申请/专利权人：中铁二院工程集团有限责任公司

申请日：2017-12-27

公开（公告）日：2024-01-23

公开（公告）号：CN107975378B

主分类号：E21D11/00

分类号：E21D11/00;E21D11/10;E21D11/38;E21F16/02

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.01.23#授权;2018.05.25#实质审查的生效;2018.05.01#公开

摘要：一种具有输水功能的U形墙基与底板动静分离承载型衬砌结构，以消除地下水对隧道衬砌底部结构的作用，有效解决岩溶或地下水发育地区隧道仰拱上浮变形或隧底结构开裂破坏的问题，确保隧道施工和运营的稳定及安全性。隧道底部横向两侧开挖深槽形成凸形隧底开挖面，于深槽内设置具有槽形空腔的U形墙基构筑体，U形墙基构筑体外侧顶部与所述拱墙二次衬砌结构两侧边墙底部固接，U形墙基构筑体作为拱墙二次衬砌结构的承载结构和隧道纵向排水通道。两侧U形墙基构筑体之间于凸形隧底开挖面中部以上设置底板，底板上固定设置道床，底板横向两端与两侧U形墙基构筑体连接处设置沉降缝，使拱墙二次衬砌结构传递的围岩荷载与道床传递的列车荷载相分离。

主权项：1.具有输水功能的U形墙基与底板动静分离承载型衬砌结构，包括拱墙初期支护结构（10）、拱墙二次衬砌结构（40）和拱墙范围防水层（20），其特征是：隧道底部横向两侧开挖深槽形成凸形隧底开挖面（F），于深槽内设置具有槽形空腔（B）的U形墙基构筑体（42），U形墙基构筑体（42）外侧顶部与所述拱墙二次衬砌结构（40）两侧边墙底部固接，U形墙基构筑体（42）作为拱墙二次衬砌结构（40）的承载结构和隧道纵向排水通道；两侧所述U形墙基构筑体（42）之间于凸形隧底开挖面（F）中部以上设置底板（41），底板（41）上固定设置道床（50），底板（41）横向两端与两侧U形墙基构筑体（42）连接处设置沉降缝（60），使拱墙二次衬砌结构（40）传递的围岩荷载与道床（50）传递的列车荷载相分离。

全文数据：具有输水功能的U形墙基与底板动静分离承载型衬砌结构技术领域[0001]本发明涉及隧道衬砌结构构造，特别涉及一种运用于地下水发育地段、地下水受季节影响不规律地段或岩溶地区的隧道衬砌结构构造。背景技术[0002]随着高速铁路建设迅速发展，特别在西南山区的大规模建设，一方面，由于石灰岩地层广泛分布;另一方面，对高速铁路，线路展线受曲线半径大、地形地质条件复杂等多种因素的制约，导致岩溶隧道规模数量及长度迅速增加。由于岩溶及岩溶水发育具有复杂性、多样性及无规律性等特点，长大岩溶隧道修建风险特别是运营风险越来越高。近年来，宜万、沪昆、贵广等高速铁路隧道运营期间发生了若干起无砟道床变形、仰拱及填充隆起等水害事件，引起了铁路设计、施工、建设和运营各方的高度重视。[0003]目前设计的隧道大部分为有仰拱衬砌。以单洞双线隧道为例，其衬砌结构存在固有缺陷，主要表现为以下方面：[0004]1隧底仰拱上部设置仰拱填充，规范要求仰拱与仰拱填充应分开浇筑，此工法在仰拱与填充之间形成施工缝，但地下水通过仰拱环向施工缝渗入仰拱填充底部，约3〜4m水头即可导致填充上浮。[0005]2实际施工中，为防止道床施工面被施工车辆破坏，仰拱填充往往采用分层浇筑的方式，道床施工前灌筑的仰拱填充表层或称整平层）厚度约〇•2〜0.4m，仅需要0.5〜lm高的水头即可导致填充表层上浮，进而引起道床变形。[0006]3由于隧底为圆弧状，开挖控制较困难，多开挖成折线状甚至开挖成平底面，导致仰拱结构实际承载能力不能满足设计要求，一旦雨洪季节，局部排水不畅导致水压上升，造成仰拱结构开裂破坏。[0007]4仰拱结构底部虚渣完全清理干净难度大，加之运营期间由于隧底地下水无法引排，在列车动荷载反复作用下，极易造成隧底翻浆冒泥等灾害。[0008]5中心水沟或侧沟设于隧道结构之内，主要引排拱墙范围的周边地下水，隧道仰拱以下的积水无法有效引排，一旦在连续降雨或暴雨天气下，局部地段仰拱下裂隙水或管道水因无法及时引排导致水压急剧升高。在高水压作用下，致使隧底仰拱开裂破损。[0009]此外，无砟道床至道床板与仰拱填充面采用的是无连接接触方式，存在施工界面，对于隧底渗水的敏感性更为显著，往往也出现“离缝”抬升现象和磨损现象，在水的作用下，病害特征尤为明显。其与隧道结构巨大的刚度差异、变形不协调和轨道结构对基础变形极差的适应性进一步加剧了隧底水害对运营安全的不利影响和治理难度。[0010]因此，优化衬砌结构特别是隧底结构，保证排水通畅，消除隧底水压，成为降低地下水发育地段、地下水受季节影响不规律地段及岩溶地区隧道水害风险，保证运营安全的迫切需要。发明内容[0011]本发明所要解决的技术问题是提供一种具有输水功能的u形墙基与底板动静分离承载型衬砌结构，通过对传统隧道衬砌隧底结构形式进行改造，改变隧底结构受力形式及排水系统，消除地下水对隧道衬砌底部结构的作用，有效解决岩溶或地下水发育地区隧道仰拱上浮变形或隧底结构开裂破坏的问题，确保隧道施工和运营的稳定及安全性。[0012]本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：[0013]本发明的具有输水功能的U形墙基与底板动静分离承载型衬砌结构，包括拱墙初期支护结构、拱墙二次衬砌结构和拱墙范围防水层，其特征是：隧道底部横向两侧开挖深槽形成凸形隧底开挖面，于深槽内设置具有槽形空腔的U形墙基构筑体，U形墙基构筑体外侧顶部与所述拱墙二次衬砌结构两侧边墙底部固接，U形墙基构筑体作为拱墙二次衬砌结构的承载结构和隧道纵向排水通道;所述两侧U形墙基构筑体之间于凸形隧底开挖面中部以上设置底板，底板上固定设置道床，底板横向两端与两侧U形墙基构筑体连接处设置沉降缝，使拱墙二次衬砌结构传递的围岩荷载与道床传递的列车荷载相分离。[0014]本发明的有益效果主要体现在如下几个方面：[0015]1、隧底采用底板结构，开挖作业更方便，克服了传统衬砌形式仰拱基础开挖曲率不易控制等问题。相比较于传统隧底为仰拱形式的衬砌结构，节约建筑材料，有效减少工程建设投资；[0016]2、隧底采用底板结构，其上不需施作混凝土填充体，有效避免了传统曲墙带仰拱衬砌由于地下水通过仰拱施工缝进入仰拱与仰拱填充缝隙间挤压破坏填充体，导致轨道结构破坏；[0017]3、隧底两侧设置U形墙基，可节省圬工，其槽形空腔作为纵向排水通道，过水断面尺寸设置的自由度高，过水能力大，可取代传统设计中在地下水发育地段设置的泄水洞，平均每公里隧道工程可节省工程造价超过一千万以上；[0018]4、底板两端与两端u形墙基构筑体连接处设置沉降缝，由U形墙基构筑体承担拱墙二次衬砌传递的围岩荷载静荷载），由底板承担道床结构传递的列车荷载动荷载），实现“动静荷载”分开，受力明晰，避免传统衬砌中特别是由于仰拱底部存在地下水情况下在列车动荷载作用下对隧底造成的疲劳挤压破坏，同时避免隧底翻浆冒泥等病害；[0019]5、传统衬砌结构中，无砟道床至道床板与仰拱填充面采用的是无连接接触方式，存在施工界面，对于隧底渗水的敏感性更为显著，往往也出现“离缝”抬升现象和磨损现象，在水的作用下，病害特征尤为明显。采用本发明的衬砌结构，在隧底底板与上部道床结构间设置接茬钢筋形成固定连接，有效规避了上述病害。[0020]6、采用本发明的衬砌结构形式，能将地下水位降至底板标高以下，能有效疏干拱墙范围及隧底地下水并将地下水，彻底消除地下水对隧道衬砌底部结构的作用。[0021]本发明通过对传统隧道衬砌隧底结构形式进行改造，改变隧底结构受力形式及排水系统，消除地下水对隧道衬砌底部结构的作用，有效解决岩溶或地下水发育地区隧道仰拱上浮变形或隧底结构开裂破坏的问题，以确保隧道施工和运营的稳定及安全性。附图说明[0022]本说明书包括如下附图：[0023]图1为本发明实施例具有输水功能的U形墙基与底板动静分离承载型衬砌结构的不意图；[0024]图2为图1中A局部的放大图。[0025][〇_图中示出构件、部位名称及所对应标记:拱墙補肢护结_、拱墙喷射混凝土层l〇a、拱墙钢架10b、拱墙系统锚杆10c、找平层u、第二找平层、拱墙范围防水层2〇、拱墙一次衬砌结构40、底板41、U形墙基构筑体似、槽形空腔B、凸形隧底开挖面F横向支撑板43、道床50、沉降缝60。、〜具体实施方式[0027]下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。[0028]、参照图1，本发明的具有输水功能的U形墙基与底板动静分离承载型衬砌结构，包括拱墙初期支护结构10、拱墙二次衬砲结构40和拱墙范围防水层20。隧道底部横向两侧开挖深槽形成凸形隧底开挖面F，于深槽内设置具有槽形空腔形墙基构筑体42，u形墙基构筑体42外侧顶部与所述拱墙二次衬砌结构4〇两侧边墙底部固接，u形墙基构筑体42作为拱墙二次衬砌结构40的承载结构和隧道纵向排水通道。以u形墙基构筑体42作为墙基可节省圬工，其槽形空腔B作为隧道纵向排水通道，过水断面尺寸设置的自由度高，过水能力大，可取代传统设计中在地下水发育地段设置的泄水洞，平均每公里隧道工程可节省工程造价超过一千万以上。[0029]参照图1，所述两侧U形墙基构筑体42之间于凸形隧底开挖面F中部以上设置底板41，底板41上固定设置道床50,底板41横向两端与两侧U形墙基构筑体42连接处设置沉降缝6〇,使拱墙二次衬砌结构40传递的围岩荷载与道床50传递的列车荷载相分离。凸形隧底开挖面F为三段平面，开挖作业更方便，克服了传统衬砌形式仰拱基础开挖曲率不易控制等问题。能减小隧道开挖量，节约建筑材料，有效减少工程建设投资。隧底采用底板结构，其上不需施作混凝土填充体，有效避免了传统曲墙带仰拱衬砌由于地下水通过仰拱施工缝进入仰拱与仰拱填充缝隙间挤压破坏填充体，导致轨道结构破坏。所述底板41固定设置道床50,底板41与道床50间设置接茬钢筋形成固定连接，而在底板41两端与两侧U形墙基构筑体42连接处设置沉降缝60,实现拱墙二次衬砌结构40传递的围岩荷载静荷载与道床50传递的列车荷载动荷载分离承载，实现“动静荷载”分开，受力明晰，避免传统衬砌中特别是由于仰拱底部存在地下水情况下在列车动荷载作用下对隧底造成的疲劳挤压破坏，避免隧底翻浆冒泥等病害。所[0030]参照图1，所述槽形空腔B上部设置横向支撑板43,横向支撑板43传递基底水平荷载，确保拱墙二次衬砌结构40的稳定，且作为上部电缆槽的承载结构。所述U形墙基构筑体42与凸形隧底开挖面F两侧部之间设置找平层11，所述底板41与凸形隧底开挖面F中部之间设置第二找平层12。[0031]参照图1和图2,所述拱墙范围防水层20位于拱墙初期支护1〇结构与拱墙二次衬砌结构40之间。所述拱墙初期支护结构10包括覆盖拱墙围岩的拱墙喷射混凝土层l〇a及沿拱墙梅花形布置的拱墙系统锚杆l〇c。所述拱墙喷射混凝土层l〇a内沿隧道开挖方向间隔布设拱墙钢架1〇b，拱墙喷射混凝土层1〇a内加设钢筋网。^[0032]以上所述只是用图解说明本发明具有输水功能的U形墙基与底板动静分离承载型衬砌结构的一些原理，并非是要将本发明局限在所示和所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。

权利要求：1.具有输水功能的u形墙基与底板动静分离承载型衬砌结构，包括拱墙初期支护结构10、拱墙二次衬砌结构40和拱墙范围防水层20，其特征是:隧道底部横向两侧开挖深槽形成凸形隧底开挖面F，于深槽内设置具有槽形空腔B的U形墙基构筑体42，U形墙基构筑体4¾外侧顶部与所述拱墙二次衬砌结构40两侧边墙底部固接，U形墙基构筑体42作为拱墙二次衬砌结构40的承载结构和隧道纵向排水通道;所述两侧口形墙基构筑体42之间于凸形隧底开挖面F中部以上设置底板41，底板41上固定设置道床50，底板41横向两端与两侧U形墙基构筑体42连接处设置沉降缝仿〇，使拱墙二次衬砌结构40传递的围岩荷载与道床50传递的列车荷载相分离。2.如权利要求1所述的具有输水功能的U形墙基与底板动静分离承载型衬砌结构，其特征是:所述槽形空腔B上部设置横向支撑板4¾，横向支撑板43传递基底水平荷载，确保拱墙二次衬砌结构40的稳定，且作为上部电缆槽的承载结构。3.如权利要求1所述的具有输水功能的U形墙基与底板动静分离承载型衬砌结构，其特征是:所述U形墙基构筑体42与凸形隧底开挖面F两侧部之间设置找平层（U，所述底板41与凸形隧底开挖面F中部之间设置第二找平层12。4.如权利要求1所述的具有输水功能的U形墙基与底板动静分离承载型衬砌结构，其特征是:所述拱墙范围防水层2〇位于拱墙初期支护（10结构与拱墙二次衬砌结构40之间。5.如权利要求1所述的具有输水功能的U形墙基与底板动静分离承载型衬砌结构，其特征是:所述拱墙初期支护结构（10包括覆盖拱墙围岩的拱墙喷射混凝土层（10a及沿拱墙梅花形布置的拱墙系统锚杆l〇c。所述拱墙喷射混凝土层l〇a内沿隧道开挖方向间隔布设拱墙钢架（10b，拱墙喷射混凝土层l〇a内加设钢筋网。

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