[實(shí)用新型]一種隧道結(jié)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201320168850.3
• 申請(qǐng)日: 2013-04-07
• 公開（公告）號(hào): CN203230431U
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 熊祥雪;李曉園;袁偉;琚國(guó)全
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): E21D9/14
• 分類號(hào): E21D9/14
• 代理公司: 成都惠迪專利事務(wù)所 51215
• 代理人: 王建國(guó)

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及隧道結(jié)構(gòu)，特別涉及明挖隧道和淺埋暗挖隧道結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

長(zhǎng)期以來，明挖隧道和淺埋暗挖隧道都是以剛性襯砌結(jié)構(gòu)直接承受其周邊荷載。這樣的結(jié)構(gòu)實(shí)際承受的荷載上部為垂直向下的均布或非均布荷載，側(cè)面為水平或有一定角度的非均布荷載。在不均勻荷載作用下，隧道結(jié)構(gòu)局部可能承受較大荷載。以最不利荷載為控制設(shè)計(jì)的隧道結(jié)構(gòu)，在最不利位置之外結(jié)構(gòu)圬工實(shí)際沒有充分發(fā)揮作用。

隨著隧道跨度或明挖隧道填方增加，按照傳統(tǒng)方法設(shè)計(jì)的隧道結(jié)構(gòu)厚度也相應(yīng)增加，在實(shí)際工程中甚至出現(xiàn)2m以上超厚襯砌結(jié)構(gòu)，隨之帶來結(jié)構(gòu)變形、安全性、耐久性等新的技術(shù)問題，局部受力不均勻傾向更加嚴(yán)重，結(jié)構(gòu)自身重量成為不可忽視的荷載。荷載增加導(dǎo)致結(jié)構(gòu)厚度增加形成惡性循環(huán)，這些成為了隧道結(jié)構(gòu)向大跨度發(fā)展的不利因素。

在人類活動(dòng)諸如地面重載或沖擊荷載、地鐵、地下管線及其它地下工程，還有地下水及地表水的長(zhǎng)期作用以及地震等綜合因素作用下，隧道周邊對(duì)結(jié)構(gòu)的作用力隨著時(shí)間推移產(chǎn)生變化，產(chǎn)生最不利荷載的時(shí)間和位置不確定，給隧道設(shè)計(jì)帶來困難。為保證安全，隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全系數(shù)相對(duì)較大，因此上述問題更加突出。即便如此，局部出現(xiàn)較大荷載時(shí)，隧道結(jié)構(gòu)仍然可能出現(xiàn)開裂、變形等病害現(xiàn)象。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種隧道結(jié)構(gòu)，以使隧道結(jié)構(gòu)具有更大的跨度和承受更大荷載，并提高結(jié)構(gòu)耐久性。

本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下：

本實(shí)用新型的一種隧道結(jié)構(gòu)，其特征是它包括：襯砌層，其斷面為環(huán)狀封閉殼體結(jié)構(gòu)；基礎(chǔ)，位于襯砌層底部下方；球狀材料填充層，環(huán)繞襯砌層外輪廓面設(shè)置。

本實(shí)用新型的有益效果是，通過球狀材料填充層能有效地分散外界作用于隧道的不均勻荷載，使其沿隧道襯砌外表面徑向分布；斷面為環(huán)狀的封閉殼體結(jié)構(gòu)襯砌層具有受壓理想幾何形狀，使環(huán)狀封閉殼體襯砌層的高抗壓強(qiáng)度優(yōu)勢(shì)得到充分發(fā)揮，相對(duì)于一般隧道結(jié)構(gòu)能夠承受更大荷載或具有更大的跨度；本實(shí)用新型的另一重要有益方面是：可分散隨時(shí)間推移產(chǎn)生的徐變荷載和局部的突變荷載，利于隧道結(jié)構(gòu)的整體承載，減少病害產(chǎn)生，使結(jié)構(gòu)耐久性提高；施工工藝簡(jiǎn)單，易于推廣，能明顯降低工程造價(jià)；應(yīng)用范圍廣，特別適用于明挖隧道，同樣適用于淺埋暗挖隧道。

附圖說明

本說明書包括如下六幅附圖：

圖1是本實(shí)用新型隧道結(jié)構(gòu)的立面圖；

圖2是本實(shí)用新型隧道結(jié)構(gòu)的斷面圖；

圖3是圖2中A局部的放大圖；

圖4是本實(shí)用新型隧道結(jié)構(gòu)計(jì)算模型示意圖；

圖5是本實(shí)用新型隧道結(jié)構(gòu)球狀材料填充層受力傳遞示意圖；

圖6是傳統(tǒng)隧道襯砌結(jié)構(gòu)計(jì)算模型示意圖。

圖中示出構(gòu)件及所對(duì)應(yīng)的標(biāo)記：襯砌層10，球狀材料填充層20，外表層30，保護(hù)層40、基礎(chǔ)50。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。

參照?qǐng)D1、圖2和圖3，本實(shí)用新型的一種隧道結(jié)構(gòu)包括：襯砌層10，其斷面為環(huán)狀封閉殼體結(jié)構(gòu)；基礎(chǔ)50，位于襯砌層10底部下方；球狀材料填充層20，環(huán)繞襯砌層10外輪廓面設(shè)置。

襯砌層10為隧道的承載結(jié)構(gòu)，采用諸如混凝土、鋼筋混凝土或其它抗壓強(qiáng)度高的建筑材料構(gòu)筑。參照?qǐng)D2和圖4，襯砌層10的斷面為圓形，或者由不同半徑圓弧段或局部直線段構(gòu)成的近似圓形或橢圓形。其理想受壓材料和理想外部受壓的幾何形狀，使襯砌結(jié)構(gòu)具有理想的承壓能力。

參照?qǐng)D5，球狀材料填充層20的作用是將外界作用于隧道襯砌的不均勻荷載，轉(zhuǎn)換為徑向荷載作用于襯砌層10和基礎(chǔ)50。根據(jù)不同的填方或埋深狀況，球狀材料填充層20可以采用等厚截面或不等厚截面。球狀材料填充層20由圓球狀或近似圓球狀的球體填充形成，球體外表光滑、無粘性，球體為等直徑或不等直徑級(jí)配組合。球狀材料填充層20采用同種材料球體填充形成，或者采用不同材料球體填充形成，適合采用的球體諸如陶粒、金屬球、等質(zhì)地堅(jiān)硬材料。

球體顆粒對(duì)荷載的分解傳遞如圖5所示，通過球體顆粒之間的相互擠壓分解后，緊貼襯砌10和基礎(chǔ)50表面的顆粒以徑向力的方式將壓力分布到襯砌層10的外輪廓面和基礎(chǔ)50的上表面。

外表層30為柔性或半柔性，采用諸如橡膠、聚乙烯或其他化學(xué)合成材料等具有一定強(qiáng)度的柔性或半柔性材料。外表層30的主要作用是，施工時(shí)便于填充球體顆粒，使球狀材料填充層20形成設(shè)計(jì)形狀和厚度。外表層30可兼有隧道防水層作用。