CN111396085A - 一种抗底鼓的隧道仰拱结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗底鼓的隧道仰拱结构，属于土木工程领域，包括仰拱结构主体、基底垫层和锚杆，仰拱结构主体的内侧设置基底垫层，仰拱结构主体固定连接锚杆，其中，锚杆包括多根，多根锚杆均穿过基底垫层插入围岩中，仰拱结构主体的两端部均连接锚杆，仰拱结构主体两端的锚杆能够形成正向拱形结构，且仰拱结构主体两端的锚杆能够与上部衬砌以及衬砌锁脚锚杆连接。本发明可以解决仰拱底鼓对隧道施工的危害以及仰拱底鼓对隧道运营的危害。

Description

一种抗底鼓的隧道仰拱结构

技术领域

本发明属于土木工程领域，具体的，涉及一种抗底鼓的隧道仰拱结构。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

隧道仰拱是为改善上部支护结构受力条件而设置在隧道底部的反向拱形结构，是隧道结构的主要组成部分之一，它一方面将隧道上部的地层压力通过隧道边墙结构或将路面上的荷载有效地传递到地下，而且还有效地抵抗隧道下部地层传来的反力。

发明人发现，仰拱底鼓破坏了与二次衬砌一同构成的隧道整体支护结构，对隧道施工和运营均产生了较大的危害。仰拱底鼓对隧道施工的危害主要有:仰拱底鼓往往伴随着隧道发生强烈变形或破坏，如二次衬砌开裂、掉块侵界等,危及人物安全，影响施工车辆通行，严重困扰施工安全和滞后工期。仰拱底鼓对隧道运营的危害主要有:路面开裂破损、侵入限界、改变横坡倾角、给隧道渗漏水提供通道等，直接影响隧道的安全和使用寿命。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种抗底鼓的隧道仰拱结构，可以解决仰拱底鼓对隧道施工的危害以及仰拱底鼓对隧道运营的危害。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

本发明的技术方案中，提供了一种抗底鼓的隧道仰拱结构，包括仰拱结构主体、基底垫层和锚杆，仰拱结构主体的内侧设置基底垫层，仰拱结构主体固定连接锚杆，其中，锚杆包括多根，多根锚杆均穿过基底垫层插入围岩中，仰拱结构主体的两端部均连接锚杆，且两端的锚杆能够与上部衬砌以及衬砌锁脚锚杆连接。

作为进一步的技术方案，所述仰拱结构主体呈反向拱形结构，多根所述锚杆的朝向均为仰拱结构主体的外侧。

作为进一步的技术方案，所述锚杆包括拱脚锁定锚杆和抗浮锚杆，所述仰拱结构主体的两端均连接有拱脚锁定锚杆和抗浮锚杆，位于所述仰拱结构主体的两端的抗浮锚杆呈正向拱形结构；拱脚锁定锚杆能够与上部衬砌以及衬砌锁脚锚杆连接。

作为进一步的技术方案，还包括自钻式空心注浆锚杆与预应力锚杆，自钻式空心注浆锚杆与预应力锚杆均以隧道中轴线为对称轴对称分布。

作为进一步的技术方案，所述自钻式空心注浆锚杆采用水泥-水玻璃混合双液注浆。

上述本发明的实施例的有益效果如下：

1、本发明提供的技术方案中，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。抗浮锚杆在仰拱外部形成保护拱结构，两侧抗浮锚杆可消散掉一部分浮力，从而减少作用到仰拱结构上的浮力，提高仰拱结构的抗底鼓能力。

2、本发明提供的技术方案中，预应力锚杆可以提高隧道底部围岩承载力，进一步提高抗底鼓能力。

3、本发明提供的技术方案中，排水通道用于将围岩中的地下水能够及时排出，减小基底压力。

4、本发明提供的技术方案中，仰拱与现浇二次衬砌的连接面处设置榫卯结构，使二者结合更为紧密；仰拱与二次衬砌9之间预留钢筋接头，使用钢筋连接增大结构的刚度，加强抗变形性能。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明根据一个或多个实施方式的施工完毕后的隧道断面图，

图2是本发明根据一个或多个实施方式的独立构造图，

图3是本发明根据一个或多个实施方式的左视图，

图4是本发明根据一个或多个实施方式的俯视图。

图中：1、拱脚锁定锚杆，2、抗浮锚杆，3、仰拱与拱墙结合处预留钢筋接头，4、自钻式中空注浆锚杆，5、预应力锚杆，6、泄水通道，7、防水层，8、仰拱结构主体，9、二次衬砌，10、基底垫层。

为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅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设备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。

术语解释部分:本发明中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。

正如背景技术所介绍的，针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种抗底鼓的隧道仰拱结构，该装置可以解决仰拱底鼓对隧道施工的危害以及仰拱底鼓对隧道运营的危害，下面结合附图和具体实施例加以详细说明。

实施例1

本发明的一种典型的实施方式中，如图1～图4所示，一种抗底鼓的隧道仰拱结构，包括拱脚锁定锚杆1、抗浮锚杆2、预应力锚杆5、自钻式空心注浆锚杆4、泡沫混凝土层、钢筋混凝土层和泄水口6，钢筋混凝土层浇筑后形成仰拱结构主体8，仰拱结构主体8两端部位于隧道初期支护的内侧并与现浇拱墙二次衬砌9连接，仰拱结构主体8与现浇二次衬砌9的连接面处设置榫卯结构，使二者结合更为紧密；仰拱结构主体8与二次衬砌9之间预留钢筋接头3，使用钢筋连接增大结构的刚度，加强抗变形性能。

在本实施例中的，请参考图1，图1示出了展示了本实施例主体结构的剖视图，以此图中的方位作为参考，则本实施例中的拱脚锁定锚杆1、抗浮锚杆2、预应力锚杆5和自钻式空心注浆锚杆4均位于最底侧，且拱脚锁定锚杆1、抗浮锚杆2、预应力锚杆5和自钻式空心注浆锚杆4 均钻与土体中；拱脚锁定锚杆1、抗浮锚杆2、预应力锚杆5和自钻式空心注浆锚杆4的顶侧的设置有泡沫混凝土层，泡沫混凝土层上方浇筑有的钢筋混凝土层，本实施例中的钢筋混凝土层形成了仰拱结构主体8，其依然是主要的受力构件。

本实施例中的拱脚锁定锚杆1、抗浮锚杆2、预应力锚杆5和自钻式空心注浆锚杆4均设有多根，且拱脚锁定锚杆1和抗浮锚杆2均位于仰拱结构主体8的两端处，拱脚锁定锚杆1位于抗浮锚杆2的外侧；以图1的左端为例，图1展示了一个截面的结构，其中仰拱结构主体8做端连接一根拱脚锁定锚杆1和一根抗浮锚杆2，拱脚锁定锚杆1和抗浮锚杆2的内侧端均连接于同一处的仰拱结构主体8，拱脚锁定锚杆1和抗浮锚杆2之间具有角度，由此，位于所述仰拱结构主体8的两端的抗浮锚杆2呈正向拱形结构；拱脚锁定锚杆1能够与上部衬砌以及衬砌锁脚锚杆连接；拱脚锁定锚杆1可将仰拱结构主体8结构与上部衬砌以及衬砌锁脚锚杆紧密的联系在一起，增加了仰拱结构主体8结构抵抗浮力的能力。抗浮锚杆2在仰拱结构主体8外部形成保护拱结构，两侧抗浮锚杆可消散掉一部分浮力，从而减少作用到结构上的浮力，提高结构的抗底鼓能力。

本领域技术人员可以理解的是，本实施例中所使用的拱脚锁定锚杆1、抗浮锚杆2、预应力锚杆5和自钻式空心注浆锚杆4可以为不同的的锚杆类型，本实施例中对其的命名仅是从功能上考虑，本领域技术人员同时可以理解的是，本实施例中的锚杆是指锚杆构件，不包括在土木工程领域将锚杆浇筑之后的结构；需要指出的是，自钻式空心注浆锚杆4采用水泥-水玻璃混合双液注浆，在地下水较富集的地区可以迅速凝固，强度高，可减少软弱围岩中裂缝出现。

自钻式空心注浆锚杆4与预应力锚杆5均以隧道中轴线对称分布；预应力锚杆5可以提高隧道底部围岩承载力，进一步提高抗底鼓能力。

本实施例中所使用的多种锚杆，其作用可以归纳为两点，①拱脚锁定锚杆1能够与上部衬砌以及衬砌锁脚锚杆连接，增加了仰拱结构抵抗浮力的能力，增加仰拱结构的稳定性；②抗浮锚杆2在呈反向拱形结构的仰供结构外形成呈正向拱形结构的保护拱结构，可消散掉一部分浮力，从而减少作用到仰拱结构上的浮力，提高仰拱结构的抗底鼓能力；③预应力锚杆5可以提高隧道底部围岩承载力，底部围岩对仰拱结构提供的支持力反作用于仰拱结构，使得仰拱结构不容易变形，提高仰拱结构的抗底鼓能力；④自钻式空心注浆锚杆4可减少软弱围岩中裂缝出现，进一步提高隧道底部围岩承载力。

仰拱结构主体8浇筑时预留泄水通道6的位置，因此在仰拱结构主体8内设置有泄水通道6，泄水通道6一端进入围岩，一端连接负压源，用于将围岩中的地下水能够及时排出，减小基底压力；本领域技术人员可以理解的是，泄水口连接的负压源，可以是抽水泵或者其他具有产生负压能力的机构。

泄水通道6在向心方向具有向下的微小坡度，防止水倒流回围岩。

仰拱结构主体8下方设置防水层7，防止地下水进入仰拱结构主体 8内部渗流造成结构强度降低。本领域技术人员可以理解的是，防水层7可以采用目前的常用的防水膜或防水涂料。

仰拱结构主体8下方为泡沫混凝土层，采用泡沫混凝土层作为基底垫层10，可预留一定变形量，为防止泡沫混凝土强度不够，掺加适量碳纤维提高混凝土强度。本领域技术人员可以理解的是，泡沫混凝土层是通过气泡机的发泡系统将发泡剂用机械方式充分发泡，并将泡沫与水泥浆均匀混合，然后经过发泡机的泵送系统进行现浇施工或模具成型，经自然养护所形成的一种含有大量封闭气孔的新型轻质保温材料。泡沫混凝土是一种轻质、保温、隔热耐火、隔音和抗冻的混凝土材料，料浆可以自流平、自密实，施工和易性好，便于泵送及整平，与所有其它建材几乎都有较好的相容性，且强度可调整。

应当理解的，仰拱结构主体8结构为反向拱形结构，那么反向拱形结构的向心侧即为内侧，反向拱形结构的离心侧即为外侧，基于该基础方位，本实施例的内外被准确限定。

应当理解的，泡沫混凝土层和钢筋混凝土层为内外结构，以此作为本发明中的上下方位参考系。

实施例2

本发明的一种典型的实施方式中，公开了一种抗底鼓的隧道仰拱结构的施工方法，包括以下步骤：

1)隧道开挖，施工初期支护；

2)初支施工完毕后，仰拱开挖、找平并进行基底处理，打设预应力锚杆5，在隧道两侧拱脚部位打设预应力锚杆5；

3)打设自钻式预应力锚杆4，以隧道中轴线对称分布，打设完毕后注浆；

4)打设拱脚锁定锚杆1与抗浮锚杆2；

5)填充泡沫混凝土基底垫层10，为提高强度掺加适量碳纤维；

6)浇筑钢筋混凝土8，仰拱预留泄水孔及两侧钢筋接头3，后期与现浇拱墙二次衬砌9的钢筋进行连接，确保衬砌钢筋形成闭环，再浇筑拱墙衬砌混凝土，衬砌结构闭合；

7)继续开挖，重复步骤1)～6)。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种抗底鼓的隧道仰拱结构，其特征在于，包括仰拱结构主体、基底垫层和锚杆，仰拱结构主体的内侧设置基底垫层，仰拱结构主体固定连接锚杆，其中，锚杆包括多根，多根锚杆均穿过基底垫层插入围岩中，仰拱结构主体的两端部均连接锚杆，仰拱结构主体两端的锚杆能够形成正向拱形结构，且仰拱结构主体两端的锚杆能够与上部衬砌以及衬砌锁脚锚杆连接。

2.如权利要求1所述的抗底鼓的隧道仰拱结构，其特征在于，所述仰拱结构主体呈反向拱形结构，多根所述锚杆的朝向均为仰拱结构主体的外侧。

3.如权利要求1所述的抗底鼓的隧道仰拱结构，其特征在于，所述锚杆包括拱脚锁定锚杆和抗浮锚杆，所述仰拱结构主体的两端均连接有拱脚锁定锚杆和抗浮锚杆，位于所述仰拱结构主体的两端的抗浮锚杆呈正向拱形结构；拱脚锁定锚杆能够与上部衬砌以及衬砌锁脚锚杆连接。

4.如权利要求3所述的抗底鼓的隧道仰拱结构，其特征在于，还包括自钻式空心注浆锚杆与预应力锚杆，自钻式空心注浆锚杆与预应力锚杆均以隧道中轴线为对称轴对称分布。

5.如权利要求4所述的抗底鼓的隧道仰拱结构，其特征在于，所述自钻式空心注浆锚杆采用水泥-水玻璃混合双液注浆。

6.如权利要求1所述的抗底鼓的隧道仰拱结构，其特征在于，所述仰拱结构主体的两端部设有榫卯结构，所述仰拱结构主体的两端部能够通过榫卯结构连接现浇拱墙二次衬砌。

7.如权利要求1所述的抗底鼓的隧道仰拱结构，其特征在于，所述仰拱结构主体为钢筋混凝土结构，仰拱主体结构与二次衬砌之间预留钢筋接头。

8.如权利要求1所述的抗底鼓的隧道仰拱结构，其特征在于，仰拱结构主体内设置有泄水通道，泄水通道一端进入围岩，一端连接负压源；泄水通道在向心方向具有向下的坡度。

9.如权利要求1所述的抗底鼓的隧道仰拱结构，其特征在于，所述仰拱结构主体的下方还设置有防水层。

10.如权利要求1所述的抗底鼓的隧道仰拱结构，其特征在于，所述基底垫层采用泡沫混凝土。

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