[發(fā)明專利]一種帶雙側(cè)集水廊道的啞鈴型隧底襯砌結(jié)構(gòu)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711438448.1
• 申請(qǐng)日: 2017-12-27
• 公開（公告）號(hào): CN108005679A
• 公開（公告）日: 2018-05-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陶偉明;卿偉宸;林本濤;張磊;王芳;李澤龍;朱勇;鄭偉;張慧玲;鐘昌桂;曾宏飛;高強(qiáng)
• 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): E21D11/04
• 分類號(hào): E21D11/04;E21D11/10;E21D11/38;E21D20/00;E21F16/02
• 代理公司: 成都惠迪專利事務(wù)所(普通合伙) 51215
• 代理人: 王建國(guó)

一種帶雙側(cè)集水廊道的啞鈴型隧底襯砌結(jié)構(gòu)，以消除地下水對(duì)隧道襯砌底部結(jié)構(gòu)的作用，有效解決巖溶或地下水發(fā)育地區(qū)隧道仰拱上浮變形或隧底結(jié)構(gòu)開裂破壞的問題，確保隧道施工和運(yùn)營(yíng)的穩(wěn)定及安全性。隧道底部橫向兩側(cè)開挖深槽形成凸形隧底開挖面，于深槽內(nèi)設(shè)置具有槽形空腔的U形墻基構(gòu)筑體，U形墻基構(gòu)筑體外側(cè)頂部與拱墻二次襯砌結(jié)構(gòu)兩側(cè)邊墻底部固接。兩側(cè)U形墻基構(gòu)筑體和凸形隧底開挖面中部之上設(shè)置底板，該底板橫向兩端與拱墻二次襯砌結(jié)構(gòu)兩側(cè)底部剛性連接，兩側(cè)U形墻基構(gòu)筑體與底板構(gòu)成啞鈴型隧底結(jié)構(gòu)。底板作為上部道床及列車荷載承載基礎(chǔ)和間接承擔(dān)圍巖水平荷載，U形墻基構(gòu)筑體作為拱墻二次襯砌結(jié)構(gòu)和底板的承載結(jié)構(gòu)，其槽形空腔作為隧道縱向集水廊道。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及隧道襯砌結(jié)構(gòu)構(gòu)造，特別涉及一種運(yùn)用于地下水發(fā)育地段、地下水受季節(jié)影響不規(guī)律地段或巖溶地區(qū)的隧道襯砌及結(jié)構(gòu)構(gòu)造。

背景技術(shù)

為適應(yīng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的快速發(fā)展，緩解運(yùn)輸能力緊張，實(shí)現(xiàn)大能力快速運(yùn)輸，減少環(huán)境污染，進(jìn)入二十一世紀(jì)后我國(guó)鐵路建設(shè)高速發(fā)展，特別是高速鐵路建設(shè)進(jìn)入一個(gè)新階段。特別在西南山區(qū)，一方面，由于石灰?guī)r地層廣泛分布；另一方面，對(duì)高速鐵路，線路展線受曲線半徑大、地形地質(zhì)條件復(fù)雜等多種因素的制約，導(dǎo)致巖溶隧道規(guī)模(數(shù)量及長(zhǎng)度)迅速增加。由于巖溶及巖溶水發(fā)育具有復(fù)雜性、多樣性及無(wú)規(guī)律性等特點(diǎn)，長(zhǎng)大巖溶隧道修建風(fēng)險(xiǎn)特別是運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)越來(lái)越高。

近年來(lái)，宜萬(wàn)、滬昆、貴廣等高速鐵路隧道運(yùn)營(yíng)期間發(fā)生了若干起無(wú)砟道床變形、仰拱及填充隆起等水害事件，引起了鐵路設(shè)計(jì)、施工、建設(shè)和運(yùn)營(yíng)各方的高度重視。

目前設(shè)計(jì)的隧道大部分為有仰拱襯砌。以單洞雙線隧道為例，其結(jié)構(gòu)本身及排水體系均存在缺陷。

首先，襯砌結(jié)構(gòu)存在固有缺陷，主要表現(xiàn)為以下方面：

(1)規(guī)范要求仰拱與仰拱填充應(yīng)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(huán)向施工縫滲入仰拱填充底部，約3～4m水頭即可導(dǎo)致填充上浮。

(2)實(shí)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(dǎo)致填充表層上浮，進(jìn)而引起道床變形。

(3)由于隧底為圓弧狀，開挖控制較困難，多開挖成折線狀甚至開挖成平底面，導(dǎo)致仰拱結(jié)構(gòu)實(shí)際承載能力不能滿足設(shè)計(jì)要求，一旦雨洪季節(jié)，局部排水不暢導(dǎo)致水壓上升，造成仰拱結(jié)構(gòu)開裂破壞。

(4)仰拱結(jié)構(gòu)底部虛渣完全清理干凈難度大，加之運(yùn)營(yíng)期間由于隧底地下水無(wú)法引排，在列車動(dòng)荷載反復(fù)作用下，極易造成隧底翻漿冒泥等災(zāi)害。

另一方面，傳統(tǒng)襯砌結(jié)構(gòu)的排水系統(tǒng)以“隧道體內(nèi)排水”為主要模式，地下水排放路徑為：圍巖→初期支護(hù)→排水盲管→側(cè)溝→橫向排水管→中心水溝，即隧道結(jié)構(gòu)周邊的水通過初期支護(hù)滲透經(jīng)由排水盲管引排進(jìn)入隧道結(jié)構(gòu)本體之內(nèi)的中心水溝，最終排出洞外。排水系統(tǒng)主要的缺陷在于：

(1)有壓地下水的泄壓點(diǎn)均位于設(shè)置在襯砌主體結(jié)構(gòu)內(nèi)部，致使襯砌主體結(jié)構(gòu)承受靜水壓或動(dòng)水壓的范圍均較大。

(2)中心水溝(或側(cè)溝)設(shè)于隧道結(jié)構(gòu)之內(nèi)，主要引排拱墻范圍的周邊地下水，隧道仰拱以下的積水無(wú)法有效引排，一旦在連續(xù)降雨或暴雨天氣下，局部地段仰拱下裂隙水或管道水因無(wú)法及時(shí)引排導(dǎo)致水壓急劇升高。在高水壓作用下，致使隧底仰拱開裂破損。

(3)隧道處于地下水季節(jié)變動(dòng)帶等與外界水力聯(lián)系緊密的區(qū)域，在連續(xù)降雨或暴雨天氣下，因地下水量驟增，受邊墻泄水孔尺寸及間距限制，難以及時(shí)將其引排至隧道結(jié)構(gòu)體內(nèi)的排水溝內(nèi)，從而引起地下水位急劇升高。在高水壓作用下，導(dǎo)致襯砌開裂破壞。

(4)受道床結(jié)構(gòu)、洞內(nèi)附屬構(gòu)筑物需要及隧道斷面工程經(jīng)濟(jì)性的制約，考慮施工難易程度，洞內(nèi)側(cè)溝或中心水溝的過水?dāng)嗝孀杂啥炔淮螅^水能力受限，往往引起洞內(nèi)水害。