大变形地裂缝段隧道衬砌接缝结构及其构建方法
【专利摘要】本发明涉及一种大变形地裂缝段隧道衬砌接缝结构及其构建方法。地裂缝段较大的地层变形趋势对隧道衬砌结构的安全性与长期耐久性非常不利，给列车运营带来安全隐患。本发明在衬砌结构接缝内外侧设置了且型外贴式橡胶止水带与Ω型外贴式橡胶止水带，通过橡胶带在衬砌接缝内预留部分的自由伸缩，来适应一定时期内接缝两侧衬砌结构的相对运动，进而确保地裂缝段衬砌结构能适应地层的变形趋势。本发明设计的衬砌接缝构造型式，是一种柔性结构，能够有效控制地层位移过程中，衬砌结构过大的变形势能与内应力，减少地裂缝段衬砌结构的裂缝与渗漏趋势，可以满足地裂缝段较大的地层变形对隧道衬砌结构的特殊要求，进一步可确保隧道百年工程的使用寿命。
【专利说明】大变形地裂缝段隧道衬砌接缝结构及其构建方法
【技术领域】
[0001]本发明属于隧道工程【技术领域】，具体涉及一种大变形地裂缝段隧道衬砌接缝结构及其构建方法。
【背景技术】
[0002]对于目前国内各大城市的轨道交通工程，浅埋暗挖法隧道依旧占据着相当的比例，尤其在超浅覆土地段、对结构净空有特殊要求地段、以及对结构变形有特殊要求地段等区域。地裂缝对区间隧道衬砌结构适应不均匀变形的能力有特殊要求，要求百年设计年限内的最大变形量需达到500mm(或更大)，而且还要满足列车正常运营的要求。但是现行的隧道接缝设计主要考虑其防水功能，而非其适应不均匀变形的能力，一般浅埋暗挖法隧道设置的变形缝，仅能满足隧道施工与列车运营期间，由于湿度或温度变化引起的衬砌结构膨胀变形或收缩变形，远远无法满足地裂缝段隧道衬砌结构的变形要求，这将会严重影响地裂缝段区间隧道工程的质量与安全，现有的接缝设计理念很难保证百年工程的设计目标。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种大变形地裂缝段隧道衬砌接缝结构及其构建方法，以接缝自身的柔性伸缩来调节地层变形引起的衬砌结构相对位移，提高隧道衬砌适应不均匀变形的能力，实现地裂缝段衬砌接缝的柔性构造与衬砌结构的协调变形。
[0004]本发明所采用的技术方案是:
大变形地裂缝段隧道衬砌接缝结构，包含有衬砌接缝两侧的衬砌结构，其特征在于:
衬砌接缝的外侧的衬砌结构上固定有且型外贴式橡胶止水带，衬砌接缝的内侧的衬砌结构上固定有Ω型外贴式橡胶止水带。
[0005]且型外贴式橡胶止水带为封闭型橡胶止水带，横截面呈“且”字形，即中心孔内设置有平行于橡胶止水带带状部分的横隔带，形成多孔中心孔结构；
且型外贴式橡胶止水带通过锚栓固定于衬砌接缝外侧两边的衬砌结构上。
[0006]Ω型外贴式橡胶止水带为开敞型橡胶止水带，横截面呈“ Ω ”形；
Ω型外贴式橡胶止水带通过Ω型外贴式橡胶止水带外的钢压板以及锚栓，锚固于衬砌结构内预埋的钢垫板上，从而固定于衬砌接缝内侧两边的衬砌结构上。
[0007]衬砌接缝两侧衬砌结构相对的端面上均设置有端模钢板。
[0008]钢垫板与其内侧设置的锚筋一同预埋于衬砌结构内。
[0009]两侧衬砌结构发生相对位移后，相对沉降的衬砌结构与地层间形成的空隙区域内注入回填浆液，相对上升的衬砌结构与Ω型外贴式橡胶止水带之间固定焊接角钢。
[0010]大变形地裂缝段隧道衬砌接缝结构的构建方法，其特征在于:
由以下步骤实现:
步骤一:预制衬砌结构，并在衬砌接缝内侧预埋钢垫板与锚筋；
步骤二:将端模钢板固定在衬砌接缝两侧衬砌结构相对的端面上； 步骤三:利用锚栓将且型外贴式橡胶止水带固定在衬砌接缝外侧的衬砌结构上；步骤四:利用钢压板与锚栓，将Ω型外贴式橡胶止水带锚固于衬砌结构内预埋的钢垫板上，同时固定在衬砌接缝内侧的衬砌结构上；
步骤五:在变形后的衬砌接缝外侧，衬砌结构与地层之间形成的空隙区域，及时注入回填浆液；
步骤六:在变形后的衬砌接缝内侧，将钢压板与锚栓重新固定在焊接角钢上，进一步调节Ω型外贴式橡胶止水带的位置。
[0011]本发明具有以下优点:
本发明在隧道衬砌结构接缝内外侧设置了能自由伸缩的且型外贴式橡胶带与Ω型外贴式橡胶带，以及与外贴式橡胶带相配套的锚固系统，涉及的橡胶材料与锚固材料均为常规材料，其相应尺寸均为常规类型，便于加工制造；且型外贴式橡胶带与Ω型外贴式橡胶带在接缝内的预留长度，可以根据接缝左右侧衬砌结构的相对位移设计；左右侧衬砌结构出现相对位移后，相对沉降的衬砌结构外侧与地层之间形成的局部空隙区域，可通过回填浆液充填密实，接缝内侧Ω型外贴式橡胶带的位置可通过焊接角钢进行调整。通过接缝内预留橡胶带的自由伸缩，地层位移或接缝左右侧衬砌结构的相对位移，将不会对衬砌结构形成附加应力，能够有效避免衬砌裂缝与渗漏的风险，减小潜在的不安全因素，延长隧道的使用寿命，具有较高的经济效益和社会效益，在城市轨道交通、铁路、公路等工程中有广泛的应用前景。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为接缝左右侧衬砌结构相对位移前的接缝结构图。
[0013]图2为接缝左右侧衬砌结构相对位移后(右侧下降，左侧上升)的接缝结构图。
[0014]图3为接缝左右侧衬砌结构相对位移后(左侧下降，右侧上升)的接缝结构图。
[0015]图中，1-衬砌结构，2-且型外贴式橡胶止水带，3- Ω型外贴式橡胶止水带，4-端模钢板，5-钢压板，6-锚栓，7-钢垫板，8-锚筋，9-焊接角钢，10-回填浆液。
【具体实施方式】
[0016]下面结合【具体实施方式】对本发明进行详细的说明。
[0017]本发明所涉及的大变形地裂缝段隧道衬砌接缝结构，包含有衬砌接缝两侧的衬砌结构1，衬砌接缝的外侧的衬砌结构I上固定有且型外贴式橡胶止水带2，衬砌接缝的内侧的衬砌结构I上固定有Ω型外贴式橡胶止水带。其中，且型外贴式橡胶止水带2为封闭型橡胶止水带，横截面呈“且”字形，即中心孔内设置有平行于橡胶止水带带状部分的横隔带，形成多孔中心孔结构。其带状部分从中线处断开，在衬砌结构I发生相对位移时可分离以适应形变。且型外贴式橡胶止水带2通过锚栓6 (需配合螺母、垫片使用)固定于衬砌接缝外侧两边的衬砌结构I上。Ω型外贴式橡胶止水带3为开敞型橡胶止水带，横截面呈“ Ω ”形。Ω型外贴式橡胶止水带3利用钢压板5与锚栓6，锚固于衬砌结构I内预埋的钢垫板7上，从而固定于衬砌接缝内侧两边的衬砌结构I上。钢压板5和钢垫板7均为IOmm厚钢板。钢垫板7主要通过其内侧的锚筋8，预埋于衬砌结构I上，锚筋为长0.5m、直径20mm的钢筋。钢垫板7需要给锚栓6提供了足够的锚固承载力。且型外贴式橡胶止水带2和Ω型外贴式橡胶止水带3在接缝内需有足够的预留长度，以便适应衬砌接缝两侧衬砌结构I的相对位移。
[0018]衬砌接缝两侧衬砌结构I相对的端面上均设置有端模钢板4，为IOmm厚的钢板，能够保护接缝内部橡胶止水带结构不受挤压损坏，并可协助橡胶止水带自由伸缩。
[0019]两侧衬砌结构I发生相对位移后，相对沉降的衬砌结构I与地层间形成的空隙区域，可通过及时注入回填浆液10填充密实，对于相对上升的衬砌结构1，通过在Ω型外贴式橡胶止水带3和衬砌结构I之间固定焊接角钢9，调整接缝内侧Ω型外贴式橡胶带的位置。
[0020]大变形地裂缝段隧道衬砌接缝结构的构建方法，由以下步骤实现:
步骤一:按照隧道结构受力特性与构造要求，预制衬砌结构1，并在衬砌接缝内侧预埋钢垫板7与锚筋8 ;将衬砌结构I运抵施工现场并按要求存放，衬砌结构I的制作、运输与堆放必须满足相关规范的要求，尤其是衬砌结构I表面的平整度与清洁度必须满足相关要求；
步骤二:严格按照接缝端面构造型式，进行端模钢板4的制作，将端模钢板4固定在衬砌接缝两侧衬砌结构I相对的端面上，可将端模钢板4黏贴于衬砌接缝端面，端模钢板4的尺寸与形状必须与衬砌接缝的构造型式对应，起到较好地保护衬砌接缝内预留橡胶止水带的作用；
步骤三:严格按照衬砌接缝外侧衬砌结构I型式及其材料性能要求，进行锚栓6的选购或制作，利用锚栓6将且型外贴式橡胶止水带2固定在衬砌接缝外侧两边的衬砌结构I上，要能保证衬砌接缝变形过程中，且型外贴式橡胶止水带2的受力稳定性；
步骤四:严格按照衬砌接缝内侧衬砌结构I型式及其材料性能要求，进行钢压板5的选购或制作，利用衬砌接缝内侧预埋的钢垫板7、钢压板5与锚栓6，将Ω型外贴式橡胶止水带3固定在衬砌接缝内侧两边的衬砌结构I上，要能保证衬砌接缝变形过程中，Ω型外贴式橡胶止水带3的受力稳定性；
步骤五:随着衬砌接缝两侧衬砌结构I相对位移的增大，相对下降侧衬砌结构I与地层之间将会出现一定的局部空隙，应视空隙的大小与分布及时注入回填浆液10，回填浆液10硬化后的体积收缩率要小，结石体强度要高，长期耐久性也要满足相关规范要求，以保证衬砌结构I与地层之间的良好接触；
步骤六:随着衬砌接缝两侧衬砌结构I相对位移的增大，在相对上升的衬砌结构I 一侦牝接缝内预留的Ω型外贴式橡胶止水带3长度将逐步减小，为了能适应不同的接缝位移要求，最大程度地发挥Ω型外贴式橡胶止水带3的功能，在衬砌结构I与Ω型外贴式橡胶止水带3之间设置焊接角钢9，以调节Ω型外贴式橡胶止水带3的位置，焊接角钢9的尺寸需满足相关构造要求，其强度需保证受力稳定性，其刚度需满足变形要求。
[0021]要从理论上找出能完全适应地裂缝段大变形要求的衬砌结构接缝构造型式或接缝材料，在现有的技术水平与施工条件下，仍有相当大的难度，因为实际工程中接缝两侧衬砌结构I的相对位移趋势在一定程度上是不可避免的，而且不同位移趋势对接缝的构造要求也是不一样的，目前能适应大变形要求的接缝构造型式，仍需按照“柔性接缝”的基本原则进行设计与施工。
[0022]本发明的“柔性接缝”主要指接缝内外侧设置的且型外贴式橡胶止水带2与Ω型外贴式橡胶止水带3在接缝内预留部分的自由伸缩，能够协调接缝两侧衬砌结构I的相对位移，减弱或避免相对位移引起的衬砌结构附加内力，实现隧道纵向的柔性构造。其中，钢压板5、锚栓6、钢垫板7与锚筋8能够确保接缝两侧衬砌结构I在出现明显的相对位移情况下，且型外贴式橡胶止水带2与Ω型外贴式橡胶止水带3能够稳妥地固定在接缝内外侦牝端模钢板4能够保护接缝内预留橡胶止水带不受挤压损坏，并可协助橡胶止水带自由伸缩；随着接缝两侧衬砌结构I相对位移的增大，在相对下降的衬砌结构I 一侧，接缝内预留的且型外贴式橡胶止水带2长度逐渐减小，接缝内预留的Ω型外贴式橡胶止水带3长度逐渐增大，而在相对上升的衬砌结构I 一侧，情况则恰好相反，同时相对下降侧衬砌结构I与地层之间可能会形成一定的局部空隙，回填浆液10的及时注入，可确保衬砌结构I与地层之间形成良好接触，同时在相对上升的衬砌结构I底部设置焊接角钢9，调节Ω型外贴式橡胶止水带3在接缝内的预留长度，以适应不同的接缝位移要求，并满足隧道内部结构净空的使用要求与结构表面平整度要求。
[0023]在地层出现较大变形的情况下，在接缝内外侧设置的且型外贴式橡胶止水带2与Ω型外贴式橡胶止水带3，可以保证接缝能随着两侧衬砌结构I的相对位移而进行自由伸缩，自由伸缩的长度可根据最大位移设置，一般情况下可达到500_，甚至更多，能够显著减弱隧道纵向不均匀变形对衬砌结构的不利影响，将隧道裂缝与渗漏的风险降到最低程度。
[0024]本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。
【权利要求】
1.大变形地裂缝段隧道衬砌接缝结构，包含有衬砌接缝两侧的衬砌结构(1)，其特征在于: 衬砌接缝的外侧的衬砌结构(I)上固定有且型外贴式橡胶止水带(2)，衬砌接缝的内侧的衬砌结构(I)上固定有Ω型外贴式橡胶止水带。
2.根据权利要求1所述的大变形地裂缝段隧道衬砌接缝结构，其特征在于: 且型外贴式橡胶止水带(2)为封闭型橡胶止水带，横截面呈“且”字形，即中心孔内设置有平行于橡胶止水带带状部分的横隔带，形成多孔中心孔结构； 且型外贴式橡胶止水带(2)通过锚栓(6)固定于衬砌接缝外侧两边的衬砌结构(I)上。
3.根据权利要求2所述的大变形地裂缝段隧道衬砌接缝结构，其特征在于: Ω型外贴式橡胶止水带(3)为开敞型橡胶止水带，横截面呈“ Ω ”形； Ω型外贴式橡胶止水带(3)通过Ω型外贴式橡胶止水带(3)外的钢压板(5)以及锚栓(6)，锚固于衬砌结构(I)内预埋的钢垫板(7)上，从而固定于衬砌接缝内侧两边的衬砌结构(I)上。
4.根据权利要求3所述的大变形地裂缝段隧道衬砌接缝结构，其特征在于: 衬砌接缝两侧衬砌结构(I)相对的端面上均设置有端模钢板(4)。
5.根据权利要求4所述的大变形地裂缝段隧道衬砌接缝结构，其特征在于: 钢垫板(7 )与其内侧设置的锚筋(8 ) —同预埋于衬砌结构(I)内。
6.根据权利要求5所述的大变形地裂缝段隧道衬砌接缝结构，其特征在于: 两侧衬砌结构(I)发生相对位移后，相对沉降的衬砌结构(I)与地层间形成的空隙区域内注入回填浆液(10)，相对上升的衬砌结构(I)与Ω型外贴式橡胶止水带(3)之间固定焊接角钢(9)。
7.大变形地裂缝段隧道衬砌接缝结构的构建方法，其特征在于: 由以下步骤实现: 步骤一:预制衬砌结构(1)，并在衬砌接缝内侧预埋钢垫板(7)与锚筋(8)； 步骤二:将端模钢板(4)固定在衬砌接缝两侧衬砌结构(I)相对的端面上； 步骤三:利用锚栓(6)将且型外贴式橡胶止水带(2)固定在衬砌接缝外侧的衬砌结构(I)上； 步骤四:利用钢压板(5)与锚栓(6)，将Ω型外贴式橡胶止水带(3)锚固于衬砌结构(O内预埋的钢垫板(7)上，同时固定在衬砌接缝内侧的衬砌结构(I)上； 步骤五:在变形后的衬砌接缝外侧，衬砌结构(I)与地层之间形成的空隙区域，及时注入回填浆液(10)； 步骤六:在变形后的衬砌接缝内侧，将钢压板(5)与锚栓(6)重新固定在焊接角钢(9)上，进一步调节Ω型外贴式橡胶止水带(3)的位置。
【文档编号】E21D11/00GK103628895SQ201310672697
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年12月12日 优先权日:2013年12月12日
【发明者】雷永生, 戴志仁, 王俊, 李谈, 李团设, 王春希, 张海, 马晓波, 王博, 翁木生, 王立新, 杨小兵 申请人:中铁第一勘察设计院集团有限公司