CN109519192B - 隧道储排水减压构造及跨越软岩地段的隧道结构 - Google Patents

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CN109519192B CN201910062486.4A CN201910062486A CN109519192B CN 109519192 B CN109519192 B CN 109519192B CN 201910062486 A CN201910062486 A CN 201910062486A CN 109519192 B CN109519192 B CN 109519192B
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Abstract

本发明隧道储排水减压构造和跨越软岩地段的隧道结构，属于隧道结构领域，以解决软岩地段隧道沉降以及地下水导排不及时导致的隧底结构破坏的问题。在隧道拱墙底部设置作为拱墙二次衬砌的承载基础的托梁和位于两侧托梁之间的隧底箱体；托梁与隧底箱体为分体结构；隧底箱体的两侧锚固于拱墙两侧的围岩，其为空心结构，并由底壁、顶壁、侧壁和端壁包围形成储排水腔，在两端设置有与储排水腔相连通的导水口，在隧底箱体的底壁设置有贯通底壁的竖向引水孔。本发明通过设置隧底箱体和托梁，方便隧底施工，避免隧底箱体和隧道沉降；并能起到一定的储水作用，以缓解中央排水沟的排水压力，避免地下导排异常的隧道渗漏水等病害。

Description

隧道储排水减压构造及跨越软岩地段的隧道结构
技术领域
本发明属于隧道结构领域，具体的是隧道储排水减压构造及跨越软岩地段的隧道结构。
背景技术
随着我国交通行业的快速发展，修建隧道的地区范围越来越广，隧道也越来越长。隧道穿越宽广的山脉，地质条件极为复杂，不可避免会遇到岩层断裂破碎地段、岩溶及岩溶水发育地段、地下水发育地段以及与地表外界联系紧密的软岩地段，由于该些软岩地段水量丰富、分布不均、具有侵蚀性和运动性。当隧道修建于该地段时，地下水的主要来路有时无法完全准确查明，但地下水在隧底围岩内大量聚集，采用传统的仰拱及排水系统，常因排水系统的中央排水沟排水能力不足而导致此段地下水无法有效排放，造成地下水从沉降缝或施工缝等处发生渗漏，或者此段地下水位变化造成仰拱等上浮现象，或者瞬时水压过大直接破坏仰拱及路面，破坏隧道结构，影响隧道的使用性能，增加运营维护难度和成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种隧道储排水减压构造及利用其跨越软岩地段的隧道结构,有效解决软岩地段隧道沉降以及地下水导排不及时导致的隧底结构破坏的问题，保证隧道的正常使用性能。
本发明采用的技术方案是：隧道储排水减压构造，沿隧道环向包括拱墙和隧底结构，所述拱墙沿隧道径向包括外侧的初期支护和内侧的二次衬砌；所述隧底结构包括设置于拱墙的二次衬砌底部的托梁和设置于两侧托梁之间的隧底箱体；所述托梁与隧底箱体为分体结构；所述托梁的顶部与二次衬砌的底部相连接作为二次衬砌的承载基础；所述隧底箱体的两侧锚固于拱墙两侧的围岩，其为空心结构，包括底壁、顶壁、两侧的侧壁和两端的端壁，并由底壁、顶壁、侧壁和端壁包围形成储排水腔，在两端的端壁上分别设置有与储排水腔相连通的导水口，在隧底箱体的底壁设置有贯通所述底壁延伸至储排水腔的竖向引水孔。
进一步的，在隧底箱体两侧的侧壁设置有贯通侧壁至储排水腔的用于埋设引排隧道边墙底部渗水的管道的安装孔。
进一步的，所述储排水腔呈方形。
进一步的，所述隧底箱体还包括隔墙，所述隔墙位于储排水腔内，沿隧道纵向，隔墙的两端分别延伸至隧底箱体的端壁；沿竖向，隔墙的底端延伸至隧底箱体的底壁；并由隔墙将所述储排水腔沿隧道横向分隔成中部排水腔和位于中部排水腔两侧的两端封闭的边部排水腔；所述导水口与储排水腔的中部排水腔相连通；在隔墙上设置有沿隧道纵向间隔分布的连通中部排水腔与边部排水腔的多道过水通道。
进一步的，所述竖向引水孔包括与中部排水腔连通的中部引水孔、与对应边部排水腔连通的边部引水孔；所述中部引水孔沿中部排水腔纵向成列布置；所述边部引水孔沿边部排水腔纵向成列布置。
进一步的，沿隧道纵向，所述储排水腔包括上游段、中游段和下游段；所述过水通道设置于储排水腔的中游段。
进一步的，沿隧道纵向，所述储排水腔包括上游段、中游段和下游段；所述竖向引水孔设置于储排水腔的下游段和中游段。
进一步的，在隧底箱体的底部设置有砼铺底层，在隧底箱体的底壁与砼铺底层之间以及隧底箱体的顶壁的顶面均铺设有覆盖所述竖向引水孔的钢筋网隔离层。
跨越软岩地段的隧道结构，沿隧道纵向包括岩溶穿越段、与岩溶穿越段上游端相连接的上游普通隧道段以及与岩溶穿越段下游端相连接的下游普通隧道段；所述岩溶穿越段采用上述的隧道储排水减压构造；所述上游普通隧道段包括上游中央排水沟；所述下游普通隧道段包括下游中央排水沟段和水沟加深段，所述水沟加深段的底壁位于下游中央排水沟段底壁的下方；所述上游中央排水沟的底壁所处高度高于隧底箱体的底壁所处的高度；所述隧底箱体的储排水腔下游端经导水口与水沟加深段的一端相连通，且水沟加深段的另一端与下游中央排水沟段相连通。
进一步的，在下游中央排水沟段的底部并在水沟加深段与下游中央排水沟段相邻的一端浇筑有混凝土挡块；在上游中央排水沟的底部并在岩溶穿越段的上游端也浇筑有混凝土挡块。
本发明的有益效果是：首先，通过隧底箱体和托梁的设置，避免了在岩溶等软岩地段施工仰拱等，方便隧底施工；通过托梁对拱墙的二次衬砌起到支撑作用，由于托梁与仰拱施工相比，施工更方便，施工周期更短，能够及时对二次衬砌起到支撑作用，保证隧道二次衬砌的稳定性。
其二，通过将托梁与隧底箱体设置成分体结构，托梁起到支撑二次衬砌的作用，隧底箱体起到导排地下水以及作为隧道路面结构的作用，隧底箱体位于托梁之间不起到支撑二次衬砌的作用，两者各自发挥功能，不仅避免了极端条件下由于地下水对储水减压结构的破坏进而影响到拱墙二次衬砌，危及隧道整体运营安全；而且，也避免了拱墙重量支撑于隧底箱体，减轻了隧底箱体的整体重量，避免了在岩溶等软岩地段隧底箱体的沉降；同时，通过托梁支撑二次衬砌，托梁可以锚固于隧道围岩，在岩溶等软岩地段，其能更好的起到二次衬砌的作用，能有效防止隧道沉降。
其三，通过竖向引水孔将隧底有压地下水导排至隧底箱体的储排水腔，再经导水口导排，实现隧底泄压的作用，避免在隧底地下水压力作用下，隧底上浮、变形或者开裂等问题。当地下水量较大时，其能起到一定的储水作用，以及抵抗瞬时极高水压对结构的冲击，并缓解相邻隧道段中央排水沟的排水压力，避免因中央排水沟排水能力不足而导致的隧道渗漏水等病害。
附图说明
图1为本发明纵断面结构示意图；
图2为本发明的平面示意图；
图3为图1的A处局部放大图；
图4为图1的B处局部放大图；
图5为本发明的横断面结构示意图；
图6为图5的D-D剖视图；
图7为图5的E-E剖视图；
图8为图5的F-F剖视图；
图9为图5的G-G剖视图；
图10为图5的C处局部放大图。
图中，岩溶穿越段11、上游普通隧道段12、上游中央排水沟121、下游普通隧道段13、下游中央排水沟段131、水沟加深段132、拱墙14、初期支护141、二次衬砌142、隧底箱体2、底壁21、顶壁22、侧壁23、端壁24、隔墙25、安装孔26、导水口27、竖向引水孔28、中部引水孔281、边部引水孔282、储排水腔3、中部排水腔31、边部排水腔32、过水通道33、上游段34、中游段35、下游段36、钢筋网隔离层4、砼铺底层5、混凝土挡块6、托梁7。
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：
隧道储排水减压构造，如图5和图6所示，沿隧道环向包括拱墙14和隧底结构，所述拱墙14沿隧道径向包括外侧的初期支护141和内侧的二次衬砌142；所述隧底结构包括设置于拱墙14的二次衬砌142底部的托梁7和设置于两侧托梁7之间的隧底箱体2；所述托梁7与隧底箱体2为分体结构；所述托梁7的顶部与二次衬砌142的底部相连接作为二次衬砌142的承载基础；所述隧底箱体2的两侧锚固于拱墙14两侧的围岩，其为空心结构，包括底壁21、顶壁22、两侧的侧壁23和两端的端壁24，并由底壁21、顶壁22、侧壁23和端壁24包围形成储排水腔3，在两端的端壁24上分别设置有与储排水腔3相连通的导水口27，在隧底箱体2的底壁21设置有贯通所述底壁21延伸至储排水腔3的竖向引水孔28。
本发明公开的隧道储排水减压构造，通过隧底箱体2和托梁7的设置，避免了在岩溶等软岩地段施工仰拱等，方便隧底施工；通过托梁7对拱墙14的二次衬砌142起到支撑作用，由于托梁7与仰拱施工相比，施工更方便，施工周期更短，能够及时对二次衬砌142起到支撑作用。通过将托梁7与隧底箱体2设置成分体结构，即托梁7与隧底箱体2分别浇筑，托梁7起到支撑二次衬砌142的作用，隧底箱体2起到导排地下水以及作为隧道路面结构的作用，隧底箱体2位于托梁7之间不起到支撑二次衬砌142的作用，两者各自发挥功能，不仅避免了极端条件下由于地下水对储水减压结构的破坏进而影响到拱墙二次衬砌，危及隧道整体运营安全；而且，也避免了拱墙14重量支撑于隧底箱体2，减轻了隧底箱体2的整体重量，避免了在岩溶等软岩地段隧底箱体2的沉降；同时，通过托梁7支撑二次衬砌142，托梁7可以锚固于隧道围岩，在岩溶等软岩地段，其能更好的起到二次衬砌142的作用，能有效防止隧道沉降。通过将隧底箱体2设置成空心结构，使得隧底箱体2的重量轻、耗材少且抗弯性能好。通过竖向引水孔28将隧底有压地下水导排至隧底箱体2的储排水腔3，再经导水口27导排，实现隧底泄压的作用，避免在隧底地下水压力作用下，隧底上浮、变形或者开裂等问题。储排水腔3与传统的中央排水沟或者中央排水管相比，在相同成本的基础上，其尺寸可以更大，即便在地下水发育地段、地下水受季节影响不规律地段及岩溶地区地下水量较大时，普通排水段的中央排水沟导排能力不足的情况下，其能起到一定的储水作用，以及抵抗瞬时极高水压对结构的冲击，并缓解相邻隧道段中央排水沟的排水压力，避免因中央排水沟排水能力不足而导致的隧道渗漏水等病害。
为了导排隧道边墙底部的有压地下水，对边墙底部进行泄压，优选的，如图5所示，在隧底箱体2两侧的侧壁23设置有贯通侧壁23至储排水腔3的用于埋设引排隧道边墙底部渗水的管道的安装孔26。
储排水腔3可以为拱形等，优选的，如图5所示，所述储排水腔3呈方形。
方形的储排水腔3首先，保证了腔体的大容量；其次，保证隧底结构有更大更好的刚度，更好分解腔体内部可能产生的瞬时水压、能更好分散长期运营条件下隧道特别是软岩隧道底部两侧向中间收敛而对隧底空腔结构造成的压力，降低结构从内部产生拱形腔体顶部薄弱点破坏的风险；最后，施工放样更加简单，结构尺寸更易控制，施工更加方便，可操作性更强。
在上述实施方式中，隧底箱体2的储排水腔3可以仅为一个独立的腔体。优选的，如图5、图6、图7、图8和图9所示，所述隧底箱体2还包括隔墙25，所述隔墙25位于储排水腔3内，沿隧道纵向，隔墙25的两端分别延伸至隧底箱体2的端壁24；沿竖向，隔墙25的底端延伸至隧底箱体2的底壁21；并由隔墙25将所述储排水腔3沿隧道横向分隔成中部排水腔31和位于中部排水腔31两侧的两端封闭的边部排水腔32；所述导水口27与储排水腔3的中部排水腔31相连通；在隔墙25上设置有沿隧道纵向间隔分布的连通中部排水腔31与边部排水腔32的多道过水通道33。
通过在储排水腔3内设置隔墙25，将储排水腔3沿纵向分隔成独立的腔体，与储排水腔3仅设置一个独立的腔体相比，首先，有效减小了单个腔体的跨度，在运营期间能更好传递来自路面水的车辆动荷载；接着，腔体内部采用隔墙25的设置，对隧底箱体2起到加强作用，能更好分解腔体内部瞬时水压对空气的压力，降低隧底箱体2从腔体内部产生破坏的概率，更利于保证隧底箱体2的整体稳定性，保证隧底结构长期安全性；更进一步的，通过中部排水腔31与导水口27相连通，而边部排水腔32的两端封闭，使得中部排水腔31构成隧道纵向排水通道的组成部分，即隧道纵向排水通道的尺寸缩小，更利于控制导入普通排水段的中央排水沟的水量，而边部排水腔32则起到调节水量的作用，及当地下水量大，导入储排水腔3的水量过多，普通排水段的中央排水沟导排能力有限时，水则存储于中部排水腔31和边部排水腔32，当地下水量减少时，边部排水腔32内存储的水则经过水通道33流入中部排水腔31，再经导水口27由普通排水段的中央排水沟排出。
可以仅在中部排水腔31的对应位置设置竖向引水孔28，也可以仅在边部排水腔32的对应位置设置竖向引水孔28。但是，为了快速将隧底地下有压水引排至储排水腔3内，优选的，如图5、图6、图7和图9所示，所述竖向引水孔28包括与中部排水腔31连通的中部引水孔281、与对应边部排水腔32连通的边部引水孔282；所述中部引水孔281沿中部排水腔31纵向成列布置；所述边部引水孔282沿边部排水腔32纵向成列布置。
优选的，如图6和图8所示，沿隧道纵向，所述储排水腔3包括上游段34、中游段35和下游段36；所述过水通道33设置于储排水腔3的中游段35。
在重力作用下，储排水腔3内的水由上游段34流至中游段35，然后流至下游段36。将过水通道33设置于储排水腔3的中游段35，使得储排水腔3的下游段36处，隔墙25将中部排水腔31和边部排水腔32完全隔离，使该段处边部排水腔32的水不能导入中部排水腔31，从而避免了大量水在中部排水腔31的下游端汇集，从而缓解了对中部排水腔31下游端导水口27的压力。同时，当普通排水段导排能力足够的情况下，而与将过水通道33设置于上游段34相比，在普通排水段导排能力足够的情况下，中部排水腔31的水更容易经过水通道33排入边部排水腔32，以缓解中部排水腔31的水压力。并实现地下水进入储排水腔3后能以最快速度均匀分布于储排水腔3内，维持整个隧底箱体2的整体平衡。
由于越靠近下游，地下水含量越丰富，故，优选的，沿隧道纵向，如图6、图7和图9所述储排水腔3包括上游段34、中游段35和下游段36；所述竖向引水孔28设置于储排水腔3的下游段36和中游段35。
为了避免细小渣体颗粒等经竖向引水孔28进入储排水腔3，导致储排水腔3淤积，或者竖向引水孔28、导水口27堵塞的现象，优选的，如图10所示，在隧底箱体2的底壁21的底面上以及顶壁22的顶面均铺设有覆盖所述竖向引水孔28的钢筋网隔离层4；在隧底箱体2的底部设置有砼铺底层5。
跨越软岩地段的隧道结构，如图1、图2、图3和图4所示，沿隧道纵向包括岩溶穿越段11、与岩溶穿越段11上游端相连接的上游普通隧道段12以及与岩溶穿越段11下游端相连接的下游普通隧道段13；所述岩溶穿越段11采用隧道储排水减压构造；所述上游普通隧道段12包括上游中央排水沟121；所述下游普通隧道段13包括下游中央排水沟段131和水沟加深段132，所述水沟加深段132的底壁位于下游中央排水沟段131底壁的下方；所述上游中央排水沟121的底壁所处高度高于隧底箱体2的底壁21所处的高度；所述隧底箱体2的储排水腔3下游端经导水口27与水沟加深段132的一端相连通，且水沟加深段132的另一端与下游中央排水沟段131相连通。
本跨越软岩地段的隧道结构，其采用岩溶穿越段11跨越软岩地段，与软岩地段两端的普通隧道段相衔接。上游普通隧道段12和下游普通隧道段13采用常规隧道结构，即沿其环向包括拱墙和底部仰拱，并采用中央排水沟等常规排水系统进行排水。岩溶穿越段11采用上述实施方式中的隧道储排水减压构造。通过岩溶穿越段11的特殊构造，避免了岩溶穿越段11的变形，保证了其正常运营，同时在富水时段能够起到储水以调节下游普通隧道段13的排水量的作用，适应下游普通隧道段13和上游普通隧道段12排水能力，保障隧道正常运营。
通过上游中央排水沟121的底壁所处高度高于隧底箱体2的底壁21所处的高度，使上游中央排水沟121的水呈一定高差流入隧底箱体2的储排水腔3，对隧底箱体2的储排水腔3产生一定冲击作用，能有效提高其抗淤积能力。而水沟加深段132相当于将下游中央排水沟段131的中央排水沟进行加深，首先起到汇集淤泥，避免淤泥等进入下游中央排水沟段131，造成中央排水沟堵塞；其次起到一定的储水作用，缓解中央排水沟段的导排压力。
为了对水沟加深段132及隧底箱体2起到加强作用，避免在水压力作用下，水沟加深段132的端壁或者隧底箱体2的端壁被破坏，优选的，在下游中央排水沟段131的底部并在水沟加深段132与下游中央排水沟段131相邻的一端浇筑有混凝土挡块6；在上游中央排水沟121的底部并在岩溶穿越段11的上游端也浇筑有混凝土挡块6。

Claims (9)

1.隧道储排水减压构造，沿隧道环向包括拱墙(14)和隧底结构，所述拱墙(14)沿隧道径向包括外侧的初期支护(141)和内侧的二次衬砌(142)；其特征在于：所述隧底结构包括设置于拱墙(14)的二次衬砌(142)底部的托梁(7)和设置于两侧托梁(7)之间的隧底箱体(2)；所述托梁(7)与隧底箱体(2)为分体结构；所述托梁(7)的顶部与二次衬砌(142)的底部相连接作为二次衬砌(142)的承载基础；所述隧底箱体(2)的两侧锚固于拱墙(14)两侧的围岩，其为空心结构，包括底壁(21)、顶壁(22)、两侧的侧壁(23)和两端的端壁(24)，并由底壁(21)、顶壁(22)、侧壁(23)和端壁(24)包围形成储排水腔(3)，在两端的端壁(24)上分别设置有与储排水腔(3)相连通的导水口(27)，在隧底箱体(2)的底壁(21)设置有贯通所述底壁(21)延伸至储排水腔(3)的竖向引水孔(28)；
所述隧底箱体(2)还包括隔墙(25)，所述隔墙(25)位于储排水腔(3)内，沿隧道纵向，隔墙(25)的两端分别延伸至隧底箱体(2)的端壁(24)；沿竖向，隔墙(25)的底端延伸至隧底箱体(2)的底壁(21)；并由隔墙(25)将所述储排水腔(3)沿隧道横向分隔成中部排水腔(31)和位于中部排水腔(31)两侧的两端封闭的边部排水腔(32)；所述导水口(27)与储排水腔(3)的中部排水腔(31)相连通；在隔墙(25)上设置有沿隧道纵向间隔分布的连通中部排水腔(31)与边部排水腔(32)的多道过水通道(33)；
沿隧道纵向，所述储排水腔(3)包括上游段(34)、中游段(35)和下游段(36)；所述过水通道(33)仅设置于储排水腔(3)的中游段(35)；所述竖向引水孔(28)仅设置于储排水腔(3)的下游段(36)和中游段(35)。
2.如权利要求1所述的隧道储排水减压构造，其特征在于：在隧底箱体(2)两侧的侧壁(23)设置有贯通侧壁(23)至储排水腔(3)的用于埋设引排隧道边墙底部渗水的管道的安装孔(26)。
3.如权利要求1所述的隧道储排水减压构造，其特征在于：所述储排水腔(3)呈方形。
4.如权利要求1或2或3所述的隧道储排水减压构造，其特征在于：所述竖向引水孔(28)包括与中部排水腔(31)连通的中部引水孔(281)、与对应边部排水腔(32)连通的边部引水孔(282)；所述中部引水孔(281)沿中部排水腔(31)纵向成列布置；所述边部引水孔(282)沿边部排水腔(32)纵向成列布置。
5.如权利要求1或2或3所述的隧道储排水减压构造，其特征在于：在隧底箱体(2)的底部设置有砼铺底层(5)，在隧底箱体(2)的底壁(21)与砼铺底层(5)之间以及隧底箱体(2)的顶壁(22)的顶面均铺设有覆盖所述竖向引水孔(28)的钢筋网隔离层(4)。
6.跨越软岩地段的隧道结构，其特征在于：沿隧道纵向包括岩溶穿越段(11)、与岩溶穿越段(11)上游端相连接的上游普通隧道段(12)以及与岩溶穿越段(11)下游端相连接的下游普通隧道段(13)；
所述岩溶穿越段(11)采用上述权利要求1或2或3所述的隧道储排水减压构造；
所述上游普通隧道段(12)包括上游中央排水沟(121)；所述下游普通隧道段(13)包括下游中央排水沟段(131)和水沟加深段(132)，所述水沟加深段(132)的底壁位于下游中央排水沟段(131)底壁的下方；所述上游中央排水沟(121)的底壁所处高度高于隧底箱体(2)的底壁(21)所处的高度；所述隧底箱体(2)的储排水腔(3)下游端经导水口(27)与水沟加深段(132)的一端相连通，且水沟加深段(132)的另一端与下游中央排水沟段(131)相连通。
7.跨越软岩地段的隧道结构，其特征在于：沿隧道纵向包括岩溶穿越段(11)、与岩溶穿越段(11)上游端相连接的上游普通隧道段(12)以及与岩溶穿越段(11)下游端相连接的下游普通隧道段(13)；
所述岩溶穿越段(11)采用上述权利要求4所述的隧道储排水减压构造；
所述上游普通隧道段(12)包括上游中央排水沟(121)；所述下游普通隧道段(13)包括下游中央排水沟段(131)和水沟加深段(132)，所述水沟加深段(132)的底壁位于下游中央排水沟段(131)底壁的下方；所述上游中央排水沟(121)的底壁所处高度高于隧底箱体(2)的底壁(21)所处的高度；所述隧底箱体(2)的储排水腔(3)下游端经导水口(27)与水沟加深段(132)的一端相连通，且水沟加深段(132)的另一端与下游中央排水沟段(131)相连通。
8.跨越软岩地段的隧道结构，其特征在于：沿隧道纵向包括岩溶穿越段(11)、与岩溶穿越段(11)上游端相连接的上游普通隧道段(12)以及与岩溶穿越段(11)下游端相连接的下游普通隧道段(13)；
所述岩溶穿越段(11)采用上述权利要求5所述的隧道储排水减压构造；
所述上游普通隧道段(12)包括上游中央排水沟(121)；所述下游普通隧道段(13)包括下游中央排水沟段(131)和水沟加深段(132)，所述水沟加深段(132)的底壁位于下游中央排水沟段(131)底壁的下方；所述上游中央排水沟(121)的底壁所处高度高于隧底箱体(2)的底壁(21)所处的高度；所述隧底箱体(2)的储排水腔(3)下游端经导水口(27)与水沟加深段(132)的一端相连通，且水沟加深段(132)的另一端与下游中央排水沟段(131)相连通。
9.如权利要求6所述的跨越软岩地段的隧道结构，其特征在于：在下游中央排水沟段(131)的底部并在水沟加深段(132)与下游中央排水沟段(131)相邻的一端浇筑有混凝土挡块(6)；在上游中央排水沟(121)的底部并在岩溶穿越段(11)的上游端也浇筑有混凝土挡块(6)。
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