边仰坡联合支护隧道洞门结构的制作方法
【专利摘要】边仰坡联合支护隧道洞门结构，该结构受力良好、地形适应性强，以提高设计效率，方便现场施工，节省工程造价。包括洞门端墙(10)、隧道衬砌(30)和位于隧道外两侧的洞外挡墙(20)。所述洞门端墙(10)的正面与隧道衬砌(30)端面固结为一体；所述洞门端墙(10)的横向两侧具有向侧外和向前延伸的弧形段，弧形段与洞外挡墙(20)圆顺连接为一体，弧形段的形状接近墙背土压力的合理拱轴线。
【专利说明】边仰坡联合支护隧道洞门结构
【技术领域】
[0001]本发明涉及铁路隧道工程，特别涉及一种仰坡联合支护隧道洞门结构。
【背景技术】
[0002]所有隧道洞口均应设置洞门结构，主要包括支挡结构和排水结构，支挡结构用于支撑洞口段土体，排水结构将地表坡面水汇集，引入周边沟槽。洞门型式的选择应结合洞口的地形、地质条件、周边建筑等因素综合比选决定。目前常用的隧道洞门按是否设置洞门端墙，可分为端墙类洞门和无端墙类洞门两大类。端墙类洞门有端墙式、台阶式、柱式、翼墙式、耳墙式等暗洞洞门，还包括单压式、偏压式、双耳墙式等明洞门。无端墙类洞门主要有直切式、斜切式、倒斜切式等洞门。
[0003]目前设计及施工的端墙类洞门，通常在隧道洞口的正面和侧面设置类似于重力式挡土墙的支挡结构。正面部分称为洞门端墙，洞外两侧支挡结构称为洞外挡墙。洞门端墙一般下窄上宽，中部与衬砌相连，两侧下部与洞外挡墙相连，两侧高于挡墙部分嵌入周围土体0.5?1.5m,并自下而上呈台阶状加宽。洞门端墙依靠衬砌结构和周围土体提供约束，支挡仰坡土体。洞外挡墙一般平行于线路方向或呈外八字分布，与洞门端墙正交或斜交，并设1:0.1至1:0.25不等的胸坡,一般长5?1m,高6?10m。洞外挡墙主要用于支挡边坡土体。端墙类洞门的排水结构一般是，在端墙背后设置水沟，汇集坡面水后穿过端墙流入墙前，通过设置于洞外挡墙上的水沟，流入路基水沟。端墙类洞门结构支护能力强，安全性高。洞门端墙高于衬砌2m左右，可防止仰坡土石滚落，具有一定的危岩落石防护作用。但主要存在几点不足:(I)端墙为平面结构，与墙背土压力的合理拱轴线相差较大，端墙承受较大的拉应力和剪应力，不利于结构受力；(2)端墙嵌入周边土体一定深度，其尺寸随地形变化而变化，结构复杂，现场掏槽开挖，施工困难；(3)端墙与洞外挡墙连接处结构突变，连接不圆顺，应力集中，容易开裂。(4)端墙和挡墙分别按重力式挡墙独立设计计算，独立支挡边坡和仰坡，未考虑两者的耦合作用，不能发挥整体支挡作用。(5)由于端墙两侧嵌入土体，墙背积水无法排走，必须穿过端墙，并在挡墙上设置水沟，工艺复杂，且暴雨季节大量地表水流入路基水沟，可能超出路基水沟排水能力，危及行车安全。
[0004]无端墙类洞门不设置传统的端墙和挡墙结构，将洞口段衬砌结构浇筑成直切、斜切和到斜切形状，为防止地表水流入隧道，设置了帽檐，形成直切式、斜切式和倒切式洞门，该类具有“简洁大方、美观实用、保护环境”的优点，对于高速铁路隧道，还具有减缓空气动力学效应的作用，但该类洞门地形适应性较差，只适用于地形较为平缓、边仰坡较低的洞口，洞口段衬砌裸露，无覆土，难以抵抗危岩落石的冲击，因此不适用于危岩落石发育的洞口，难以在山岭隧道中大规模应用，且正切式和倒切式洞门施工复杂，需定制专用的模板，成本较高。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是提供一种边仰坡联合支护隧道洞门结构，该结构受力良好、地形适应性强，以提高设计效率，方便现场施工，节省工程造价。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下:
[0007]本发明的边仰坡联合支护隧道洞门结构，包括洞门端墙、隧道衬砌和位于隧道外两侧的洞外挡墙，其特征是:所述洞门端墙的正面与隧道衬砌端面固结为一体；所述洞门端墙的横向两侧具有向侧外和向前延伸的弧形段，弧形段与洞外挡墙圆顺连接为一体，弧形段的形状接近墙背土压力的合理拱轴线。
[0008]所述洞门端墙和洞外挡墙背后设置连通的排水沟。
[0009]本发明的有益效果是，洞门端墙具有其形状接近墙背土压力的合理拱轴线的弧形段，端墙的剪应力和拉应力较小，与传统平面型端墙相比，结构受力性能优越，可减小端墙厚度，降低工程造价；洞外挡墙与洞门端墙弧形段圆顺连接，光滑过渡，有效消除应力集中，改善了结构受力条件，可有效保证了洞口安全；洞门整体上与周围山体融合较好、线条圆顺，美观大方；端墙和洞外挡墙背后设置连通的排水沟，地表水直接汇集流入自然沟，施工简易；既适用于暗洞，也适用于明洞，地形适应性强，设计及施工简易可行；洞门端墙正面高出隧道衬砌一定高度，洞门端墙背后可回填土石，可有效防护危岩落石冲击，避免了正切式和倒切式洞门衬砌结构裸露、抗危岩落石冲击能力差的缺点，较好地结合了传统端墙类洞门和切削式洞门的有点，克服了两者的不足。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]本说明书包括如下两幅附图:
[0011]图1是本发明边仰坡联合支护隧道洞门结构的正面图；
[0012]图2是本发明边仰坡联合支护隧道洞门结构的俯视图；
[0013]图3是本发明边仰坡联合支护隧道洞门结构墙背水沟断面图。
[0014]图中所示构件、部位名称及所对应的标记:洞门端墙10、洞外挡墙20、隧道衬砌30、排水沟40。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图对本发明进行进一步说明。
[0016]参照图1和图2，本发明的边仰坡联合支护隧道洞门结构，包括洞门端墙10、隧道衬砌30和位于隧道外两侧的洞外挡墙20。所述洞门端墙10的正面与隧道衬砌30端面固结为一体。所述洞门端墙10的横向两侧具有向侧外和向前延伸的弧形段，弧形段与洞外挡墙20圆顺连接为一体，弧形段的形状接近墙背土压力的合理拱轴线。洞门端墙和洞外挡墙背后设置连通的排水沟40。洞门端墙和洞外挡墙可结合地形地质条件采用左右等高的对称结构，也可采用左右不等高的非对称结构。
[0017]与传统平面型端墙相比，结构受力性能优越，可减小端墙厚度，降低工程造价。洞门端墙10弧形段可实现洞门端墙10和洞外挡墙20的圆顺连接，最大限度消除了应力集中，改善了结构受力条件。墙背的边坡和仰坡土体开挖圆顺过渡，提高了土体的自稳性，降低了塌方风险。洞门端墙10与隧道衬砌30和洞外挡墙20牢固连接，三者相互约束，相互支撑，提高了洞门支挡结构的稳定性和安全性。洞门端墙10和洞外挡墙20的圆顺连接,改变了传统洞门边坡和仰坡独立支挡的设计理念，形成边仰坡联合支护结构，充分发挥洞门结构的整体支护作用。洞门端墙10和洞外挡墙20背后设置连通的排水沟40，地表水直接汇集流入自然沟，排水通畅，施工简易。
[0018]参照图1，所述洞门端墙10正面的高度大于隧道衬砌30的高度。洞门端墙10背后可回填土石，可有效防护危岩落石冲击，避免了正切式和倒切式洞门衬砌结构裸露、抗危岩落石冲击能力差的缺点，较好地结合了传统端墙类洞门和切削式洞门的有点，克服了两者的不足。
[0019]以上所述只是用图解说明本发明边仰坡联合支护隧道洞门结构的一些原理，并非是要将本发明局限在所示和所述的具体结构和实用范围、领域内，故凡是所有可能被利用的相应修改及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。
【权利要求】
1.边仰坡联合支护隧道洞门结构，包括洞门端墙(10)、隧道衬砌(30)和位于隧道外两侧的洞外挡墙(20)，其特征是:所述洞门端墙(10)的正面与隧道衬砌(30)端面固结为一体；所述洞门端墙(10)的横向两侧具有向侧外和向前延伸的弧形段，弧形段与洞外挡墙(20)圆顺连接为一体，弧形段的形状接近墙背土压力的合理拱轴线。
2.如权利要求1所述的边仰坡联合支护隧道洞门结构，其特征是:所述洞门端墙(10)正面的高度大于隧道衬砌(30)的高度。
3.如权利要求1所述的边仰坡联合支护隧道洞门结构，其特征是:所述洞门端墙(10)和洞外挡墙(20)背后设置连通的排水沟(40)。
【文档编号】E21F16/02GK104074527SQ201410340086
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年7月17日 优先权日:2014年7月17日
【发明者】陶伟明, 张磊, 林本涛, 高杨, 杨昌宇, 朱勇, 刘鹏, 王宏超, 巩江峰, 钟昌桂, 张慧玲, 郑伟 申请人:中铁二院工程集团有限责任公司