一种具有隧底预留变形量的隧道衬砌结构的制作方法

本实用新型专利涉及新型隧道衬砌结构，特别涉及一种适用于不明原因隧底上鼓的隧道衬砌结构。

背景技术：

隧道衬砌在围岩压力作用下会产生变形，典型变形特征表现为拱顶下沉、隧底上鼓。一般情况下，隧道设计时根据工程经验，在拱墙部位会设计预留变形量，确保在施工期间隧道变形不至于侵入建筑限界。常规设计的隧道结构仰拱上设有充填砼，隧道仰没有预留变形量，一旦隧道在运营期间发生沉降或上鼓变形，则该变形量会直接反应到隧道内仰拱填充面，对于铁路隧道会导致轨道变形，危及行车安全；对于公路隧道会导致路面纵向平顺，严重者会导致交通事故。

根据国内外隧道病害现场调查结果，许多铁路隧道在运营期甚至是施工期底部结构即开始出现不同程度的开裂、破损、底鼓等病害现象，导致底板上部轨道不平顺，从而严重影响列车运行安全和运营效率，因此，隧道底部结构病害越来越受到工程界人士的关注与重视。表1是对部分国内外隧道底部结构病害的调研情况，该表分析统计了病害发生的位置、病害段地质情况及病害发生情况等。

表1国内外隧道底部结构病害统计表

通过表1的统计分析结果可知，地下水发育或不发育，均有可能发生隧底上鼓病害，且隧底上鼓病害多发生在泥岩、砂岩、页岩及其互层等岩性地段，层厚多为薄层-中厚层，产状多为缓倾。

由此可见，在泥岩、砂岩、页岩及其互层围岩中修建隧道，隧底上鼓现象较为突出。目前针对隧底上鼓病害通常采用被动修复措施，即对上鼓段隧底结构拆除重做，该措施不仅会对工程的工期及造价产生不利影响，同时也无法从根本上解决隧底上鼓问题。工程经验表明，即使对已破坏的隧底结构拆除换新后，仍有发生隧底持续上鼓的现象。因此，为了根治隧底持续上鼓病害，应从改良隧道结构和围岩变形控制技术入手。

实用新型专利内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种具有隧底预留变形量的隧道衬砌结构，以使隧道衬砌结构具备一定的抵抗隧底上鼓变形的能力，从而延长衬砌结构的使用寿命。

本实用新型专利解决其技术问题所采用的技术方案如下：

本实用新型的一种具有隧底预留变形量的隧道衬砌结构，隧道衬砌结构包括由拱顶段、仰拱段和两侧拱墙段构成的全环状二次衬砌，仰拱段之上设置仰拱填充层，其特征是：所述仰拱填充层的上表面呈下凹的弧面，仰拱填充层上于两侧拱墙段的拱脚部位之间固定设置沿隧道纵向延伸的钢筋混凝土底板，该钢筋混凝土底板的底面与仰拱填充层的上表面之间形成预留变形槽。

所述两侧拱墙段的拱脚部位沿隧道纵向间隔设置锚固于隧道围岩石内的锁角锚杆或锚索，两侧锁角锚杆或锚索的外端分别与钢筋混凝土底板的一侧横端锚固连接。

本实用新型的有益效果是，通过在仰拱填充内设置预留变形槽，从而为隧底上鼓提供一定的变形空间，保证隧底上鼓不会导致路面的上鼓，避免了隧道因仰拱上抬而影响行车安全；钢筋混凝土底板可保证路面在行车荷载作用下不发生凹陷和破坏；高强度的混凝土仰拱填充增加了仰拱部位的结构厚度，增强了仰拱的抗变形能力。本实用新型可保证衬砌结构具备一定的抵抗隧底上鼓变形的能力，可延长衬砌结构的使用寿命。

附图说明

本说明书包括如下两幅附图：

图1是本实用新型一种具有隧底预留变形量的隧道衬砌结构示意图；

图2是本实用新型一种具有隧底预留变形量的隧道衬砌结构的变形示意图；

图中示出构件、部位名称及所对应的标记：二次衬砌10，拱墙段11、拱顶段12、仰拱段13、仰拱填充层14、钢筋混凝土底板20、锁角锚杆或锚索21、预留变形槽30、变形前仰拱段内轮廓A₁，变形后仰拱段内轮廓A₂、变形前仰拱段外轮廓B₁、变形后仰拱段外轮廓B₂，变形前预留变形槽底部轮廓C₁、变形后预留变形槽底部轮廓C₂。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型专利进一步说明。

参照图1，本实用新型一种具有隧底预留变形量的隧道衬砌结构，隧道衬砌结构包括由拱顶段12、仰拱段13和两侧拱墙段11构成的全环状二次衬砌10，仰拱段13之上设置仰拱填充层14。所述仰拱填充层14的上表面为下凹的弧面，仰拱填充层14上于两侧拱墙段11的拱脚部位之间固定设置沿隧道纵向延伸的钢筋混凝土底板20，该钢筋混凝土底板20的底面与仰拱填充层14的上表面之间形成预留变形槽30。即预留变形槽30为在仰拱填充层14内预留的具有一定宽度和高度的空槽，可为隧底结构的上鼓提供一定的变形空间，同时可作为中央排水通道。

参照图1和图2，通过在仰拱填充层14内设置预留变形槽30，为隧底上鼓提供一定的变形空间，保证隧底上鼓不会导致路面的上鼓，避免了隧道因仰拱上抬而影响行车安全。钢筋混凝土底板20可保证路面在行车荷载作用下不发生凹陷和破坏。

参照图1，所述两侧拱墙段11的拱脚部位沿隧道纵向间隔设置锚固于隧道围岩石内的锁角锚杆或锚索21，两侧锁角锚杆或锚索21的外端分别与钢筋混凝土底板20的一侧横端锚固连接，通过锁角锚杆或锚索21防止钢筋混凝土底板20两端发生位移。所述仰拱填充层14由高强混凝土填筑，增加了仰拱厚度，增强了隧底结构的抗变形能力。

参照图2，所述二次衬砌10在外荷载作用下仰拱段13发生上鼓变形，变形前仰拱段内轮廓A₁和变形前仰拱段外轮廓B₁在荷载作用下发生位移至变形后仰拱段内轮廓A₂和变形后仰拱段外轮廓B₂所在位置，变形前预留变形槽底部轮廓C₁上鼓至变形后预留变形槽底部轮廓C₂，预留变形槽30空间减小。钢筋混凝土板20在变形前后不产生位移，隧底上鼓导致的结构变形均在预留变形槽30空间内进行，因此可保证隧底上鼓不会导致钢筋混凝土底板20上鼓，避免了隧道因仰拱上抬而影响行车安全

以上所述只是用图解说明本实用新型专利一种具有隧底预留变形量的隧道衬砌结构的一些原理，并非是要将本实用新型专利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，均属于本实用新型专利所申请的专利范围。