[發(fā)明專利]一種隧道二次襯砌水壓力控制結(jié)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710551138.4
• 申請(qǐng)日: 2017-07-07
• 公開（公告）號(hào): CN107178393B
• 公開（公告）日: 2023-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 肖明清;鄧朝輝;楊劍;何應(yīng)道;萬雁南;廖輝;王均勇;陳杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司
• 主分類號(hào): E21F16/02
• 分類號(hào): E21F16/02;E21D11/38
• 代理公司: 武漢東喻專利代理事務(wù)所(普通合伙) 42224
• 代理人: 方可

本發(fā)明屬于隧道工程技術(shù)領(lǐng)域，并具體公開了一種隧道二次襯砌水壓力控制結(jié)構(gòu)，其包括隧道本體和多個(gè)泄壓環(huán)結(jié)構(gòu)，隧道本體為環(huán)狀結(jié)構(gòu)，包括由內(nèi)至外依次設(shè)置的二次襯砌、防水板、排水層和初期支護(hù)，隧道本體內(nèi)部設(shè)置有沿其長(zhǎng)度方向設(shè)置的水溝；多個(gè)泄壓環(huán)結(jié)構(gòu)沿所述隧道本體的長(zhǎng)度方向間隔設(shè)置在初期支護(hù)的背后，每個(gè)泄壓環(huán)結(jié)構(gòu)為包括底面以及與底面垂直的兩槽邊的槽型，底面與初期支護(hù)的外部貼合設(shè)置，兩槽邊嵌裝在位于初期支護(hù)背后的圍巖中，該圍巖上與槽型對(duì)應(yīng)位置處挖空，槽型與圍巖之間形成拱墻環(huán)向排水溝槽。本發(fā)明在保證二次襯砌及初期支護(hù)縱向整體性的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)礦山法二次襯砌背后最大水壓力的控制，確保鐵路隧道的安全運(yùn)營(yíng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于隧道工程技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種隧道二次襯砌水壓力控制結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

目前采用礦山法修建的隧道工程一般采用排水型襯砌或限制排放型襯砌，即二次襯砌背后沿著隧道縱向一定距離設(shè)置一道環(huán)向排水盲管（或排水板），并在防水板背后鋪設(shè)土工布，通過上述措施，將襯砌背后的圍巖滲水引入到環(huán)、縱向盲管，然后再排入隧道內(nèi)的水溝，防排水系統(tǒng)如圖1及圖2所示，圖中1為二次襯砌拱墻，1＇為二次襯砌仰拱部位，2為防水板+土工布，3為環(huán)向透水盲管，4為初期支護(hù)，5為縱向排水盲管，6為橫向排水管，7為縱向水溝。二次襯砌設(shè)計(jì)時(shí)需考慮其是否承受水壓，如果襯砌背后的圍巖滲水可完全及時(shí)排出，則二次襯砌可按照不承受水壓力作用進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如果襯砌背后積水按照限量排放設(shè)計(jì)，或由于排水盲管堵塞造成積水不能全部及時(shí)排出，則襯砌背后會(huì)存在一定的水壓，相應(yīng)的襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需考慮按照全部水頭或按全部水頭折減后的部分水壓力的作用。

目前采用平面設(shè)計(jì)理論設(shè)計(jì)二次襯砌以實(shí)現(xiàn)水壓力的控制，例如《現(xiàn)代隧道技術(shù)》2003年第3期的“再談隧道襯砌水壓力”以及《北京交通大學(xué)學(xué)報(bào)》2004年第1期的“計(jì)算隧道排水量及襯砌外水壓力的一種簡(jiǎn)化方法”等文獻(xiàn)基于簡(jiǎn)化模型提出了隧道內(nèi)排水量Q和噴射砼外水壓力P的計(jì)算方法。但是上述研究成果以及目前實(shí)際工程應(yīng)用中均是按照橫斷面方向的平面模型進(jìn)行計(jì)算，未考慮隧道防排水系統(tǒng)的空間效應(yīng)，例如當(dāng)隧道環(huán)向排水系統(tǒng)僅某一段完全堵塞或部分堵塞時(shí)，由于地下水可以沿二次襯砌與噴射砼之間的排水層（常用土工布）縱向流動(dòng)，因而堵塞段實(shí)際的水壓力會(huì)減小，而相鄰的無堵塞段的水壓力要大于0，如圖3所示，圖中1為山體，A處為盲管未堵段隧道，B處為盲管堵塞段隧道，假如按照目前常用的平面計(jì)算方法，即使隧道僅在局部一小段排水盲管完全堵塞，二次襯砌背后水壓力值都很大，如果以此作為設(shè)計(jì)依據(jù)將造成不必要的浪費(fèi)；另外，按照上述設(shè)計(jì)理論，當(dāng)堵塞段存在多種圍巖和支護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)，不同地段均按照平面模型計(jì)算，則會(huì)得出不同的水壓力折減系數(shù)，出現(xiàn)沿著隧道縱向在地層變化分界斷面出現(xiàn)水壓力突變現(xiàn)象，而實(shí)際上排水層在縱向是貫通的，地下水必然從水壓力高的地段往水壓力低的地段流動(dòng)，導(dǎo)致水壓力重分布。上述兩種現(xiàn)象說明，既有計(jì)算理論及設(shè)計(jì)方法沒有考慮隧道防排水系統(tǒng)的縱向效應(yīng)（或空間效應(yīng)），這可能導(dǎo)致二次襯砌背后水壓力取值偏小或偏大而給結(jié)構(gòu)留下安全隱患或增加不必要的投資。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種隧道二次襯砌水壓力控制結(jié)構(gòu)，其通過在隧道初期支護(hù)的背后間隔設(shè)置泄壓環(huán)的方式控制作用于隧道二次襯砌上的最大水壓力，在保證二次襯砌及襯砌背后防水板縱向整體性的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)礦山法隧道運(yùn)營(yíng)期間襯砌背后的最大水壓力的控制，確保鐵路隧道的安全運(yùn)營(yíng)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種隧道二次襯砌水壓力控制結(jié)構(gòu)，其包括隧道本體和多個(gè)泄壓環(huán)結(jié)構(gòu)，其中：

所述隧道本體為環(huán)狀結(jié)構(gòu)，其包括由內(nèi)至外依次設(shè)置的二次襯砌、防水板、排水層和初期支護(hù)，所述環(huán)狀結(jié)構(gòu)的隧道本體內(nèi)部設(shè)置有沿該隧道本體長(zhǎng)度方向設(shè)置的水溝；