软土震陷地层防止地基不均匀变形的明挖隧道结构的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种软土震陷地层防止地基不均匀变形的明挖隧道结构，包括由顶板、底板和侧墙组成的明挖隧道，所述顶板的上方铺设有回填覆土，侧墙的外侧设有围护结构，其特征在于：所述底板与其下方的软土震陷地层之间设有预压缩层，所述预压缩层包括弹性垫、紧贴设于弹性垫顶面和底面的压板以及用于压紧压板和弹性垫的紧固件，所述紧固件通过上下两块压板对弹性垫进行预压缩，所述紧固件为可在地下水作用下锈蚀断开的金属丝。本发明具有能适应隧道底部不同部位的震陷变形量不同，有效防止局部脱空，同时结构简单、施工简便的有益效果。
【专利说明】
软土震陷地层防止地基不均匀变形的明挖隧道结构
技术领域
[0001]本发明涉及明挖隧道领域，具体是一种软土震陷地层防止地基不均匀变形的明挖隧道结构。
【背景技术】
[0002]软土震陷是地震时软土自身及地面沉降的一种现象，当明挖隧道基底发生震陷时，会导致基底地层沉降，使结构也相应产生沉降。但由于隧道底部不同部位的震陷变形量不同，隧道结构就会产生不均匀沉降，甚至造成结构与下部地层之间局部脱空的现象，这种不均匀沉降或脱空会使结构产生很大的附加内力，进而使结构开裂甚至破坏。因此，工程中需要采取措施来消除的这种灾害现象。
[0003]目前采取的措施主要有两种，第一种是通过地层改良技术来消除震陷；第二种是完全靠粧基础支承，允许震陷后结构与基底软土脱开。其存在的主要问题如下:
[0004]1、当软土深厚且分布广泛时，地层改良的加固工程量大，不经济。
[0005]2、采用粧基础支承结构时，需要的粧的长度大、数量多，造成工程投资大幅度增加。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是为了解决上述【背景技术】存在的不足，提出一种能适应隧道底部不同部位的震陷变形量不同，有效防止局部脱空，同时结构简单、施工简便的软土震陷地层防止地基不均匀变形的明挖隧道结构。
[0007]为了实现以上目的，本发明提供的一种软土震陷地层防止地基不均匀变形的明挖隧道结构，包括由顶板、底板和侧墙组成的明挖隧道，所述顶板的上方铺设有回填覆土，侧墙的外侧设有围护结构，其特征在于:所述底板与其下方的软土震陷地层之间设有预压缩层，所述预压缩层包括弹性垫、紧贴设于弹性垫顶面和底面的压板以及用于压紧压板和弹性垫的紧固件，所述紧固件通过上下两块压板对弹性垫进行预压缩，所述紧固件为可在地下水作用下锈蚀断开的金属丝。
[0008]作为本发明的优选方案，所述紧固件由细铁丝和锚固件组成，所述细铁丝穿过压板和弹性垫并通过锚固件固定在压板上，所述细铁丝可在地下水作用下锈蚀断开。
[0009]进一步地，所述锚固件呈圆台形，所述压板上开有与呈圆台形的锚固件相配合的通孔，锚固件设于通孔内，所述细铁丝穿过锚固件并与其紧固配合，所述锚固件靠近弹性垫的一端直径小于锚固件远离弹性垫的一端直径。
[0010]更进一步地，所述明挖隧道的底板与其下方的软土震陷地层之间设有多个沿水平向依次拼接的预压缩层。
[0011]再进一步地，所述弹性垫由聚苯乙烯材料制备。
[0012]还进一步地，所述压板为塑料板或木板。
[0013]本发明中的弹性垫由于预压缩产生了压缩变形，在地震过程中发生隧道底的软土震陷时，弹性垫的预压缩变形反弹恢复，防止了结构不均匀沉降的发生。因此软土震陷后，预压缩层通过恢复弹性压缩变形，填充软土脱开的空隙，保证了隧道结构的安全。
【附图说明】
[0014]图1为本发明的结构示意图。
[0015]图2为弹性垫的结构示意图。
[0016]图3为预压缩层的结构示意图。
[0017]图4为预压缩层中的紧固件被锈蚀断开后的结构示意图。
[0018]图5为预压缩层在软土震陷地层发生震陷后的工作原理图。
[0019]图6为聚苯乙烯的应力应变曲线。
[0020]图7为锚固件的结构示意图。
[0021]图8为图7的俯视图。
[0022]图中:预压缩层1、软土震陷地层2、底板3、侧墙4、顶板5、围护结构6、回填覆土7、压板8、细铁丝9、锚固件1、弹性垫11。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
[0024]实施例:如图1至图8所示的一种软土震陷地层防止地基不均匀变形的明挖隧道结构，包括由顶板5、底板3和侧墙4组成的明挖隧道，所述顶板5的上方铺设有回填覆土 7，侧墙4的外侧设有围护结构6。所述底板3与其下方的软土震陷地层2之间设有多个沿水平向依次拼接的预压缩层I，所述预压缩层I包括弹性垫11、紧贴设于弹性垫11顶面和底面的压板8以及用于压紧压板8和弹性垫11的紧固件，所述弹性垫11由聚苯乙烯材料制备。所述压板8为塑料板或木板。
[0025]所述紧固件通过上下两块压板8对弹性垫11进行预压缩，所述紧固件为可在地下水作用下锈蚀断开的金属丝。所述紧固件由细铁丝9和锚固件10组成，所述细铁丝9穿过压板8和弹性垫11并通过锚固件10固定在压板8上，所述细铁丝9可在地下水作用下锈蚀断开。所述锚固件10呈圆台形，所述压板8上开有与呈圆台形的锚固件10相配合的通孔，锚固件10设于通孔内，所述细铁丝9穿过锚固件10并与其紧固配合，所述锚固件10靠近弹性垫11的一端直径小于锚固件1远离弹性垫11的一端直径。
[0026]1、根据软土震陷地层2的特性，计算地震后软土震陷地层2发生的震陷量；
[0027]2、根据隧道结构自重(底板3、侧墙4和顶板5自重之和)、隧道内运营期荷载、隧道顶的水土荷载等，计算出隧道运营期底部的压力；
[0028]3、根据弹性垫11材料的力学特性，计算弹性垫11的厚度和预压缩量；
[0029]4、将弹性垫11按预定尺寸分成若干小块(每小块的平面尺寸可采用ImX Im或更大)，每小块弹性垫11的上方和下方采用木板或塑料板覆盖，之后，采用细铁丝9(或细铁丝索)穿透弹性垫11并张拉铁丝，使弹性垫11产生预定的压缩量。
[0030]5、施工隧道围护结构6，开挖隧道基坑，并在隧道底部按预压缩层I厚度进行超挖，再将制作好多个预压缩层I在基坑底进行拼装与铺设；
[0031]6、在弹性垫I上施工隧道结构，并在顶板5的上方铺设回填覆土 7;
[0032]7、在隧道运营过程中，地下水很快使预压缩层I内的细铁丝9锈蚀断裂，弹性垫11即可以按预定功能进行工作。
[0033]预压缩层I在隧道底设置，其中弹性垫11的厚度和预压缩量根据隧道运营期的底部压力、软土震陷量、弹性垫材料自身的物理力学性能等来确定。当因地震发生软土震陷时，地层与隧道底板有脱开的趋势，此时预压缩的弹性垫11会追随地层震陷而恢复部分的预压缩变形，填充该脱开的空隙量，支承住隧道结构，防止隧道结构发生不均匀沉降。
[0034]如图2、图3所示，本发明的制作及安装过程如下:
[0035]1、预压缩层I按预定的尺寸进行小块切割，每小块的平面尺寸可采用ImX Im或根据实际工程调整(图2)。
[0036]2、每块预压缩层的上方和下方设有压板8(木板或塑料板)，采用细铁丝9(或细铁丝索)穿透弹性垫11，张拉细铁丝(细铁丝索)使弹性垫I产生设计需要的预压缩量并通过锚固件10锚固(图3)。
[0037]3、预压缩层I制作完成运往现场，安装时将预压缩层I在隧道底板的下方的位置沿水平向满铺，然后在预压缩层I上施工隧道结构并铺设回填覆土 7。
[0038]如图4、图5所示，本发明的工作原理如下:
[0039]隧道运营期，细铁丝9在地下水侵蚀作用下锈蚀断裂(图4)。当地震时软土2发生震陷时，预压缩层I追随地层震陷而恢复部分的预压缩变形，防止了结构发生不均匀沉降(图5)0
[0040]本发明中的弹性垫11材料推荐选用聚苯乙烯材料，但不仅限于该材料。选用聚苯乙烯的理由如下:
[0041]1、聚苯乙烯是一种作为替代填土的填筑材料，在道路工程使用广泛，其性能和耐久性得到了工程实践的验证；
[0042]2、聚苯乙烯是一种可控材料，力学稳定性较好；
[0043]3、聚苯乙烯是一种良好的弹塑性材料，其应力应变特性如图6所示。该材料的最大应变可超过50 %，弹性强度和最大屈服强度随材料密度而变化，常用密度20-50kg/m3，并根据计算需要进行室内试验确定。
[0044]对于可靠性好、性能类似的其它材料，亦可以替代聚苯乙烯作为弹性垫11的材料。
[0045]与现有技术相比，本发明的优势体现在:
[0046]1、在明挖隧道底板下设置预压缩层I，当地震发生软土震陷后，预压缩层I通过追随地层沉降而恢复压缩变形，多个预压缩层I可对应不同软土震陷地层2的震陷量而发生不同程度的变形，从而支承住隧道结构，从而达到防止隧道结构损坏的目的。
[0047]2、细铁丝9可在地下水作用下锈蚀断开，因此预压缩层I设置好后，无需多余人工操作，即可时细铁丝9断开，施工简便。
[0048]3、预压缩层I由弹性垫11、压板8、细铁丝9、锚固件10组成，上述组件均成本低、易获取，因此预压缩层I价格低廉。
[0049]以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的结构做任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案的范围内。
【主权项】
1.一种软土震陷地层防止地基不均匀变形的明挖隧道结构，包括由顶板(5)、底板(3)和侧墙(4)组成的明挖隧道，所述顶板(5)的上方铺设有回填覆土 (7)，侧墙(4)的外侧设有围护结构(6)，其特征在于:所述底板(3)与其下方的软土震陷地层(2)之间设有预压缩层(I)，所述预压缩层(I)包括弹性垫(11)、紧贴设于弹性垫(11)顶面和底面的压板(8)以及用于压紧压板(8)和弹性垫(11)的紧固件，所述紧固件通过上下两块压板(8)对弹性垫(11)进行预压缩，所述紧固件为可在地下水作用下锈蚀断开的金属丝。2.根据权利要求1所述的软土震陷地层防止地基不均匀变形的明挖隧道结构，其特征在于:所述紧固件由细铁丝(9)和锚固件(10)组成，所述细铁丝(9)穿过压板(8)和弹性垫(II)并通过锚固件(10)固定在压板(8)上，所述细铁丝(9)可在地下水作用下锈蚀断开。3.根据权利要求2所述的软土震陷地层防止地基不均匀变形的明挖隧道结构，其特征在于:所述锚固件(10)呈圆台形，所述压板(8)上开有与呈圆台形的锚固件(10)相配合的通孔，锚固件(10)设于通孔内，所述细铁丝(9)穿过锚固件(10)并与其紧固配合，所述锚固件(10)靠近弹性垫(11)的一端直径小于锚固件(10)远离弹性垫(11)的一端直径。4.根据权利要求1所述的软土震陷地层防止地基不均匀变形的明挖隧道结构，其特征在于:所述明挖隧道的底板(3)与其下方的软土震陷地层(2)之间设有多个沿水平向依次拼接的预压缩层(I)。5.根据权利要求1所述的软土震陷地层防止地基不均匀变形的明挖隧道结构，其特征在于:所述弹性垫(11)由聚苯乙烯材料制备。6.根据权利要求1所述的软土震陷地层防止地基不均匀变形的明挖隧道结构，其特征在于:所述压板(8)为塑料板或木板。
【文档编号】E02D29/05GK105887926SQ201610378068
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年5月31日
【发明人】肖明清, 邓朝辉, 龙凡, 薛光桥, 何应道, 石湛
【申请人】中铁第四勘察设计院集团有限公司