本发明涉及铁路工程建设技术领域，特别涉及一种用于无砟轨道隧底变形的空腔型预防装置及施工方法。
背景技术：
高速铁路对线路平顺性要求极高，如轨道平顺性不良，将引起机车车辆剧烈振动，轮轨动作用力成倍增大，严重危害轨道和机车车辆部件，影响列车速度的提高，甚至容易引起列车脱轨倾覆，危及行车安全。目前，我国高速铁路都采用无砟轨道型式，无砟轨道铺设在隧道时，隧道的开挖破坏了隧底围岩原有的应力平衡状态，隧底围岩需要经过一轮新的应力调整期后，才能重新进入应力平衡状态。在隧底围岩进行应力调整的过程中，围岩应力调整会引起膨胀岩膨胀，从而围岩体积产生部分增量，引起无砟轨道隧底产生向上变形(上拱)，严重影响了高速铁路轨道的平顺性。
现有的轨道线路的平顺性主要通过扣件进行调整，但扣件的最大调整量有限。当轨道隧底的上拱变形量大于扣件最大调整量时，线路的平顺性无法得以保障，将影响铁路运输秩序，甚至危及行车安全。采用什么技术措施来避免或消除隧底上拱，实现隧底变形控制是亟需解决的一个重大技术难题。
技术实现要素：
本发明的目的在于克服现有技术中所存在的通过扣件进行调整时，当轨道隧底的上拱变形量大于扣件最大调整量时，线路的平顺性无法得以保障的不足，提供一种用于无砟轨道隧底变形的空腔型预防装置及施工方法。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种用于无砟轨道隧底变形的空腔型预防装置，包括在仰拱填充层内设有的空腔室，且所述空腔室的内部还设有若干根立柱。
本装置通过在仰拱填充层内设置空腔室，空腔室的设置可以给隧底围岩提供足够大的变形空间，从而，因围岩应力调整引起的围岩体积增量，可利用空腔结构来抵消，避免了围岩体积增量直接影响到仰拱填充层顶板，而出现隧底上拱、不平顺的情形，从而可以达到消除隧底上拱、控制隧底变形的目的。本装置设有的空腔室还同时起到了应力释放，减小运营期间隧道基底荷载对隧道仰拱破坏的作用。本装置的空腔室的内部还设有若干根立柱，并利用立柱对空腔室结构进行支撑，保证空腔室具有足够大的结构强度，能满足围岩体积的变化需求。
总之，本装置有效的控制了复杂地质隧道基底上拱的施工及运营风险，作为隧道施工过程中的一种预防性装置，大大节约了后期隧道仰拱上拱的整治维护费用，为防止复杂地质隧道基底上拱设计提供了科学依据，保证了隧道施工及运营的安全性，使隧道设计更加合理、安全、可靠。
优选的，所述空腔室相对于隧道纵轴线对称设置。
优选的，所述空腔室的横向宽度至少为所述仰拱填充层的一半，从而可为整个隧道横向范围提供足够大的变形空间。
优选的，所述立柱为混凝土结构。
优选的，所述立柱与空腔室为一体浇筑成型结构，不仅施工方便，且结构更加稳固。
优选的，沿着隧道纵向方向设有若干个所述空腔室，从而可为整个隧道的纵向范围均提供足够大的变形空间，防止隧底上拱。
优选的，所有所述空腔室沿隧道纵向方向均匀设置。
本发明还公开了一种用于无砟轨道隧底变形的空腔型预防装置的施工方法，包括任一所述的一种用于无砟轨道隧底变形的空腔型预防装置，其施工方法为：
步骤一：绑扎仰拱填充层的钢筋笼；
步骤二：沿隧道纵向方向在所述仰拱填充层内设置若干个内模板，使所有所述内模板形成所需要的若干个封闭区域的空腔室；
步骤三：浇筑所述仰拱填充层，形成具有空腔室的仰拱填充层。
通过该施工方法，空腔室和仰拱填充层为一体浇筑成型结构，不仅施工更加方便，节约工期，且结构强度更高，可以完全满足围岩体积的变化需求，从而消除隧底上拱、控制隧道变形。
优选的，所述步骤二中封闭区域内部还绑扎有柱状形状的钢筋笼，并在柱状形状钢筋笼外部设置柱状形状的模板，以形成所述立柱，所述立柱、空腔室和仰拱填充层一体浇筑成型，施工方便，节约工期。
优选的，所述内模板为包含有水泥、砂、石、耐碱玻璃纤维网布材质的复合模板。
与现有技术相比，本发明所述的预防装置的有益效果：
本装置通过在仰拱填充层内设置空腔室，空腔室的设置可以给隧底围岩提供足够大的变形空间，从而，因围岩应力调整引起的围岩体积增量，可利用空腔结构来抵消，避免了围岩体积增量直接影响到仰拱填充层顶板，而出现隧底上拱、不平顺的情形，从而可以达到消除隧底上拱、控制隧底变形的目的。本装置设有的空腔室还同时起到了应力释放，减小运营期间隧道基底荷载对隧道仰拱破坏的作用。本装置的空腔室的内部还设有若干根立柱，并利用立柱对空腔室结构进行支撑，保证空腔室具有足够大的结构强度，能满足围岩体积的变化需求。
总之，本装置有效的控制了复杂地质隧道基底上拱的施工及运营风险，作为隧道施工过程中的一种预防性装置，大大节约了后期隧道仰拱上拱的整治维护费用，为防止复杂地质隧道基底上拱设计提供了科学依据，保证了隧道施工及运营的安全性，使隧道设计更加合理、安全、可靠。
与现有技术相比，本发明所述的施工方法的有益效果：
通过该施工方法，空腔室和仰拱填充层为一体浇筑成型结构，不仅施工更加方便，节约工期，且结构强度更高，可以完全满足围岩体积的变化需求，从而消除隧底上拱、控制隧道变形。
附图说明：
图1是本发明所述的用于无砟轨道隧底变形的空腔型预防装置的结构示意图。
图中标记：1-隧底围岩，2-初期支护，3-二次衬砌，4-仰拱填充层，5-道床板，6-轨枕，7-无砟轨道，8-空腔室，9-立柱。
具体实施方式
下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
如图1所示，无砟轨道隧底部分主要包括隧底围岩1，在所述隧底围岩1上方依次设有初期支护2、二次衬砌3、仰拱填充层4，再在所述仰拱填充层4上铺设道床板5，在所述道床板5上设有轨枕6，在所述轨枕6上安装有无砟轨道7。
一种用于无砟轨道隧底变形的空腔型预防装置，包括在仰拱填充层4内设有的空腔室8，且所述空腔室8的内部还设有若干根立柱9，所述立柱9为混凝土结构，所述立柱9与空腔室8为一体浇筑成型结构
沿着隧道纵向方向均匀设有若干个所述空腔室8，每个所述空腔室8相对于隧道纵轴线对称设置，所述空腔室8的横向宽度至少为所述仰拱填充层4的一半。
本装置通过在仰拱填充层内设置空腔室，空腔室的设置可以给隧底围岩提供足够大的变形空间，从而，因围岩应力调整引起的围岩体积增量，可利用空腔结构来抵消，避免了围岩体积增量直接影响到仰拱填充层顶板，而出现隧底上拱、不平顺的情形，从而可以达到消除隧底上拱、控制隧底变形的目的。本装置设有的空腔室还同时起到了应力释放，减小运营期间隧道基底荷载对隧道仰拱破坏的作用。本装置的空腔室的内部还设有若干根立柱，并利用立柱对空腔室结构进行支撑，保证空腔室具有足够大的结构强度，能满足围岩体积的变化需求。
实施例2
如图1所示，一种用于无砟轨道隧底变形的空腔型预防装置的施工方法，包括任一所述的一种用于无砟轨道隧底变形的空腔型预防装置，其施工方法为：
步骤一：绑扎仰拱填充层4的钢筋笼；
步骤二：沿隧道纵向方向在所述仰拱填充层4内设置若干个内模板，使所有所述内模板形成所需要的若干个封闭区域的空腔室8；
步骤三：浇筑所述仰拱填充层4，形成具有空腔室8的仰拱填充层4。
其中，所述步骤二中封闭区域内部还绑扎有柱状形状的钢筋笼，并在柱状形状钢筋笼外部设置柱状形状的模板，以形成所述立柱9，所述立柱9、空腔室8和仰拱填充层4一体浇筑成型，所述内模板为包含有水泥、砂、石、耐碱玻璃纤维网布材质的复合模板。
通过该施工方法，空腔室、立柱和仰拱填充层为一体浇筑成型结构，不仅施工更加方便，节约工期，且结构强度更高，可以完全满足围岩体积的变化需求，从而消除隧底上拱、控制隧道变形。
以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但本发明不局限于上述具体实施方式，因此任何对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。