[發明專利]鏡架型整體隧底拱形襯砌及其排水系統

在審

• 申請號: 201711438442.4
• 申請日: 2017-12-27
• 公開（公告）號: CN108005677A
• 公開（公告）日: 2018-05-08
• 發明（設計）人: 卿偉宸;陶偉明;林本濤;張磊;朱勇;李澤龍;鄭偉;王芳;鐘昌桂;王加一;馬德林
• 申請（專利權）人: 中鐵二院工程集團有限責任公司
• 主分類號: E21D11/00
• 分類號: E21D11/00;E21F16/02;E21D11/10;E21D20/00;E21D11/38;E21D11/14;E21D11/15
• 代理公司: 成都惠迪專利事務所(普通合伙) 51215
• 代理人: 王建國

鏡架型整體隧底拱形襯砌及其排水系統，消除地下水對隧道襯砌底部結構的作用，有效解決地下水發育地段、地下水受季節影響不規律地段及巖溶地區隧道仰拱上浮變形或隧底結構開裂破壞的問題，確保隧道施工和運營的穩定及安全性。拱墻二次襯砌結構底部設置鏡架型整體隧底構筑體，該鏡架型整體隧底構筑體橫向兩端的上部與拱墻二次襯砌結構兩側底部連接作為拱墻二次襯砌結構的承載基礎，其中央上部平臺設置道床作為列車荷載的承載結構。鏡架型整體隧底構筑體的兩側分別設置縱向空腔，下部為拱形空腔。隧底排水系統與拱形空腔相連通，道床積水排泄系統與縱向空腔和拱形空腔相連通，拱墻范圍排水系統與縱向空腔相連通。

技術領域

本發明涉及隧道襯砌及排水系統構造，特別涉及一種運用于地下水發 育地段或地下水受季節影響不規律地段或巖溶地區的鏡架型整體隧底拱 形襯砌及其排水系統。

背景技術

進入二十一世紀來，我國鐵路建設高速發展，時速200km以上高標 準雙線鐵路修建越來越多。特別在西南山區，一方面，由于石灰巖地層廣 泛分布；另一方面，對高速鐵路，線路展線受曲線半徑大、地形地質條件 復雜等多種因素的制約，導致巖溶隧道規模(數量及長度)迅速增加。由 于巖溶及巖溶水發育具有復雜性、多樣性及無規律性等特點，長大巖溶隧 道修建風險特別是運營風險越來越高。

近年來，宜萬、滬昆、貴廣等高速鐵路隧道運營期間發生了若干起無 砟道床變形、仰拱及填充隆起等水害事件，引起了鐵路設計、施工、建設 和運營各方的高度重視。經調查，既有線水害主要分為兩類：

(1)仰拱填充上浮變形。其表現主要為隧底結構的分層施工帶來的 施工縫在水壓作用下的變形、擴張。

①規范要求仰拱與仰拱填充應分開澆筑。此工法在仰拱與填充之間形 成施工縫，但地下水通過仰拱環向施工縫滲入仰拱填充底部，約3～4m 水頭即可導致填充上浮。

②實際施工中，為防止道床施工面被施工車輛破壞，仰拱填充往往采 用分層澆筑的方式，道床施工前灌筑的仰拱填充表層(或稱整平層)厚度 約0.2～0.4m，僅需要0.5～1m高的水頭即可導致填充表層上浮，進而引 起道床變形。

③無砟道床至道床板與仰拱填充面采用的是無連接接觸方式，存在施 工界面，對于隧底滲水的敏感性更為顯著，往往也出現“離縫”抬升現象 和磨損現象，在水的作用下，病害特征尤為明顯。其與隧道結構巨大的剛 度差異、變形不協調和軌道結構對基礎變形極差的適應性進一步加劇了隧 底水害對運營安全的不利影響和治理難度。

(2)襯砌結構主要是仰拱變形開裂。

①受隧道內設置的縱、環向盲管及邊墻泄水孔排水能力的限制，工后 排水系統受物理型(泥沙、細顆粒沉積淤塞)、化學型堵塞(可溶物析出、 混凝土及漿液反應殘留物凝結)等原因都將造成排水不暢，水壓急劇變化， 導致襯砌結構開裂破損。

②邊墻縱向施工縫、環向施工縫、仰拱底部等結構和防水薄弱環節發 生結構變形、開裂及防水失效；局部位置出現噴水、涌泥沙等。

③地下水位季節性變動，導致襯砌承受“動載”影響。在連續降雨或 極端暴雨天氣條件下，地下水位突然增高，襯砌承受了較高的水壓。

目前設計的隧道大部分為有仰拱襯砌。以單洞雙線隧道為例，其排水 系統以“隧道體內排水”為主要模式，地下水排放路徑為：圍巖→初期支 護→排水盲管→側溝→橫向排水管→中心水溝，即隧道結構周邊的水通過 初期支護滲透經由排水盲管引排進入隧道結構本體之內的中心水溝，最終 排出洞外。

隧道體內排水系統主要的缺陷在于：

①有壓地下水的泄壓點均位于設置在襯砌主體結構內部，致使襯砌主 體結構承受靜水壓或動水壓的范圍均較大。