CN109578018B - 一种抗底鼓的隧道仰拱结构 - Google Patents
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Abstract
本发明属于建筑施工领域，涉及一种可有效抵抗底鼓的隧道仰拱结构；其主体结构包括仰拱、仰拱填充、排水通道、泄水管、泄水口、防反水胶条、渗水孔、拱脚锁定锚杆、抗浮锚杆、菱形钢格栅；通过设置的排水通道与围岩中的泄水管，可有效地将仰拱底部围岩中的水沿仰拱排水通道排出，从而将仰拱底部的高水压释放，减少了外部浮力对仰拱的作用，提高了仰拱结构的抗底鼓能力，两个拱脚锁定锚杆可将仰拱结构与上部衬砌以及衬砌锁脚锚杆紧密的联系在一起，增加了仰拱结构抵抗浮力的能力。
Description
技术领域：
本发明属于建筑施工领域，涉及一种可有效抵抗底鼓的隧道仰拱结构。
背景技术：
仰拱作为隧道衬砌的重要组成部分，是能够约束围岩变形，增加围岩稳定性的反拱形结构。仰拱结构既要传递隧道上部的地层压力到地下，又要抵抗隧道下部地层传来的反力，因此隧道中仰拱结构经常出现裂损或破坏，严重影响列车的运行安全。仰拱结构包括仰拱和仰拱填充两部分，仰拱填充为素混凝土结构，且与仰拱分层浇筑。仰拱与上部衬砌连成整体，可使得整个隧道衬砌结构封闭成环，从而有效地支撑外部围岩，抵抗外部压力，保持隧道洞型的稳定。在仰拱底部或仰拱填充中部设有排水通道，以排出隧道上部衬砌外围水压。
目前隧道中仰拱有素混凝土和钢筋混凝土两种，而仰拱填充均为素混凝土，且隧道断面多为马蹄形，既仰拱曲率一般不大，导致仰拱结构在承受较大浮力时，不能有效利用拱效应抵抗浮力，使得仰拱底鼓现象较为普遍。结构中最大拉应力出现在仰拱填充中心的上部位置，通常此处拉裂缝发育较多。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺陷，寻求设计一种抗底鼓的隧道仰拱结构。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：抗底鼓仰拱结构，包括仰拱结构本体，所述仰拱结构本体包括仰拱和仰拱填充两部分。
进一步的是，所述仰拱填充中沿隧道纵向设有圆形排水通道，排水通道沿隧道纵向设置有微小坡度。
进一步的是，所述排水通道沿隧道纵向每隔一段距离设有一个泄压管，泄压管一侧位于排水通道中的顶部，另一侧深入围岩中一段距离。
进一步的是，泄水管位于排水通道的一端设有泄水口；泄水管位于围岩中的一端设有渗水孔。
进一步的是，泄水口上设有防反水胶条。
进一步的是，所述抗底鼓仰拱本体还包括两个拱脚锁定锚杆，其中一个位于仰拱拱脚的端部，另一个位于另一侧仰拱拱脚的端部。
进一步的是，所述抗底鼓仰拱本体还包括两个抗浮锚杆，其中一个位于仰拱拱脚的端部与拱脚锁定锚杆相连，另一个位于另一侧拱脚与另一个拱脚锁定锚杆相连。
进一步的是，所述抗底鼓仰拱本体还包括菱形钢格栅，所述菱形钢格栅位于仰拱纵向上两个泄水管之间，每个抗底鼓仰拱本体至少包含一个菱形钢格栅。
本发明的有益效果是：通过设置的排水通道与围岩中的泄水管，可有效地将仰拱底部围岩中的水沿仰拱排水通道排出，从而将仰拱底部的高水压释放，减少了外部浮力对仰拱的作用，提高了仰拱结构的抗底鼓能力。两个拱脚锁定锚杆可将仰拱结构与上部衬砌以及衬砌锁脚锚杆紧密的联系在一起，增加了仰拱结构抵抗浮力的能力。两个抗浮锚杆在仰拱外部形成保护拱结构，在浮力没到达仰拱之前通过两个抗浮锚杆的拱作用消散掉一部分上浮力，从而减少作用到仰拱结构上的浮力，进一步提高仰拱结构的抗底鼓能力。菱形钢格栅结构受上浮力作用后，底部角点向上移动，迫使两侧的左右两个角点分别向左向右移动，使得菱形结构有变矮的趋势，即菱形钢格栅上部角点有向下运动的趋势，从而保护仰拱填充中间最上部位置的底鼓，减少此处拉裂缝的发育。
附图说明：
图1是本发明中抗底鼓仰拱结构的原理示意图。
图2是本发明中抗底鼓仰拱结构的横截面原理示意图。
具体实施方式：
下面通过实施例并结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1：
本实施例涉及的抗底鼓的隧道仰拱结构，其主要包括仰拱100、仰拱填充101、排水通道102、泄水管103、泄水口104、防反水胶条105、渗水孔106、拱脚锁定锚杆107、抗浮锚杆108、菱形钢格栅109；仰拱填充101中沿隧道纵向贯穿设置有排水通道102，排水通道102从中间向两端具有向下倾斜坡度，以便排水通道102中的水排出隧道外部；排水通道102沿隧道纵向均匀设置有多个泄压管103，泄压管103的一端伸入排水通道102中，另一端深入围岩中，以便将围岩中的高压水挤入排水通道102中；泄水管103上端设有泄水口104，泄水口104与排水通道102的顶部接近，将围岩中渗入泄水管的高压水及时排出到排水通道102中；泄水口104上设有防反水胶条105，泄水管103中的高压水单向排出到排水通道102中，防止排水通道102中水位过高时向泄水管103中反水；泄水管103深入围岩中的部分外周分层布设有多层渗水孔106，围岩中的高压水通过渗水孔106进入泄水管103，从而释放围岩中的高水压压力，以便减小围岩作用在仰拱结构上的上浮力；仰拱100的两侧拱脚分别均匀焊接有拱脚锁定锚杆107，拱脚锁定锚杆107成一定角度向隧道外侧倾斜，以便增加仰拱结构的抗底鼓能力；仰拱100的两侧分别均匀设置有抗浮锚杆108，左右两侧的抗浮锚杆108成一定角度向隧道内侧倾斜，抗浮锚杆108的端部与仰拱100端部和拱脚锁定锚杆107端部紧密焊接，形成受力整体，底部围岩中的上浮力通过抗浮锚杆108的拱作用传递到拱脚锁定锚杆107和仰拱100的上结构上，以便降低一部分围岩压力；菱形钢格栅109位于两个泄水管103的中间位置，底部角点与仰拱100中的钢筋焊接，菱形钢格栅109底部角点位于仰拱的中心，上部角点位于排水通道102与仰拱填充101顶面之间，菱形钢格栅109的各角点与角点之间铰接，仰拱结构受到上浮力，菱形钢格栅109的下部角点有向上变形，带动左右两侧的角点分别出现向左向右变形，带动菱形钢格栅109的上部角点出现向下变形，从而减小仰拱填充上部的拉应力。
实施例2：
如图1和图2所示，抗底鼓仰拱结构，包括仰拱100和仰拱填充101，所述仰拱填充101中设有排水通道102，所述排水通道102沿隧道纵向通长设置且成一定坡度，以方便通道中的水排出隧道外部。
具体的，该抗底鼓仰拱结构还包括泄水管103，所述泄水管103连接围岩与排水通道102，将围岩中的高压水挤入排水通道102中，起到泄水压的作用。
具体的，所述泄水管103上设有泄水口104，泄水孔104位于泄水管103的上部，与排水通道102的顶部接近，将围岩中渗入泄水管的高压水及时排出到排水通道102中。
具体的，所述泄水口104上设有防反水胶条105，使泄水管103中的高压水能顺利排出到排水通道102中，同时防止排水通道102中水位过高时向泄水管103中反水。
具体的，所述泄水管103上位于围岩中的一侧设有渗水孔106，围岩中的高压水可通过渗水孔106进入泄水管103，从而释放围岩中的高水压压力，减小围岩作用在仰拱结构上的上浮力。
隧道施工时，上部衬砌和仰拱结构分步施工，上下连接部位较为薄弱，拱脚锁定锚杆107可与上部锁脚锚杆、衬砌结构焊接在一起，形成牢固的整体，增加仰拱结构的抗底鼓能力。
限于仰拱结构曲率的影响，仰拱结构的反拱作用有限，抗浮锚杆108可在仰拱外部围岩中形成受力拱，从而形成保护仰拱结构的反拱受力体，达到双仰拱的效果。
具体的，所述抗浮锚杆108的端部与仰拱100端部和拱脚锁定锚杆107端部紧密焊接，形成受力整体，底部围岩中的上浮力通过抗浮锚杆108的拱作用传递到拱脚锁定锚杆107和上部衬砌结构上，消散了一部分围岩压力，进一步提高了仰拱结构的抗底鼓能力。
监测发现仰拱填充中心的最上部位置受拉应力最大，发育大量拉裂缝，设置角点之间铰接的菱形钢格栅109可极大地减小仰拱填充上部的拉应力，进一步增加仰拱结构的抗底鼓能力。
具体的，菱形钢格栅109位于仰拱100和仰拱填充101中，可与仰拱100中的钢筋焊接在一起，当仰拱结构承受较大的上浮力时，菱形钢格栅109的下部角点有向上变形的趋势，带动左右两侧的角点分别出现向左向右变形的趋势，使得菱形钢格栅109的上部角点出现向下变形的趋势，从而减小仰拱填充上部的拉应力，提高仰拱结构的抗底鼓能力。
Claims (1)
1.一种抗底鼓的隧道仰拱结构，其特征在于其主体结构包括仰拱、仰拱填充、排水通道、泄水管、泄水口、防反水胶条、渗水孔、拱脚锁定锚杆、抗浮锚杆、菱形钢格栅；仰拱填充中沿隧道纵向贯穿设置有排水通道，排水通道从中间向两端具有向下倾斜坡度，以便排水通道中的水排出隧道外部；排水通道沿隧道纵向均匀设置有多个泄水管，泄水管的一端伸入排水通道中，另一端深入围岩中，以便将围岩中的高压水挤入排水通道中；泄水管上端设有泄水口，泄水口与排水通道的顶部接近，将围岩中渗入泄水管的高压水及时排出到排水通道中；泄水口上设有防反水胶条，泄水管中的高压水单向排出到排水通道中，防止排水通道中水位过高时向泄水管中反水；泄水管深入围岩中的部分外周分层布设有多层渗水孔，围岩中的高压水通过渗水孔进入泄水管，从而释放围岩中的高水压压力，以便减小围岩作用在仰拱结构上的上浮力；仰拱的两侧拱脚分别均匀焊接有拱脚锁定锚杆，拱脚锁定锚杆成一定角度向隧道外侧倾斜，以便增加仰拱结构的抗底鼓能力；仰拱的两侧分别均匀设置有抗浮锚杆，左右两侧的抗浮锚杆成一定角度向隧道内侧倾斜，抗浮锚杆的端部与仰拱端部和拱脚锁定锚杆端部紧密焊接，形成受力整体，底部围岩中的上浮力通过抗浮锚杆的拱作用传递到拱脚锁定锚杆和仰拱上，以便降低一部分围岩压力；菱形钢格栅位于两个泄水管的中间位置，底部角点与仰拱中的钢筋焊接，菱形钢格栅底部角点位于仰拱的中心，上部角点位于排水通道与仰拱填充顶面之间，菱形钢格栅的各角点之间铰接，仰拱结构受到上浮力，菱形钢格栅的下部角点向上变形，带动左右两侧的角点分别出现向左向右变形，带动菱形钢格栅的上部角点出现向下变形，从而减小仰拱填充上部的拉应力；用于隧道施工时，上部衬砌和仰拱结构分步施工，上下连接部位较为薄弱，拱脚锁定锚杆与上部锁脚锚杆、衬砌结构焊接在一起，形成牢固的整体，增加仰拱结构的抗底鼓能力；限于仰拱结构曲率的影响，仰拱结构的反拱作用有限，抗浮锚杆在仰拱外部围岩中形成受力拱，从而形成保护仰拱结构的反拱受力体，达到双仰拱的效果；所述抗浮锚杆的端部与仰拱端部和拱脚锁定锚杆端部紧密焊接，形成受力整体，底部围岩中的上浮力通过抗浮锚杆的拱作用传递到拱脚锁定锚杆和上部衬砌结构上，消散了一部分围岩压力，提高了仰拱结构的抗底鼓能力。
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