π形板与仰拱组合式隧底衬砌构造
【专利摘要】π形板与仰拱组合式隧底衬砌构造，通过对传统隧道衬砌隧底结构形式进行改造，提高衬砌结构特别隧底结构在高水压或高地应力作用下的受力性能，同时结合衬砌隧底构造优化洞内排水系统、加大隧道排水能力，减小运营期间雨洪季节水害风险。包括初期支护结构、二次衬砌结构和防排水系统，二次衬砌结构由二次衬砌拱墙段、二次衬砌隧底结构构成。二次衬砌隧底结构由仰拱及仰拱之上设置的π形板构成，该π形板由顶板，左侧竖板和右侧竖板构成，左侧竖板、右侧竖板上端与顶板固结为一体，下端与仰拱固结，顶板的横向两端与仰拱两端固结，在左侧竖板、右侧竖板、顶板和二次衬砌仰拱之间形成的廓道可作为隧道纵向排水通道。
【专利说明】
η形板与仰拱组合式隧底衬砌构造
技术领域
[0001]本发明涉及隧道衬砌构造，特别涉及一种地下水发育或受季节影响大，隧底水压力或地应力较高情况下的隧道衬砌构造。
【背景技术】
[0002]进入二^^一世纪来，我国铁路建设高速发展，时速200km以上高标准双线铁路修建越来越多，特别在西部山区，线路展线受曲线半径大、地形地质条件复杂等多种因素的制约，隧道规模越来越大，一方面长大岩溶富水隧道越来越多，另一方面，高地应力隧道越来越多。
[0003]近年来，宜万、沪昆、贵广等高速铁路隧道运营期间发生了若干起无砟道床变形、仰拱隆起、衬砌渗漏水等水害事件，引起了铁路设计、施工、建设和运营各方的高度重视。
[0004]传统双线隧道衬砌一般采用曲墙带仰拱的衬砌结构形式，如图4所示。仰拱上采用混凝土填充作为道床基础，施工中仰拱与仰拱填充分开浇筑。隧道内设置中心水沟+双侧水沟，中心水沟置于仰拱之上的填充体内。地下水排放路径为:围岩—初期支护—排水盲管—侧沟—横向排水管—中心水沟，即隧道结构周边的水通过初期支护渗透经由排水盲管引排进入隧道结构本体之内的中心水沟，最终排出洞外。传统排水系统最大的缺陷在于:中心水沟设于隧道结构之内，主要引排主要引排拱墙范围的周边地下水，隧道仰拱以下的积水无法有效引排。尤其在地基水力联系紧密的区域，在连续降雨或暴雨天气下，因地下水量骤增，传统的排水体系往往无法及时引排至隧道结构体内的排水沟内，从而引起地下水位急剧升高。在高水压作用下，导致隧底仰拱或仰拱填充隆起，从而破坏道床结构。
[0005]此外，在六沾、云桂、成兰等铁路部分高地应力隧道在修建及运营过程中均出现仰拱隆起开裂等灾害，为了解决这个问题，设计中经常采用圆形或近圆形衬砌结构(如图5)，一方面造成仰拱施工难度大、开挖量大；另一方面，仰拱上混凝土填充量大大增加，造成浪费。
[0006]因此，无论为解决岩溶地区隧道高压富水问题，还是高地应力隧道仰拱隆起变形开裂问题，优化衬砌隧底结构形式，降低隧道建设与运营期间灾害风险已是当下迫切需要。
【发明内容】
[0007]本发明所要解决的技术问题是提供π形板与仰拱组合式隧底衬砌构造，通过对传统隧道衬砌隧底结构形式进行改造，提高衬砌结构特别隧底结构在高水压或高地应力作用下的受力性能，同时结合衬砌隧底构造优化洞内排水系统、加大隧道排水能力，减小运营期间雨洪季节水害风险。
[0008]本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下:
[0009]本发明的形板与仰拱组合式隧底衬砌构造，包括初期支护结构、二次衬砌结构和防排水系统，二次衬砌结构由二次衬砌拱墙段、二次衬砌隧底结构构成，其特征是:所述二次衬砌隧底结构由仰拱及仰拱之上设置的形板构成，所述形板由顶板，左侧竖板和右侧竖板构成，左侧竖板、右侧竖板上端与顶板固结为一体，下端与仰拱固结，顶板的横向两端与仰拱两端固结，在左侧竖板、右侧竖板、顶板和二次衬砌仰拱之间形成的廓道可作为隧道纵向排水通道。
[0010]本发明的有益效果是，采用31形板与仰拱组合式隧底衬砌构造取代传统高地应力或高水压情况下采用的圆形或近圆形衬砌:首先，隧底开挖作业更方便，开挖方量减小；其次，将传统仰拱上的填充体改为η形板结构，既节约了混凝土圬工，又增加了隧底空间，可设置综合管廊，用于排水沟、电缆沟等布置P形板与仰拱组合式隧底结构，抗弯刚度大大增加，显著增加隧底结构承载能力;可实现衬砌结构“体外排水”，拱墙二次衬砌背后地下水不引入隧道侧沟，而直接引入π形板与仰拱间的排水廊道，有效避免雨洪季节地下水过大侧沟排水能力不够而涌入道床内；同时由于排水沟位于底板下，始终能保证地下水的顺畅排泄而避免造成底板开裂隆起。
【附图说明】
[0011]本说明书包括如下五幅附图:
[0012]图1是本发明π形板与仰拱组合式隧底衬砌构造的断面结构示意图；
[0013]图2是图1中A局部的放大图；
[0014]图3是图1中B局部的放大图；
[0015]图4是传统曲墙带仰拱衬砌结构示意图；
[0016]图5是传统设计中高地应力或高水压工况下近圆形衬砌结构示意图。
[0017]图中示出构件、部位名称及所对应标记:廓道C;初期支护结构拱墙段10、拱墙喷射混凝土层10a、拱墙钢架10b、拱墙系统锚杆1c;初期支护结构仰拱段11、仰拱喷射混凝土层I Ia、仰拱钢架I Ib;防排水系统20、无纺土工布20a、环向排水盲管20b、防水板20c; 二次衬砌拱墙段30、仰拱31;顶板40，左侧竖板41、右侧竖板42。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0019]参照图1，本发明的π形板与仰拱组合式隧底衬砌构造，包括初期支护结构、二次衬砌结构和防排水系统20，二次衬砌结构由二次衬砌拱墙段30、二次衬砌隧底结构构成。所述二次衬砌隧底结构由仰拱31及仰拱31之上设置的π形板构成，所述π形板由顶板40、左侧竖板41和右侧竖板42构成，左侧竖板41、右侧竖板42上端与顶板40固结为一体，下端与仰拱31固结，顶板40的横向两端与仰拱31两端固结，在左侧竖板41、右侧竖板42、顶板40和仰拱31之间形成廓道C为隧道纵向排水通道。所述顶板40上沿线路延伸方向间隔设置与廓道C相通的检查井口。
[0020]参照图1，本发明将传统仰拱上的填充体改为π形板结构，既节约了混凝土圬工，又增加了隧底空间，可设置综合管廊，用于排水沟、电缆沟布置3形板与仰拱组合式隧底结构，抗弯刚度大大增加，显著增加隧底结构承载能力。可实现衬砌结构“体外排水”，拱墙二次衬砌背后地下水不引入隧道侧沟，而直接引入π形板与仰拱间的排水廊道，有效避免雨洪季节地下水过大侧沟排水能力不够而涌入道床内。由于排水沟位于底板下，始终能保证地下水的顺畅排泄而避免造成底板开裂隆起。
[0021]参照I和图2，所述防排水系统20包括拱墙范围铺设的无纺土工布20a及拱墙范围铺设的防水板20c，以及沿隧道开挖方向间隔布设于无纺土工布20a与防水板20c间的环向排水盲管20b。所述环向排水盲管20b的两端沿顶板40下缘直接引入廓道C。
[0022]参照图1，所述初期支护结构包括初期支护结构拱墙段10、初期支护结构仰拱段U。参照图2，所述拱墙初期支护结构10包括覆盖拱墙围岩的拱墙喷射混凝土层1a及沿拱墙梅花形布置的拱墙系统锚杆10c，拱墙喷射混凝土层1a内沿隧道开挖方向间隔布设拱墙钢架10b。所述拱墙喷射混凝土层1a内加设钢筋网。参照图3，所述仰拱初期支护结构11包括覆盖仰拱围岩的仰拱喷射混凝土层11a，仰拱喷射混凝土层Ila内沿隧道开挖方向间隔布设仰拱钢架I lb。
[0023]以上所述只是用图解说明本发明π形板与仰拱组合式隧底衬砌构造的一些原理，并非是要将本发明局限在所示和所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。
【主权项】
1.π形板与仰拱组合式隧底衬砌构造，包括初期支护结构、二次衬砌结构和防排水系统(20), 二次衬砌结构由二次衬砌拱墙段(30)、二次衬砌隧底结构构成，其特征是:所述二次衬砌隧底结构由仰拱(31)及仰拱(31)之上设置的π形板构成，所述π形板由顶板(40)，左侧竖板(41)和右侧竖板(42)构成，左侧竖板(41)、右侧竖板(42)上端与顶板(40)固结为一体，下端与仰拱(31)固结，顶板(40)的横向两端与仰拱(31)两端固结，在左侧竖板(41)、右侧竖板(42)、顶板(40)和仰拱(31)之间形成廓道(C)为隧道纵向排水通道。2.如权利要求1所述的π形板与仰拱组合式隧底衬砌构造，其特征是:所述顶板(40)上沿线路延伸方向间隔设置与廓道(C)相通的检查井口。3.如权利要求1所述的形板与仰拱组合式隧底衬砌构造，其特征是:所述防排水系统(20)包括拱墙范围铺设的无纺土工布(20a)及拱墙范围铺设的防水板(20c)，以及沿隧道开挖方向间隔布设于无纺土工布(20a)与防水板(20c)间的环向排水盲管20b。4.如权利要求3所述的π形板与仰拱组合式隧底衬砌构造，其特征是:所述环向排水盲管(20b)的两端沿顶板(40)下缘直接引入廓道(C)。5.如权利要求1所述的形板与仰拱组合式隧底衬砌构造，其特征是:所述初期支护结构包括初期支护结构拱墙段(10)、初期支护结构仰拱段(II);所述拱墙初期支护结构(10)包括覆盖拱墙围岩的拱墙喷射混凝土层(1a)及沿拱墙梅花形布置的拱墙系统锚杆(10c)，拱墙喷射混凝土层(1a)内沿隧道开挖方向间隔布设拱墙钢架(10b)。6.如权利要求5所述的π形板与仰拱组合式隧底衬砌构造，其特征是:所述拱墙喷射混凝土层(1a)内加设钢筋网。7.如权利要求5所述的π形板与仰拱组合式隧底衬砌构造，其特征是:所述仰拱初期支护结构(11)包括覆盖仰拱围岩的仰拱喷射混凝土层(11a)，仰拱喷射混凝土层(Ila)内沿隧道开挖方向间隔布设仰拱钢架(I Ib)。
【文档编号】E21D11/08GK105840211SQ201610410042
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年6月12日
【发明人】卿伟宸, 张磊, 高杨, 郑伟, 孟祥磊, 林本涛, 朱勇, 陶伟明, 钟昌桂, 曾宏飞, 黄华, 王若晨
【申请人】中铁二院工程集团有限责任公司