防渗效果，可以保证综合管廊在地裂缝地层活动下的正常使用，该方法能构建地裂缝活动地层引起的综合管廊结构大位移错动条件下所需的结构。
为达到上述目的，本发明所述城市地下综合管廊穿地裂缝处变形缝结构，变形缝设置在地裂缝上盘的主变形区衬砌和微变形区衬砌的交界处以及地裂缝下盘的主变形区衬砌和微变形区衬砌的交界处，变形缝的两侧设置有端部衬砌，端部衬砌的上端设置有外包防水层和止水带，变形缝内上端设置有且型止水带，且型止水带下方设置有环形弹性囊，变形缝下端设置U型止水带。
进一步的，地裂缝上盘主变形区的区域范围为距离地裂缝0m～6m的区域，上盘微变形区的区域范围为距地裂缝起6m～20m的区域；地裂缝下盘的主变形区的区域范围为距离地裂缝0m～4m的区域，下盘微变形区的区域范围为距离地裂缝4m～12m的区域。
进一步的，变形缝的上半洞衬砌侧设置有环形弹性囊的进气嘴，进气嘴末端设置有进气嘴头，进气嘴头与环形弹性囊连接。
进一步的，端部衬砌靠近变形缝的一侧设置有钢板，钢板靠近变形缝的一侧通过固定有橡胶垫，橡胶垫上间隔设置有压力感应器，压力感应器用于测量环形弹性囊对橡胶垫施加的压力。
进一步的，压力感应器的数量大于环形弹性囊的数量。
进一步的，U型止水带的水平部分外侧设置有钢垫，螺栓穿过钢垫和U型止水带将U型止水带固定在端部衬砌下端。
进一步的，外包防水层与端部衬砌的搭接长度大于0.5m。
进一步的，上、下盘主变形区衬砌之间的垂直距离D1和上、下盘微变形区衬砌之间的垂直距离D2相等，且大于标准段衬砌上下盘之间的垂直距离D3。
一种城市地下综合管廊穿地裂缝处变形缝构筑方法，包括以下步骤：
步骤1、根据地裂缝沉降量大小，增大过地裂缝地层的综合管廊的高度；将过地裂缝地层段综合管廊分为四个区，上盘主变形区、上盘微变形区、下盘的主变形区和下盘微变形区，对过地裂缝地层的综合管廊的不同区域分段浇筑，分别形成上、下盘主变形区衬砌和微变形区衬砌，同时预留变形缝的位置，变形缝为上盘主变形区衬砌和上盘微变形区衬砌之间的缝隙，或下盘主变形区衬砌和下盘微变形区衬砌之间的缝隙；
步骤2、在预留变形缝的两侧架设预设模板，并沿变形缝的内侧边缘、外侧边缘预埋基座，然后进行浇筑，浇筑过程中预埋注浆管和进气嘴，浇筑混凝土凝固后形成变形缝两侧的端部衬砌；
步骤3、在变形缝一侧间隔安装若干压力感应器，将且型止水带、环形弹性囊和U型止水带自上之下固定在变形缝中，当环形弹性囊处于充气状态时，环形弹性囊的一端与其中一个压力感应器相接触；
步骤4、在柔性接头的外侧铺设止水带和外包防水层。
进一步的，当变形缝一侧沉降后，在端部衬砌下端面位置高的一侧下方固定焊接角钢，焊接角钢的下端面与沉降侧端部衬砌的下端面齐平。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益的技术效果，本发明将变形缝设置在地裂缝的主变形区衬砌和微变形区衬砌的交界处，可以保证管廊结构不被破坏，并且减少每一分段衬砌的沉降距离，其次，共设置有四层防水层，可以进行有效防水。衬砌的最外设置外包防水层和止水带，形成沉降缝的初期防水即第一道防水层，变形缝中最外侧设置且型止水带从而阻挡外部砂石与水的侵入，形成第二道防水，变形缝中间设置两环弹性囊，两环弹性囊既可以更加有效地防水，同时也是一个双保险，形成第三道防水，变形缝最内侧设置U型止水带，形成第四道防护。
进一步的，端部衬砌靠近变形缝的一侧设置有钢板，钢板靠近变形缝的一侧通过固定有橡胶垫，橡胶垫上间隔设置有压力感应器，压力感应器用于测量环形弹性囊对橡胶垫施加的压力，当上下盘发生错动时，压力感应器会及时感应，当压力感应器测量到的压力保持一定值时，说明环形弹性囊处于充气状态，且与橡胶垫紧密接触，此状态下能保证良好的防水效果，当压力感应器测量到的压力低于一定值时，或者出现突降时，说明环形弹性囊未与橡胶垫紧密接触，此状态下不能保证防水效果，对对应的环形弹性囊进行充气，以使环形弹性囊与橡胶垫紧密接触，以保证防水效果。
进一步的，压力感应器的数量大于环形弹性囊的数量，当变形缝一侧发生沉降后，保证环形弹性囊能与另一个压力感应器相接，为检测提供方便和便利。
进一步的，U型止水带的水平部分通过钢垫和螺栓与端部衬砌固定连接，连接可靠，且避免了因为连接处受力的不同对U型止水带造成损坏，提高了U型止水带的寿命。
进一步的，外包防水层与端部衬砌的搭接长度大于0.5m，保证防水效果。
进一步的，上、下盘主变形区衬砌之间的垂直距离D1和上、下盘微变形区衬砌之间的垂直距离D2相等，且大于标准段衬砌上下盘之间的垂直距离，设置预留空间可以有效防止衬砌侵入综合管廊内部的有效使用空间。
一种城市地下综合管廊穿地裂缝处变形缝的构筑方法，当变形缝一侧沉降后，在端部衬砌下端面位置高的一侧下方固定焊接角钢，焊接角钢的下端面与沉降侧端部衬砌的下端面齐平，当变形缝一侧变形缝两侧的端部衬砌的上下端面不再齐平，会对U型止水带产生拉伸作用，为了防止U型止水带被过度拉伸，而影响防水效果。地裂缝上盘下沉后，管廊的底部将会出现脱空区，及时通过预埋注浆孔注浆，从而减少综合管廊的沉降量。
附图说明
图1是本发明变形缝结构的纵剖面示意图；
图2是本发明变形缝结构的横断面示意图；
图3是本发明变形缝结构的大样图；
图4是本发明变形缝结构环形弹性囊的大样图；
图5是本发明变形缝结构在结构错动后环形弹性囊放气后的示意图；
图6是本发明变形缝结构在结构错动后环形弹性囊充气后的示意图；
附图中：1、围岩，2、微变形区衬砌，3、主变形区衬砌，4、标准段衬砌，5、变形缝，6、注浆管，7、且型止水带，8、端部衬砌，9、U型止水带，10、外包防水层，11、预埋钢筋，12、进气嘴，13、环形弹性囊，14、止水带，15、钢垫，16、角钢，17、混凝土，18、螺栓，19、进气嘴头，20、钢板，21、压力感应器，22、橡胶垫。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
参照图1，在地裂缝地层综合管廊中，为使综合管廊适应地裂缝两侧土体的差异大变形，综合管廊穿越地裂缝采取分段设变形缝，每段隧道结构采用柔性接头连接，同时增加预留空间，保证综合管廊净空不变。
将地裂缝的影响范围分为主变形区和微变形区，其中地裂缝上盘主变形区的区域范围为距离地裂缝0～6m的区域，上盘微变形区的区域范围为距地裂缝起6～20m的区域；地裂缝下盘的主变形区的区域范围为距离地裂缝0～4m的区域，下盘微变形区的区域范围为距离地裂缝4～12m的区域。在地裂缝上盘的主变形区和微变形区的交界处以及地裂缝下盘的主变形区和微变形区的交界处均设置变形缝。上盘的主变形区衬砌3和上盘的微变形区衬砌2之间的缝隙，或下盘的主变形区衬砌3和下盘的微变形区衬砌2之间的缝隙为变形缝5，主变形区衬砌和微变形区衬砌内侧是管廊，外侧是围岩1。
参照图2至图4，城市地下综合管廊穿地裂缝处变形缝结构包括变形缝5和端部衬砌8，变形缝5的两侧均设置有端部衬砌8，端部衬砌8的高度大于主变形区衬砌3和微变形区衬砌2，端部衬砌8中设置有若干预埋注浆管6，变形缝5的上半洞衬砌侧设置有环形弹性囊13的进气嘴12，进气嘴末端设置有进气嘴头19，进气嘴头19与环形弹性囊13连接。端部衬砌8靠近变形缝5的一侧预埋1cm厚的钢板20，钢板20靠近变形缝5的一侧通过螺栓18固定有橡胶垫22，橡胶垫22上间隔设置有多个压力感应器21，压力感应器21用于测量环形弹性囊13对橡胶垫22施加的压力，钢板20和端部衬砌8中的构造筋相连，基座通过螺栓与止水带14固定连接，端部衬砌8的的上端设置有外包防水层10和止水带14，形成第一道防水，变形缝5内上端设置且型止水带7，形成第二道防水，变形缝中间设置有两个环形弹性囊13，两个环形弹性囊13沿竖直方向布置，环形弹性囊13左右两端与变形缝5的端部衬砌8相接，形成第三道防水，变形缝下端设置U型止水带9，形成第四道防护，U型止水带9外侧设置有钢垫15，螺栓穿过钢垫15和U型止水带9将U型止水带9固定在端部衬砌8下端。参照图5至图6，当上下盘发生错动时，压力感应器21会及时感应，当压力感应器21测量到的压力保持一定值时，说明环形弹性囊13处于充气状态，且与橡胶垫22紧密接触，此状态下能保证良好的防水效果，当压力感应器21测量到的压力低于一定值时，或者出现突降时，说明环形弹性囊13未与橡胶垫22紧密接触，此状态下不能保证防水效果，应对对应的环形弹性囊13进行充气，以使环形弹性囊13与橡胶垫22紧密接触，以保证防水效果。环形弹性囊
地裂缝上盘下沉后，管廊的底部将会出现脱空区，及时通过预埋注浆孔注浆，从而减少综合管廊的沉降量。
上述变形缝结构的构筑方法，包括以下步骤：
步骤1：浇筑综合管廊结构，并预留变形缝。
根据不同地裂缝沉降量大小，设置预留空间即增加过地裂缝地层的综合管廊的高度，增加的综合管廊的高度与该地裂缝预计一百年沉降量相同。将过地裂缝地层段综合管廊分为四段：上盘主变形区的区域范围为距离地裂缝0～6m的区域，上盘微变形区的区域范围为距地裂缝起6～20m的区域，下盘的主变形区的区域范围为距离地裂缝0～4m的区域，下盘微变形区的区域范围为距离地裂缝4～12m的区域。对该段综合管廊的不同区域进行分段浇筑，形成上、下盘的主变形区衬砌3和微变形区衬砌2，其中上、下盘主变形区衬砌3之间的垂直距离D1和上、下盘的微变形区衬砌2之间的垂直距离D2相等，且大于标准段衬砌4上下盘之间的垂直距离D3。
同时预留变形缝5的位置，变形缝5为上盘主变形区衬砌3和上盘的微变形区衬砌2之间的缝隙，或下盘的主变形区衬砌3和下盘的微变形区衬砌2之间的缝隙，变形缝5的预留宽度为10～15cm，并在变形缝的两侧设置构造钢筋。
步骤2：浇筑预留变形缝两侧的端部衬砌
在预留变形缝5的两侧架设预设的模板，并沿衬砌结构的内侧边缘、外侧边缘设置预埋钢筋11，变形缝一侧预埋钢板20，基座上设置有螺栓，螺栓将基座与步骤1预留的变形缝两侧的构造钢筋连接，浇筑带基座的端部衬砌，浇筑过程中预埋注浆管6和进气嘴12，浇筑的混凝土17凝固后形成变形缝两侧的端部衬砌8。
步骤3：分步安装防渗结构
利用步骤2浇筑好的基座，将且型止水带7、环形弹性囊13、橡胶垫22和U型止水带9通过螺栓18和钢板20固定在已经浇筑好的端部衬砌8上，其中，且型止水带7的水平部分位于端部衬砌8的上端面，且且型止水带7的凸出部分设置在变形缝5中，两个环形弹性囊13竖直设置在且型止水带7下方且位于变形缝5中，U型止水带9的水平部分通过钢垫15和螺栓固定在端部衬砌8下端面，U型止水带9的凸出部分塞入变形缝5的下端，然后在橡胶垫22上沿竖直方向间隔设置若干压力感应器21，当环形弹性囊13处于充气状态时，环形弹性囊13的一端与其中一个压力感应器21相接触，将环形弹性囊13通过进气嘴头与进气嘴12连接。
步骤4：铺设外包防水层
利用步骤3安装好的柔性接头，在柔性接头的外侧铺设止水带14和外包防水层10，外包防水层10与端部衬砌8的搭接长度大于0.5m。
步骤5：设置焊接角钢
参照图5和图6，当变形缝一侧沉降一定值后，变形缝两侧的端部衬砌8的上下端面不再齐平，会对U型止水带9产生拉伸作用，为了防止U型止水带9被过度拉伸，而影响防水效果，在端部衬砌8下端面位置高的一侧下方固定焊接角钢16，焊接角钢16的下端面与沉降侧端部衬砌的下端面齐平。
Claims (10)
1.城市地下综合管廊穿地裂缝处变形缝结构，其特征在于，变形缝(5)设置在地裂缝上盘的主变形区衬砌(3)和微变形区衬砌(2)的交界处以及地裂缝下盘的主变形区衬砌(3)和微变形区衬砌(2)的交界处，变形缝(5)的两侧设置有端部衬砌(8)，端部衬砌(8)的上端设置有外包防水层(10)和止水带(14)，变形缝(5)内上端设置有且型止水带(7)，且型止水带(7)下方设置有环形弹性囊(13)，变形缝(5)下端设置有U型止水带(9)。
2.根据权利要求1所述的城市地下综合管廊穿地裂缝处变形缝结构，其特征在于，地裂缝上盘主变形区的区域范围为距离地裂缝0～6m的区域，上盘微变形区的区域范围为距地裂缝起6m～20m的区域；地裂缝下盘的主变形区的区域范围为距离地裂缝0～4m的区域，下盘微变形区的区域范围为距离地裂缝4m～12m的区域。
3.根据权利要求1所述的城市地下综合管廊穿地裂缝处变形缝结构，其特征在于，变形缝(5)的上半洞衬砌侧设置有环形弹性囊(13)的进气嘴(12)，进气嘴(12)末端设置有进气嘴头(19)，进气嘴头(19)与环形弹性囊(13)连接。
4.根据权利要求1所述的城市地下综合管廊穿地裂缝处变形缝结构，其特征在于，端部衬砌(8)靠近变形缝(5)的一侧设置有钢板(20)，钢板(20)靠近变形缝(5)的一侧通过固定有橡胶垫(22)，橡胶垫(22)上间隔设置有压力感应器(21)，压力感应器(21)用于测量环形弹性囊(13)对橡胶垫(22)施加的压力。
5.根据权利要求4所述的城市地下综合管廊穿地裂缝处变形缝结构，其特征在于，压力感应器(21)的数量大于环形弹性囊(13)的数量。
6.根据权利要求1所述的城市地下综合管廊穿地裂缝处变形缝结构，其特征在于，U型止水带(9)的水平部分外侧设置有钢垫(15)，U型止水带(9)通过螺栓(18)和钢垫(15)固定在端部衬砌(8)下端。
7.根据权利要求1所述的城市地下综合管廊穿地裂缝处变形缝结构，其特征在于，外包防水层(10)与端部衬砌(8)的搭接长度大于0.5m。
8.根据权利要求1所述的城市地下综合管廊穿地裂缝处变形缝结构，其特征在于，上、下盘的主变形区衬砌(3)之间的垂直距离D1和上、下盘的微变形区衬砌(2)之间的垂直距离D2相等，且大于标准段衬砌(4)上下盘之间的垂直距离D3。
9.一种城市地下综合管廊穿地裂缝处变形缝构筑方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、根据地裂缝沉降量大小，增大过地裂缝地层的综合管廊的高度；将过地裂缝地层段综合管廊分为四个区，上盘主变形区、上盘微变形区、下盘的主变形区和下盘微变形区，对过地裂缝地层的综合管廊的不同区域分段浇筑，分别形成上、下盘的主变形区衬砌(3)和微变形区衬砌(2)，同时预留变形缝(5)的位置，变形缝(5)为上盘的主变形区衬砌(3)和上盘的微变形区衬砌(2)之间的缝隙，或下盘的主变形区衬砌(3)和下盘的微变形区衬砌(2)之间的缝隙；
步骤2、在预留变形缝(5)的两侧架设预设模板，并沿变形缝(5)的内侧边缘、外侧边缘预埋基座，然后进行浇筑，浇筑过程中预埋注浆管(6)和进气嘴(12)，浇筑混凝土凝固后形成变形缝(5)两侧的端部衬砌(8)；
步骤3、在变形缝(5)一侧间隔安装若干压力感应器(21)，将且型止水带(7)、环形弹性囊(13)和U型止水带(9)自上之下固定在变形缝(5)中，当环形弹性囊(13)处于充气状态时，环形弹性囊(13)的一端与其中一个压力感应器(21)相接触；
步骤4、在柔性接头的外侧铺设止水带(14)和外包防水层(10)。
10.根据权利要求9所述的城市地下综合管廊穿地裂缝处变形缝构筑方法，其特征在于，当变形缝(5)一侧沉降后，在端部衬砌(8)下端面位置高的一侧下方固定焊接角钢(16)，焊接角钢(16)的下端面与沉降侧端部衬砌(8)的下端面齐平。
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