CN109356597B - 一种设置于有底部廊道的盾构隧道内的轨道变形控制结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种设置于有底部廊道的盾构隧道内的轨道变形控制结构，属于盾构隧道相关技术领域，其通过在盾构隧道底部沿纵向设置具有矩形截面的中间箱涵，并对应其设置支撑平台、弧形板、隔离板和滑动垫层，使得中间箱涵可在地震发生时带动现浇路面板、行车道板、轨道板等机构不完全随着隧道结构横向摆动，实现轨道的大半径曲线变形，满足地震发生时盾构隧道内列车的正常运行。本发明的轨道变形控制结构，其结构简单，设置成本较低，能有效保证有底部廊道的盾构隧道中轨道结构在地震作用时的正常运行，提升盾构隧道运行的安全性和稳定性，减少地震发生时轨道结构和隧道结构可能出现的损坏，保证盾构隧道的安全运营，具有极好的推广应用价值。

Description

一种设置于有底部廊道的盾构隧道内的轨道变形控制结构

技术领域

本发明属于盾构隧道相关技术领域，具体涉及一种设置于有底部廊道的盾构隧道内的轨道变形控制结构。

背景技术

在隧道的施工工艺中，盾构法是一种隧道暗挖施工的全机械化施工方法，其往往具有施工安全、掘进速度快、工程质量好、复杂地层适应性强、地表沉降小、对周边环境影响小等诸多优点，已成为隧道工程的主要修建方法之一，在城市地铁、城市铁路、市政道路与基础设施、水下隧道等方面都得到了广泛应用。在盾构隧道的建设中，不可避免地会出现穿越软弱破碎带区域的情形，由于地下结构受到破坏后的修复极其困难、修复成本较高，因此，对地下结构的抗震研究，特别是穿越软弱破碎带区域的隧道抗震研究是十分必要的。

当盾构隧道穿越软弱破碎带区域，特别是活动性断层时，由于围岩的地质条件差异较大，发生地震作用时，盾构隧道结构的地震响应很大，尤其是穿越土、岩(软、硬)地层交界的区段，地层条件变化较大，是地下结构抗震的危险部位。盾构隧道结构的震害程度不仅受到围岩条件的影响，还受到地震参数、隧道埋深、管片结构参数、施工方法等因素的影响。目前，在盾构隧道设计时，往往通过加大管片衬砌厚度，增强管片衬砌刚度来满足盾构隧道的抗震需要，但是，上述方法并不能起到很好的抗震效果，反而会由于管片刚度增加导致其在地震作用时更加容易发生破坏。通常情况下，在土、岩交界(刚度突变)部位采用设置柔性接头结构的方法来提升隧道结构的抗震性能，例如设置大变形环，该柔性接头结构允许其两端连接的衬砌在一定范围内发生拉伸、压缩和剪切作用引起的位移，释放地震作用时其它区段隧道结构的变形。该方法适用于软、硬地层交界部位跨度较小的情况，否则由于变形环长度有限，其减震效果大大降低。

此外，当柔性接头结构用于盾构隧道时，对于有底部廊道的盾构隧道，由于其轨道板与盾构隧道管片通过预制箱涵、现浇牛腿和现浇车道板等约束成一体，因此当地震作用时，隧道结构发生位移时会连带轨道一起发生错动，或使轨道产生严重的扭曲，当列车通过该区段时，可能导致列车发生脱轨事故，严重时会导致列车颠覆撞击隧道壁，造成隧道结构的破坏，进而引发更为严重的次生灾害。因此，现有设置于有底部廊道的盾构隧道内的轨道结构无法充分满足地震发生时盾构隧道使用过程中的安全性和稳定性，存在一定的局限性。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求中的一种或者多种，本发明提供了一种设置于有底部廊道的盾构隧道内的轨道变形控制结构，其中通过在盾构隧道中设置由中间箱涵、支撑平台、隔离板、弧形板、滑动垫层和现浇路面板等结构组成的轨道变形控制结构，有效实现了盾构隧道在发生地震作用时，隧道内的轨道结构不完全随着隧道进行横向移动，避免了轨道结构的变形过大，保证了穿越软弱破碎带区域的盾构隧道在地震发生时的运行安全，提升了隧道和轨道结构的安全性和稳定性。

为实现上述目的，本发明提供一种设置于有底部廊道的盾构隧道内的轨道变形控制结构，包括盾构隧道内沿纵向连续设置的中间箱涵，其特征在于，

所述中间箱涵为横截面呈“矩形”的方形箱涵，其两侧端面上分别沿隧道纵向设置有承台，所述承台的顶面水平设置并低于所述中间箱涵的顶面高度；且所述盾构隧道内的底部对应所述中间箱涵固定设置有支撑平台，所述中间箱涵对应放置在该支撑平台的顶面；以及在所述中间箱涵两侧的隧道内周壁上分别沿纵向固定设置有弧形板，所述弧形板的顶面水平设置，并在该弧形板的顶面沿纵向固定设置有一定厚度的滑动垫层，并使得所述滑动垫层的顶面平齐于所述承台的顶面；且

在所述中间箱涵的两侧还分别设置有现浇路面板，所述现浇路面板为沿隧道纵向设置的长方体板状结构，其底面两侧分别搭放在所述承台的顶面和所述滑动垫层的顶面，并使得所述现浇路面板的顶面平齐于所述中间箱涵的顶面；且在所述现浇路面板的顶面上自下而上依次固定设置有行车道板和轨道板；以及对应所述现浇路面板在所述滑动垫层上设置有弹性挡块，该弹性挡块的一侧壁面为抵接所述盾构隧道内周壁面的弧形面，其另一侧壁面抵接所述现浇路面板的侧壁面；继而当所述盾构隧道受地震作用时，所述中间箱涵可带动所述现浇路面板、所述行车道板、所述轨道板及该轨道板上方的钢轨不完全随着所述盾构隧道横向摆动，并可以所述弹性挡块对所述中间箱涵的横向摆动限位，从而实现所述盾构隧道发生地震时，隧道内轨道结构的正常运行。

作为本发明的进一步改进，所述支撑平台包括两个分设于所述盾构隧道底部两侧的支撑单元；

所述支撑单元沿隧道纵向设置，其为顶面水平的楔形结构，该楔形结构的底面为圆弧面并紧贴所述盾构隧道的内周壁面，且所述支撑单元的顶面宽度与两所述支撑单元之间的间距之和小于所述中间箱涵的底面宽度，以保证所述中间箱涵底部的两侧始终搭放在两所述支撑单元的顶面。

作为本发明的进一步改进，所述支撑平台的顶面上固定设置有隔离板，所述中间箱涵对应放置在所述隔离板上，以对应降低所述中间箱涵底部与所述支撑平台之间的摩擦系数。

作为本发明的进一步改进，所述隔离板为橡胶板、四氟乙烯板或者钢板。

作为本发明的进一步改进，所述弧形板的底部对应与所述支撑平台固结。

作为本发明的进一步改进，所述行车道板的一侧搭放在所述中间箱涵的顶面，并与所述中间箱涵固结，且两所述行车道板之间间隔有一定距离。

作为本发明的进一步改进，在两所述行车道板之间的所述中间箱涵顶面上沿纵向间隔开设有若干通孔，并对应所述通孔设置有连通所述中间箱涵顶面与内部底面的疏散楼梯。

作为本发明的进一步改进，所述滑动垫层为塑料板或者四氟乙烯板。

作为本发明的进一步改进，所述现浇路面板搭放在所述弧形板顶面上方的横向宽度大于所述盾构隧道中轨道结构的允许错动量。

上述改进技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

(1)本发明的设置于有底部廊道的盾构隧道内的轨道变形控制结构，其通过在盾构隧道底部沿纵向设置具有矩形截面的中间箱涵，并在隧道底部对应其设置支撑平台，且在中间箱涵两侧对应设置弧形板，使得中间箱涵不与支撑平台固结、现浇路面板不与弧形板固结，从而使得中间箱涵可在地震发生时带动其上部现浇路面板、行车道板、轨道板等机构进行横向位移，且横向位移不完全随着隧道结构的横向摆动，实现了轨道的大半径曲线变形，满足了地震发生时盾构隧道内列车的正常运行，减少了脱轨事故的产生，保证了了有底部廊道的盾构隧道在穿越软弱破碎带区域时的运营安全性，提升了隧道结构和轨道结构的使用寿命；

(2)本发明的设置于有底部廊道的盾构隧道内的轨道变形控制结构，其通过将支撑平台设置为分设于隧道底部两侧的支撑单元，与现有的底部为弧形的中间箱涵相比，降低了预制箱涵的复杂性，且隧道底部的受力变形模式更加简单，大大降低了运营期隧道底部变形对轨道结构的影响，且通过优选设置支撑单元的顶面宽度和两支撑单元之间的间距，可有效保证中间箱涵横向移动时，其底部的两侧始终搭放在支撑单元上，有效保证了盾构隧道内中间箱涵的设置安全性和稳定性，保证了地震发生时隧道内轨道结构的正常运行；

(3)本发明的设置于有底部廊道的盾构隧道内的轨道变形控制结构，其通过在支撑平台顶面和弧形板顶面上对应设置隔离板和滑动垫层，有效降低了中间箱涵与支撑平台之间、现浇路面板与弧形板之间的摩擦系数，使得中间箱涵可在地震发生时带动现浇路面板、行车道板、轨道板等机构进行横向位移，确保实现轨道结构不完全随着隧道结构横向摆动，提升轨道变形控制结构的控制准确性，确保轨道结构的运行安全；

(4)本发明的设置于有底部廊道的盾构隧道内的轨道变形控制结构，其通过对应现浇路面板与盾构管片之间设置弹性挡块，由其对中间箱涵、现浇路面板、行车道板及其上部的轨道结构的横向摆动限位，避免地震发生时轨道结构的变形过大，确保轨道结构的横向位移不超过其允许错动量，实现地震发生时轨道结构的安全使用，提升穿越软弱破碎带区域盾构隧道的安全性；

(5)本发明的设置于有底部廊道的盾构隧道内的轨道变形控制结构，其结构简单，设置成本较低，能有效保证穿越软弱破碎带区域盾构隧道中轨道结构在地震作用和非地震作用时的正常运行，减少轨道结构在地震发生时的变形，使得即使发生地震时轨道结构也能正常使用，确保了盾构隧道运行的安全性和稳定性，减少了地震发生时轨道结构和隧道结构可能出现的损坏，确保了盾构隧道的安全运营，具有极好的推广应用价值。

附图说明

图1是本发明实施例中设置于有底部廊道的盾构隧道内的轨道变形控制结构的结构示意图；

图2是本发明实施例中设置于有底部廊道的盾构隧道内的轨道变形控制结构的局部放大图；

在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1.支撑平台，2.隔离板，3.中间箱涵，301.承台；4.弧形板，5.滑动垫层，6.现浇路面板，7.弹性挡块，8.盾构管片，9.行车道板，10.轨道板，11.钢轨，12.楼梯。

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用以解释本发明，并不用于限定本发明。

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明优选实施例中设置于有底部廊道的盾构隧道内的轨道变形控制结构如图1中所示，其中，盾构隧道由若干盾构管片8沿纵向对应拼接而成连续的“管状”结构，盾构隧道内包括设置在底部中间的中间箱涵3和对应设置在中间箱涵3顶部两侧的现浇路面板6，继而由中间箱涵3和现浇路面板6将盾构隧道内的空间分为上下两层，其上层为用于列车走行的行车道层，下层为用于布置管线和设置维修、救援、疏散等通道的服务层，行车道层和服务层之间通过两现浇路面板6和中间箱涵3的顶板隔开。

进一步具体地，优选实施例中的中间箱涵3为预制的方形箱涵，其沿隧道的纵向连续设置，形成横截面呈“矩形”的连续箱涵结构；进一步地，中间箱涵3由水平设置的顶板和底板，以及竖向相对设置的两块侧板对应构成，而现有盾构隧道中的箱涵与本优选实施例中的中间箱涵3相区别的是，现有的箱涵底部为弧形，并紧贴盾构隧道底部的管片内壁面，且现有箱涵往往与盾构管片固结设置；与之相区别的，本发明优选实施例中的中间箱涵3底部水平设置，且其底板不与盾构管片8固结，以使得中间箱涵3可在盾构隧道受到地震作用时，中间箱涵3不完全跟随盾构管片8组成的隧道结构进行横向摆动，以减少中间箱涵3顶板上方的轨道结构的变形；相应地，在未发生地震时，中间箱涵3通过与其下部支撑面之间的摩擦力克服隧道中列车运行时的横向摇摆力，保证未发生地震时轨道结构的运行安全性。

进一步地，中间箱涵3的两侧分别设置有承台301，如图1和图2中所示，承台301突出于中间箱涵3侧板的外侧表面，承台301的顶面水平设置，以用于搭放现浇路面板6，且承台301顶面距中间箱涵3顶面的距离刚好等于现浇路面板6的厚度，即现浇路面板6搭放在承台301上后，现浇路面板6的顶面与中间箱涵3的顶面平齐，形成平整的板面结构。

进一步地，盾构隧道内的底部对应中间箱涵3沿隧道纵向设置有支撑平台1，其在优选实施例中优选包括相对设置于隧道底部两侧的支撑单元，两支撑单元分别呈“楔形”结构，即支撑单元的底部为弧形，以用于与盾构管片8的内周壁紧贴设置，且支撑单元优选与盾构管片8固结，进一步优选通过植筋的方式进行固定；进一步地，两“楔形”支撑单元的顶部水平设置，且两支撑单元的顶面平齐，并在两支撑单元的顶面上分别固定设置有一定厚度的隔离板2，以减少中间箱涵3与支撑平台1之间的摩擦力，如图2中所示，优选实施例中的隔离板可以为橡胶板、四氟乙烯板或者钢板，继而中间箱涵3对应放置在支撑平台1上，并以其底面的两侧分别抵接对应支撑单元顶面上的隔离板2，从而通过支撑平台1和隔离板2实现对中间箱涵3的承载，而中间箱涵3与隔离板2之间不进行固结，通过中间箱涵3与隔离板2之间的摩擦力克服盾构隧道中列车运行时的横向摇摆力，保证盾构隧道在非地震作用时轨道结构的正常运行。

进一步优选地，优选实施例中的两楔形单元沿盾构管片8的中线对称设置，中间箱涵3的底部两侧对应搭放在隔离板2上，且优选实施例中楔形单元顶面的横向宽度可保证中间箱涵3横向移动到盾构隧道一侧，即中间箱涵3的一侧底部抵接该侧隔离板2顶面的最外侧边缘(该最外侧边缘也可看作是隔离板顶面抵接盾构管片内周壁面的位置)时，中间箱涵3的另一侧底部始终搭放在该侧的隔离板2上，从而保证中间箱涵3的横向移动不会导致中间箱涵倾斜；换言之，支撑单元的顶面宽度与两支撑单元之间的间距之和小于中间箱涵3的底面宽度，以此来保证中间箱涵的设置稳定性和安全性。

进一步地，优选实施例中对应中间箱涵3的两侧沿纵向设置有弧形板4，其整体呈圆弧形板面结构，以其一侧弧形面抵接盾构管片8的内周壁，并与盾构管片8固定设置；进一步地，优选实施例中的弧形板4底部与支撑平台1固定连接，且弧形板4的顶部水平设置，且弧形板4在盾构管片8内固结后，弧形板4的顶面设置高度略低于承台301顶面的设置高度，继而在弧形板4顶面上固定设置有一定厚度的滑动垫层5，并使得滑动垫层5的顶面与承台301的顶面平齐，优选实施例中的滑动垫层可优选为塑料板或者四氟乙烯板。

进一步地，现浇路面板6的一端搭放在承台301上，另一端搭放在滑动垫层5上，且现浇路面板6搭放在滑动垫层5的一端端面与盾构管片8的壁面之间间隔有一定的距离，进而在盾构管片8的内壁面与现浇路面板6的侧壁面之间沿隧道纵向固定设置有弹性挡块7，其一侧边抵接盾构管片8的内壁面，另一侧边抵接现浇路面板6的侧壁面，优选实施例中的弹性挡块7不与滑动垫层5固结；进一步地，优选实施例中现浇路面板6搭放在述弧形板4顶面上方的横向宽度大于盾构隧道中轨道结构的允许错动量，该允许错动量为采取抗震措施时(如设置大变形环)隧道结构可允许横向移动的极限值，其一般为50～75mm，以保证现浇路面板6的两端底部始终能得到支撑。

进一步地，优选实施例中的弹性挡块7采用高弹性高强度材料成型而成，例如CA砂浆，弹性挡块7成型完成以后，以其正对现浇路面板6的侧面抵接现浇路面板6的侧面，且弹性挡块7的顶面优选与现浇路面板6的顶面平齐，继而在盾构隧道的中下部可形成由中部中间箱涵3顶面和两侧现浇路面板6顶面、弹性挡块7顶面构成的平整板面结构，此时，盾构隧道的内部空间被分隔为上下两层，且下层横向被分隔为三部分中空空间，如图1中所示，下层的中部为中间箱涵3中空的“矩形”空间，其主要可用于设置疏散通道、维修和消防通道，而中间箱涵3两侧的“扇形”空间可以作为管线通道，用于布置隧道中的相关电缆、管线。

进一步地，在盾构隧道两现浇路面板6的顶面上分别固定设置有行车道板9，其为沿隧道纵向设置的板状结构，行车道板9的一侧搭放并固结在现浇路面板6的顶面，另一侧搭放固结在中间箱涵3的顶面；继而在行车道板9的顶面上对应设置有轨道板10，并在轨道板10上固定设置有供列车走行的钢轨11，即盾构隧道为双线隧道，隧道的两侧分别设置有线路，且优选实施例中盾构隧道两侧的轨道结构沿其中线对称设置，以保证隧道结构的受力稳定性。

进一步优选地，两行车道板9以隧道的中线对称设置，且两行车道板9之间间隔有一定距离，并优选在两行车道板9之间的中间箱涵3顶面上沿隧道纵向间隔开设有若干通孔，并对应各通孔设置有连通中间箱涵3内部底面的疏散楼梯12，用于紧急情况发生时，行车道层中的人们可经由疏散楼梯12进入中间箱涵3形成的疏散通道中，实现快速紧急疏散。

本发明优选实施例中设置于有底部廊道的盾构隧道内的轨道变形控制结构，其通过优选在隧道底部设置矩形截面的中间箱涵3，并对应在中间箱涵3设置支撑平台1和隔离板2，由隔离板2降低中间箱涵3与支撑平台1之间的摩擦系数，继而通过在中间箱涵3两侧分别设置固结于盾构管片8上的弧形板4，以及对应弧形板4和中间箱涵3设置滑动垫层5、现浇路面板6和弹性挡块7，由滑动垫层5降低现浇路面板6与弧形板4顶面之间的摩擦系数，并以弹性挡块7对非地震作用时现浇路面板6的横向移动限位，克服隧道中列车走行时产生的横向摇摆力，而在地震作用时，隔离板2上的中间箱涵3、滑动垫层5上的现浇路面板6会在地震作用下进行横向移动，继而带动现浇路面板6上方的轨道结构发生横向移动，此时现浇路面板6会挤压弹性挡块7，使其发生形变，弹性挡块7通过自身变形缓冲隧道结构的错动向中间箱涵3传递，以使得中间箱涵3不完全随着盾构管片8横向摆动，即使得盾构隧道中的轨道结构不完全随着隧道结构变形，防止轨道结构变形过大，确保盾构隧道在穿越软弱破碎带区域时的结构稳定性和运行安全性。

本发明优选实施例中设置于有底部廊道的盾构隧道内的轨道变形控制结构，其结构简单，设置成本较低，能有效保证穿越软弱破碎带区域盾构隧道中轨道结构在地震作用时的正常运行，减少轨道结构在地震作用时的变形，确保发生地震时轨道结构的正常使用，确保了盾构隧道运行的安全性和稳定性，减少了地震发生时轨道结构和隧道结构可能出现的损坏，保证了盾构隧道的运营安全，具有极好的推广应用价值。

本领域的技术人员容易理解，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 (9)

1.一种设置于有底部廊道的盾构隧道内的轨道变形控制结构，包括盾构隧道内沿纵向连续设置的中间箱涵，其特征在于，

所述中间箱涵为横截面呈“矩形”的方形箱涵，其两侧端面上分别沿隧道纵向设置有承台，所述承台的顶面水平设置并低于所述中间箱涵的顶面高度；且所述盾构隧道内的底部对应所述中间箱涵固定设置有支撑平台，所述中间箱涵对应放置在该支撑平台的顶面；以及在所述中间箱涵两侧的隧道内周壁上分别沿纵向固定设置有弧形板，所述弧形板的顶面水平设置，并在该弧形板的顶面沿纵向固定设置有一定厚度的滑动垫层，并使得所述滑动垫层的顶面平齐于所述承台的顶面；且

在所述中间箱涵的两侧还分别设置有现浇路面板，各所述现浇路面板为沿隧道纵向设置的长方体板状结构，其底面两侧分别搭放在所述承台的顶面和所述滑动垫层的顶面，并使得所述现浇路面板的顶面平齐于所述中间箱涵的顶面，且所述现浇路面板搭放在所述弧形板顶面上方的横向宽度大于所述盾构隧道中轨道结构的允许错动量；

在两所述现浇路面板的顶面上分别自下而上依次固定设置有行车道板和轨道板，行车道板的一侧搭放并固结在现浇路面板的顶面，另一侧搭放固结在中间箱涵的顶面；以及对应所述现浇路面板在所述滑动垫层上设置有弹性挡块，该弹性挡块的一侧壁面为抵接所述盾构隧道内周壁面的弧形面，其另一侧壁面抵接所述现浇路面板的侧壁面；继而当所述盾构隧道受地震作用时，所述中间箱涵可带动所述现浇路面板、所述行车道板、所述轨道板及该轨道板上方的钢轨不完全随着所述盾构隧道横向摆动，并可以所述弹性挡块对所述中间箱涵的横向摆动限位，从而实现所述盾构隧道发生地震时，隧道内轨道结构的正常运行。

2.根据权利要求1所述的设置于有底部廊道的盾构隧道内的轨道变形控制结构，其中，所述支撑平台包括两个分设于所述盾构隧道底部两侧的支撑单元；

所述支撑单元沿隧道纵向设置，其为顶面水平的楔形结构，该楔形结构的底面为圆弧面并紧贴所述盾构隧道的内周壁面，且所述支撑单元的顶面宽度与两所述支撑单元之间的间距之和小于所述中间箱涵的底面宽度，以保证所述中间箱涵底部的两侧始终搭放在两所述支撑单元的顶面。

3.根据权利要求1所述的设置于有底部廊道的盾构隧道内的轨道变形控制结构，其中，所述支撑平台的顶面上固定设置有隔离板，所述中间箱涵对应放置在所述隔离板上，以对应降低所述中间箱涵底部与所述支撑平台之间的摩擦系数。

4.根据权利要求3所述的设置于有底部廊道的盾构隧道内的轨道变形控制结构，其中，所述隔离板为橡胶板、四氟乙烯板或者钢板。

5.根据权利要求1~4中任一项所述的设置于有底部廊道的盾构隧道内的轨道变形控制结构，其中，所述弧形板的底部对应与所述支撑平台固结。

6.根据权利要求1~4中任一项所述的设置于有底部廊道的盾构隧道内的轨道变形控制结构，其中，两所述行车道板之间间隔有一定距离。

7.根据权利要求6所述的设置于有底部廊道的盾构隧道内的轨道变形控制结构，其中，在两所述行车道板之间的所述中间箱涵顶面上沿纵向间隔开设有若干通孔，并对应所述通孔设置有连通所述中间箱涵顶面与内部底面的疏散楼梯。

8.根据权利要求1~4、7中任一项所述的设置于有底部廊道的盾构隧道内的轨道变形控制结构，其中，所述滑动垫层为塑料板。

9.根据权利要求8所述的设置于有底部廊道的盾构隧道内的轨道变形控制结构，其中，所述滑动垫层为四氟乙烯板。