CN108756940B - 隧道构造 - Google Patents

Abstract

本发明隧道构造，属于隧道领域，目的是提高施工效率，并提高仰拱的受力性能。其仰拱由多块仰拱预制块拼接而成；仰拱回填层由多块回填预制块拼接而成；仰拱回填层支撑于仰拱的顶面，仰拱回填层的各回填纵向拼接缝与仰拱的各仰拱纵向拼接缝彼此错开。本发明，预制块拼装，利于工厂化生产，且隧道内安装方便、安装时间缩短；仰拱回填层自支撑于仰拱的顶面，安装检修更方便、快捷；各回填纵向拼接缝与各仰拱纵向拼接缝彼此错开，免了仰拱纵向拼接缝处出现应力集中，从而提高了仰拱的受力性能，并降低路面冒水病害的概率；仰拱回填层为预制件，其强度和刚度得到提高，对路面的支撑性能好，从而可以简化路面结构。

Description

隧道构造

技术领域

本发明属于隧道领域，具体的是隧道构造。

背景技术

隧道构造沿其环向包括顶部的拱墙和底部的仰拱。隧道施工时，先进行围岩开挖，接着施作初期支护，然后施作仰拱及仰拱回填，最后施作二次衬砌。传统的仰拱一般采用现浇筑混凝土，施工过程中会出现仰拱开挖深度不足、基底存在虚渣、仰拱厚度不足以及仰拱强度不足等问题，从而隧道基底出现衬砌开裂、渗漏水、净空侵限、路面开裂、隆起、错台及电缆沟倾斜等病害，严重影响隧道的安全、舒适和正常运营。

为克服上述现浇混凝土仰拱存在的缺陷，目前，主要采用预制仰拱代替传统的现浇混凝土仰拱的方式。如申请号为CN201710549831.8，名称为预制装配式隧道仰拱、隧道构造及其施工方法的中国发明专利申请，公开了一种隧道构造，沿隧道径向由外向内依次包括初期支护、二次衬砌、排水系统及其回填层，其二次衬砌包括隧道拱墙和预制装配式隧道仰拱；预制装配式隧道仰拱由多排沿隧道延伸方向顺次排列的仰拱单元拼接而成；各仰拱单元由多块沿隧道横向布置的仰拱预制块拼接而成；各排仰拱单元中相邻两块仰拱预制块之间形成仰拱纵向拼接缝，且相邻两排仰拱单元的仰拱纵向拼接缝彼此错开。

上述隧道构造主要适用于铁路隧道，铁路隧道内，列车沿着铁轨运行，其运行路径等均得到确定，从而使得从路面传递的压力得到确定，传递至仰拱的作用力稳定且均匀。但是，对于公路隧道，由于车辆在路面行驶路径、车辆载重等无法确定，故，使得路面各处受碾压的程度不同，由于现有隧道的仰拱回填层采用片石结构，仰拱回填层刚性较差，在路面受车辆碾压密集区域，会出现路面凹陷的情况，当车辆驶入该区域时，压力在此区域集中，并向下传递至对应仰拱预制块，造成单块仰拱预制块受力的现象，从而导致该块仰拱预制块与相邻仰拱预制块之间的连接失效，造成仰拱变形。而采用片石回填，常因回填不密实、混凝土浇筑养护质量差等原因出现路面板下脱空等问题，加剧了路面凹陷的程度，从而加速了仰拱预制块之间的连接失效，导致隧道衬砌开裂影响隧道安全。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种隧道构造，合理分布传递至仰拱预制块的压力，消除仰拱应力集中现象，提高仰拱抗变形性能。

本发明采用的技术方案是：隧道构造，包括仰拱和仰拱回填层；

沿隧道纵向所述仰拱由一组仰拱单元拼接而成，且沿隧道环向各仰拱单元分别由一组仰拱预制块拼接而成；由相邻两仰拱单元结合面之间的接缝形成仰拱环向拼接缝，由各仰拱单元中相邻两仰拱预制块结合面之间的接缝形成仰拱纵向拼接缝；

沿隧道纵向所述仰拱回填层由一组回填单元拼接而成，且沿隧道环向各回填单元分别由一组回填预制块拼接而成；由相邻两回填单元结合面之间的接缝形成回填层环向拼接缝，由各回填单元中相邻两回填预制块结合面之间的接缝形成回填层纵向拼接缝；

由回填预制块拼接构成的仰拱回填层经仰拱支撑，并由隧道两侧边墙底部的对应结构限位固定，且所述仰拱回填层内各回填层纵向拼接缝与仰拱内各仰拱纵向拼接缝彼此错开。

进一步的，所述仰拱回填层内各回填层环向拼接缝与仰拱内仰拱环向拼接缝彼此错开。

进一步的，所述仰拱内各仰拱预制块为错缝拼接，相邻两仰拱单元内的各仰拱纵向拼接缝彼此错开；所述仰拱回填层内各回填预制块为通缝拼接，相邻两回填单元内的各回填层纵向拼接缝彼此连通，由彼此连通的回填层纵向拼接缝将回填预制块划分为列，由各回填层环向拼接缝将回填预制块划分为排。

进一步的，各回填单元内的各回填层纵向拼接缝彼此连通，并均沿对应的隧道行车道中线延伸且均位于对应的隧道行车道中线区域内。

进一步的，各回填单元内的各回填层纵向拼接缝彼此连通,并分别位于对应隧道行车道内和对应隧道行车道间；

位于对应的隧道行车道内的回填层纵向拼接缝均沿对应的隧道行车道中线延伸且均位于对应的隧道行车道中线区域内；

位于对应的隧道行车道间的回填层纵向拼接缝均沿对应的行车道隔离线延伸且均位于对应的隧道行车道隔离线区域内。

进一步的，各仰拱单元中仰拱预制块的数量为N，且N为大于或等于三的整数，其中，N-1块仰拱预制块的弧长相等并依次排列，且仰拱单元内各仰拱纵向拼接缝与隧道中线彼此错开。

进一步的，各回填预制块为空心结构，包括顶壁、底壁和两侧的侧壁。

进一步的，各回填预制块为空心筒体结构，由顶壁、底壁和两侧侧壁包围构成贯穿的空腔，并由各列回填预制块的空腔沿隧道纵向彼此连通构成隧道纵向排水通道；

各回填单元两端回填预制块与隧道边墙相邻的侧壁上分别设置有排水预留孔；

各回填层纵向拼接缝两侧的回填预制块的对应侧壁上分别设置有通孔，由所述通孔连通相邻隧道纵向排水通道。

进一步的，各回填预制块顶面四周均设置有缺口并预留钢筋；

沿回填层纵向拼接缝各列回填预制块的缺口构成纵向铰缝，沿回填层环向拼接缝各排回填预制块的缺口构成环向铰缝，所述纵向铰缝和环向铰缝内预留的钢筋相互连接，且所述纵向铰缝和环向铰缝经混凝土回填填充。

进一步的，所述隧道构造还包括两侧边墙底部的线缆沟，且所述线缆沟沿隧道延伸方向由一组线缆沟预制块串接而成，由回填预制块拼接构成的仰拱回填层经线缆沟与对应侧隧道边墙底部相连。

本发明的有益效果是：本发明的隧道构造，首先，仰拱回填层由回填预制块拼装而成，可工厂化生产，便于灵活分配生产和施工任务；且隧道内安装方便、安装时间缩短，从而提高了施工效率；并且，使仰拱的检修更便捷。

其二、由回填预制块拼装而成的仰拱回填层，强度和刚度更高，抗压性能更好，能有效降低路面层变形，从而减小路面局部压力，进而减小仰拱局部压力；

其三、由于仰拱回填层的各回填层纵向拼接缝与仰拱的各仰拱纵向拼接缝彼此错开，使得来自路面的压力直接通过回填预制块传递至仰拱预制块，消除了仰拱纵向拼接缝处应力集中现象，避免因仰拱纵向拼接缝处应力集中而导致相邻仰拱预制块之间的连接失效。

其四，通过仰拱回填层的各回填层纵向拼接缝与仰拱的各仰拱纵向拼接缝彼此错开，延长了地下水沿着仰拱纵向拼接缝及回填层纵向拼接缝反渗至路表面的路径，降低路面冒水病害的概率。

其五、仰拱回填层为预制件，其强度和刚度得到提高，对路面的支撑性能好，从而可以简化路面结构。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为回填预制块组合拼装平面图；

图3为仰拱预制块组合拼装平面图；

图4为回填预制块结构示意图；

图5为图2的A-A剖视图。

图中，仰拱单元1、仰拱预制块11、仰拱纵向拼接缝12、仰拱环向拼接缝13、回填单元2、回填预制块21、顶壁211、底壁212、侧壁213、空腔214、横向导水孔215、通孔216、钢筋217、回填层纵向拼接缝22、回填层环向拼接缝23、纵向铰缝24、环向铰缝25、线缆沟预制块3。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明如下：

如图1所示，隧道构造，包括仰拱和仰拱回填层；

沿隧道纵向所述仰拱由一组仰拱单元1拼接而成，且沿隧道环向各仰拱单元1分别由一组仰拱预制块11拼接而成；由相邻两仰拱单元1结合面之间的接缝形成仰拱环向拼接缝13，由各仰拱单元1中相邻两仰拱预制块11结合面之间的接缝形成仰拱纵向拼接缝12；

沿隧道纵向所述仰拱回填层由一组回填单元2拼接而成，且沿隧道环向各回填单元2分别由一组回填预制块21拼接而成；由相邻两回填单元2结合面之间的接缝形成回填层环向拼接缝23，由各回填单元2中相邻两回填预制块21结合面之间的接缝形成回填层纵向拼接缝22；

由回填预制块21拼接构成的仰拱回填层经仰拱支撑，并由隧道两侧边墙底部的对应结构限位固定，且所述仰拱回填层内各回填层纵向拼接缝22与仰拱内各仰拱纵向拼接缝12彼此错开。

本发明的隧道构造，首先，仰拱回填层由回填预制块21拼装而成，可工厂化生产，便于灵活分配生产和施工任务；且隧道内安装方便、安装时间缩短，从而提高了施工效率；仰拱及仰拱回填层的检修也更便捷。

其二、由回填预制块21拼装而成的仰拱回填层，强度和刚度更高，抗压性能更好，能有效降低路面层变形，从而减小路面局部压力，进而减小仰拱局部压力；并且，使得仰拱回填层与仰拱接触时为面接触，更利于力分散传递至仰拱，减少仰拱局部受力。

其三、由于仰拱回填层的各回填层纵向拼接缝22与仰拱的各仰拱纵向拼接缝12彼此错开，使得来自路面的压力直接通过回填预制块21传递至仰拱预制块11，消除了仰拱纵向拼接缝12处应力集中现象，避免因仰拱纵向拼接缝12处应力集中而导致相邻仰拱预制块11之间的连接失效。

其四，通过仰拱回填层的各回填层纵向拼接缝22与仰拱的各仰拱纵向拼接缝12彼此错开，延长了地下水沿着仰拱纵向拼接缝12及回填层纵向拼接缝22反渗至路表面的路径，降低路面冒水病害的概率。

其五、仰拱回填层为层预制件，其强度和刚度得到提高，对路面的支撑性能好，从而可以简化路面结构，将原来的2～3层水泥混凝土结构层简化为1层路面铺装，提高了路面施工效率，节约了路面施工材料。

回填层环向拼接缝23与仰拱环向拼接缝13可以对中，但是，为了进一步提高隧道防水性能，优选的，所述仰拱回填层内各回填层环向拼接缝23与仰拱内仰拱环向拼接缝13彼此错开。

如图3和图4所示的实施例中，所述仰拱内各仰拱预制块11为错缝拼接，相邻两仰拱单元1内的各仰拱纵向拼接缝12彼此错开；所述仰拱回填层内各回填预制块21为通缝拼接，相邻两回填单元2内的各回填层纵向拼接缝22彼此连通，由彼此连通的回填层纵向拼接缝22将回填预制块21划分为列，由各回填层环向拼接缝23将回填预制块21划分为排。

如图3所示，仰拱内各仰拱预制块11为错缝拼接，使各仰拱单元1的接缝形式不是“十”字形，而成是“T”形，避免了纵向通缝，首先，接缝刚度分布均匀，增强了结构的整体性；其次，错缝拼装，仰拱预制块11通过纵向拼接缝12将内力传递给相邻排仰拱单元1，仰拱预制块11抗变形能力增强、防水效果提高。

如图4所示，仰拱回填层内各回填预制块21为通缝拼接，使各回填单元2的接缝形式呈“十”字形通缝，首先，拼装更容易；其次，便于在回填层内布设纵向排水通道；最后，在浇筑路面水泥混凝土现浇层时，便于现浇混凝土在回填层纵向拼接缝22与回填层环向拼接缝23处填充，形成纵横交错布置的现浇混凝土网格将各回填预制块21连接，提高仰拱回填层的整体性，并对仰拱回填层的各拼接缝进行封堵，提高了防水性能。

当然，仰拱内各仰拱预制块11也可以采用错缝拼接，仰拱回填层内各回填预制块21也可以采用错缝拼接。

公路隧道的车载数量以及行车位置等不确定性高，使得仰拱回填层所受的来自路面的压力复杂多变。由于回填层纵向拼接缝22处为仰拱回填层的受力薄弱处，为了避免车轮碾压路面的压力集中作用于仰拱回填层的回填层纵向拼接缝22处，影响仰拱受力的均匀性，优选的，各回填单元2内的各回填层纵向拼接缝22彼此连通，并均沿对应的隧道行车道中线延伸且均位于对应的隧道行车道中线区域内。

由于各条行车道内，车轮通常碾压行车道的两侧，几乎甚至不会碾压行车道的中线处，故，将回填层纵向拼接缝22设置于行车道的中线处，减小了回填层纵向拼接缝22的应力，提高了仰拱回填层的刚度，从而提高了仰拱回填层传递应力的均匀性，提高了仰拱受力的均匀性；同时，仰拱回填层的刚度提高，其对路面的支撑性能提高，使得路面的变形减小，从而避免了路面上压力集中，消除了压力集中对仰拱的影响。

相邻两行车道之间可以有公共的回填预制块21，但是，这种方式，相邻两行车道共用的回填预制块21的尺寸过大，极可能无法满足安装设备的要求，为了避免上述问题，最优的，如图1所示，各回填单元2内的各回填层纵向拼接缝22彼此连通,并分别位于对应隧道行车道内和对应隧道行车道间；

位于对应的隧道行车道内的回填层纵向拼接缝22均沿对应的隧道行车道中线延伸且均位于对应的隧道行车道中线区域内；

位于对应的隧道行车道间的回填层纵向拼接缝22均沿对应的行车道隔离线延伸且均位于对应的隧道行车道隔离线区域内。

由于相邻两行车道间的隔离线区域也为车轮碾压几率小的区域，故，回填层纵向拼接缝22与之对中，能够避免车轮碾压该回填层纵向拼接缝22，同时，回填预制块21的尺寸满足安装要求。

各仰拱单元1中仰拱预制块11的数量可以不相等。但是，为了便于制作与拼装，优选的，各仰拱单元1中仰拱预制块11的数量为N，且N为大于或等于三的整数，其中，N-1块仰拱预制块11的弧长相等并依次排列，且仰拱单元1内各仰拱纵向拼接缝12与隧道中线彼此错开。

上述结构，首先，N-1块仰拱预制块11的弧长相等并依次排列，减少了仰拱预制块11的种类，便于批量生产与拼装。而为了满足错缝拼接要求，拼装时，如图1和图3所示的实施例，各排仰拱单元1中的仰拱预制块11有3块，即N＝3，各排回填单元2中的回填预制块21有4块。3块仰拱预制块11分别为A单元、B单元和C单元,其中，A单元和B单元弧长相等，并等于C单元弧长的二倍数。拼接时候，相邻两排仰拱单元1中，其中一排仰拱单元1按A单元、B单元和C单元沿隧道横向从左至右顺次排列，另一排仰拱单元1按C单元、B单元和A单元沿隧道横向从左至右顺次排列。

其次，仰拱单元1内各仰拱纵向拼接缝12与隧道中线彼此错开，提高了仰拱的抗变形性能。

回填预制块21可以为实心块，也可以为槽状等。但是，实心块较重、耗材多；槽状的回填预制块21，其槽口处与相邻部件的接触面积小，安装不便。最优的，如图1和图4所示，各回填预制块21为空心结构，包括顶壁211、底壁212和两侧的侧壁213。

空心结构的回填预制块21，其重量轻、耗材少且抗弯性能好。

回填预制块21可以为中空的封闭结构，但是，该结构，需要单独设置隧道纵向排水通道，工程量大，且在仰拱回填层内开挖通道，影响仰拱回填层的强度，为克服该问题，优选的，各回填预制块21为空心筒体结构，由顶壁211、底壁212和两侧侧壁213包围构成贯穿的空腔214，并由各列回填预制块21的空腔214沿隧道纵向彼此连通构成隧道纵向排水通道；

各回填单元2两端回填预制块21与隧道边墙相邻的侧壁213上分别设置有排水预留孔215；

各回填层纵向拼接缝22两侧的回填预制块21的对应侧壁213上分别设置有通孔216，由所述通孔216连通相邻隧道纵向排水通道。

该结构，由于空腔214与回填预制块21一体成型，直接拼接便构成隧道纵向排水通道，施工便捷，且不会影响仰拱回填层的强度；而通过通孔216将相邻两条隧道纵向排水通道连通，首先起到分配水量的作用，其次，在其中一条隧道纵向排水通道堵塞的情况下，可以通过其他隧道纵向排水通道排水,避免地下水排水通道堵塞，保障了隧道纵向排水通道的排水能力。

而通过排水预留孔215将隧道衬砌水引排至隧道纵向排水通道，最后经过隧道纵向排水通道排出。可以直接将排水预留孔215作为连通隧道衬砌纵向排水管与隧道纵向排水通道的排水孔，也可以在排水预留孔215内设置排水管连通隧道衬砌纵向排水管与隧道纵向排水通道。

可以通过在回填层纵向拼接缝22以及回填层环向拼接缝23处设置独立的混凝土回填将各回填预制块21连接在一起，提高仰拱回填层的整体刚度，优选的，如图1和图5所示，各回填预制块21顶面四周均设置有缺口并预留钢筋217；

沿回填层纵向拼接缝22各列回填预制块21的缺口构成纵向铰缝24，沿回填层环向拼接缝23各排回填预制块21构成环向铰缝25，所述纵向铰缝24和环向铰缝25内预留的钢筋217相互连接，且所述纵向铰缝24和环向铰缝25经混凝土回填填充。

通过横向预留钢筋217、纵向预留钢筋218以及路面水泥混凝土现浇层的现浇混凝土填充纵向铰缝24与环向铰缝25后，将各回填预制块21连成整体，增强了仰拱回填层的整体刚度，还避免了路面水沿回填层纵向拼接缝22下渗。

上述填充纵向铰缝24和环向铰缝25的混凝土回填与路面水泥混凝土现浇层为一体结构，在路面水泥混凝土现浇层施工时，现浇混凝土浇筑于纵向铰缝24和环向铰缝25内构成纵向铰缝24和环向铰缝25的混凝土回填，施工方便，同时使混凝土回填与路面的结合更紧密；同时，混凝土回填与路面水泥混凝土现浇层同时施工，避免了混凝土材料浪费。

线缆沟可以为现浇混凝土结构，但是，为了提高安装效率，同时，便于检修维护，优选的，所述隧道构造还包括两侧边墙底部的线缆沟，且所述线缆沟沿隧道延伸方向由一组线缆沟预制块3串接而成，由回填预制块21拼接构成的仰拱回填层经线缆沟与对应侧隧道边墙底部相连。在满足安装设备要求的前提下，线缆沟预制块3沿隧道纵向的尺寸应尽量长，以减少接缝数量，线缆沟预制块3纵向长度宜取3～6m。

Claims (10)

1.隧道构造，包括仰拱和仰拱回填层；

沿隧道纵向所述仰拱由一组仰拱单元(1)拼接而成，且沿隧道环向各仰拱单元(1)分别由一组仰拱预制块(11)拼接而成；由相邻两仰拱单元(1)结合面之间的接缝形成仰拱环向拼接缝(13)，由各仰拱单元(1)中相邻两仰拱预制块(11)结合面之间的接缝形成仰拱纵向拼接缝(12)；其特征在于：

沿隧道纵向所述仰拱回填层由一组回填单元(2)拼接而成，且沿隧道环向各回填单元(2)分别由一组回填预制块(21)拼接而成；由相邻两回填单元(2)结合面之间的接缝形成回填层环向拼接缝(23)，由各回填单元(2)中相邻两回填预制块(21)结合面之间的接缝形成回填层纵向拼接缝(22)；

由回填预制块(21)拼接构成的仰拱回填层经仰拱支撑，并由隧道两侧边墙底部的对应结构限位固定，且所述仰拱回填层内各回填层纵向拼接缝(22)与仰拱内各仰拱纵向拼接缝(12)彼此错开。

2.如权利要求1所述的隧道构造，其特征在于：所述仰拱回填层内各回填层环向拼接缝(23)与仰拱内仰拱环向拼接缝(13)彼此错开。

3.如权利要求1所述的隧道构造，其特征在于：所述仰拱内各仰拱预制块(11)为错缝拼接，相邻两仰拱单元(1)内的各仰拱纵向拼接缝(12)彼此错开；所述仰拱回填层内各回填预制块(21)为通缝拼接，相邻两回填单元(2)内的各回填层纵向拼接缝(22)彼此连通，由彼此连通的回填层纵向拼接缝(22)将回填预制块(21)划分为列，由各回填层环向拼接缝(23)将回填预制块(21)划分为排。

4.如权利要求3所述的隧道构造，其特征在于：各回填单元(2)内的各回填层纵向拼接缝(22)彼此连通，并均沿对应的隧道行车道中线延伸且均位于对应的隧道行车道中线区域内。

5.如权利要求3所述的隧道构造，其特征在于：各回填单元(2)内的各回填层纵向拼接缝(22)彼此连通,并分别位于对应隧道行车道内和对应隧道行车道间；

位于对应的隧道行车道内的回填层纵向拼接缝(22)均沿对应的隧道行车道中线延伸且均位于对应的隧道行车道中线区域内；

位于对应的隧道行车道间的回填层纵向拼接缝(22)均沿对应的行车道隔离线延伸且均位于对应的隧道行车道隔离线区域内。

6.如权利要求1-5任意一项权利要求所述的隧道构造，其特征在于：各仰拱单元(1)中仰拱预制块(11)的数量为N，且N为大于或等于三的整数，其中，N-1块仰拱预制块(11)的弧长相等并依次排列，且仰拱单元(1)内各仰拱纵向拼接缝(12)与隧道中线彼此错开。

7.如权利要求3-5任意一项权利要求所述的隧道构造，其特征在于：各回填预制块(21)为空心结构，包括顶壁(211)、底壁(212)和两侧的侧壁(213)。

8.如权利要求7所述的隧道构造，其特征在于：各回填预制块(21)为空心筒体结构，由顶壁(211)、底壁(212)和两侧侧壁(213)包围构成贯穿的空腔(214)，并由各列回填预制块(21)的空腔(214)沿隧道纵向彼此连通构成隧道纵向排水通道；

各回填单元(2)两端回填预制块(21)与隧道边墙相邻的侧壁(213)上分别设置有排水预留孔(215)；

各回填层纵向拼接缝(22)两侧的回填预制块(21)的对应侧壁(213)上分别设置有通孔(216)，由所述通孔(216)连通相邻隧道纵向排水通道。

9.如权利要求3-5任意一项权利要求所述的隧道构造，其特征在于：各回填预制块(21)顶面四周均设置有缺口并预留钢筋(217)；

沿回填层纵向拼接缝(22)各列回填预制块(21)的缺口构成纵向铰缝(24)，沿回填层环向拼接缝(23)各排回填预制块(21)的缺口构成环向铰缝(25)，所述纵向铰缝(24)和环向铰缝(25)内预留的钢筋(217)相互连接，且所述纵向铰缝(24)和环向铰缝(25)经混凝土回填填充。

10.如权利要求1-5任意一项权利要求所述的隧道构造，其特征在于：所述隧道构造还包括两侧边墙底部的线缆沟，且所述线缆沟沿隧道延伸方向由一组线缆沟预制块(3)串接而成，由回填预制块(21)拼接构成的仰拱回填层经线缆沟与对应侧隧道边墙底部相连。