适用于隧道衬砌的可拉伸和压缩的弹簧组构件的制作方法

本实用新型涉及一种适用于隧道衬砌的可拉伸和压缩的弹簧组构件，用于安装在隧道二衬的两段拼接的空隙中，以解决高寒地区隧道富水洞段，围岩地下水渗流过程中，反复冻融胀缩变形对隧道衬砌结构造成的挤压或拉伸破裂引起的灾害问题，能够抵抗围岩渗水冻融产生的挤压应力或收缩张应力，避免隧道富水洞段衬砌结构冻融挤压或张拉破裂灾害。

背景技术：

我国西部特别是西南地区交通基础和水电资源开发建设已进入鼎盛时期，与此相关的交通设施提升改造建设和发展建设规模不断增大，高海拔地区建成、即将建成和规划建设的深埋长大隧洞越来越多，如建成的西藏贡嘎机场高速公路嘎拉山隧道、波密至墨脱嘎隆拉隧道和川西北的雀儿山隧道等，在建的拉萨至林芝高速公路米拉山隧道和川藏铁路拉林段嘎拉山隧道等，以及规划建设的川藏铁路雅安至林芝段的众多高海拔隧道和青藏高原及周边规划建设的其它铁路及高速公路高海拔隧道，隧道高程多在3000m至4500m之间。

由于海拔高，季节性温差和昼夜温差较大，冬季气温几乎都和春秋夜间气温处于摄氏零度以下，夏季夜间气温也常处于摄氏零度以下，加上大气湿度较大和地下水较为丰富，隧道衬砌结构外侧围岩常有地下水渗流活动，二衬与防水板，防水板与围岩之间的界面常有水汽活动，导致围岩渗水和各结构界面之间水汽出现反复冻融现象，如贡嘎机场高速公路嘎拉山隧道左洞左侧隧道二衬结构发现冻胀破裂或酥松迹象，类似的现象屡有发生。目前对于高海拔隧道衬砌和围岩冻融破裂等灾害问题，常采用排水、保温隔热或加热等工程措施进行防范。

对于高海拔地区隧道衬砌结构冻融灾害问题，所采取的排水、保温隔热或加热防冻措施，虽然在一定程度上能够解决简单的冻融问题，但仍面临以下问题：(1)采用排水措施能够解决集中涌水、集中渗水问题，但对于分散式渗水和地下及大气水汽冻结对隧道结构的加载破坏作用难以彻底解决；(2)采取保温防冻措施在气温及地温在摄氏零度附近能够部分解决隧道衬砌结构冻融灾害问题，但对于极低气温和较低地温条件下的隧道衬砌结构冻结灾害问题确难以解决；(3)采用加热防冻措施，由于高海拔地区居民稀少，大功率供电设施架设因路途遥远而代价较大，采用太阳能加热又因阴雨天和夜间难以保障，此时气温及地温又较低而难以实现。因此急需改变思路，采取特殊措施解决高海拔寒冷地区隧道衬砌结构冻融灾害问题。

技术实现要素：

针对目前海拔高隧道衬砌结构冻融灾害存在的上述问题，本实用新型的目的是提供一种适用于隧道衬砌的可拉伸和压缩的弹簧组构件，能适应渗水围岩和隧道衬砌结构界面水汽冻融涨缩，对隧道衬砌结构产生的反复加载和强制性变形，解决高海拔寒冷地区隧道衬砌结构冻融灾害问题。

为此，本实用新型所采用的技术方案为：一种适用于隧道衬砌的可拉伸和压缩的弹簧组构件，用于安装在隧道二衬的两段拼接的空隙中，弹簧组构件包括端头钢垫板、埋设钢筋、弹簧和钢丝绳，每个端头钢垫板配备有一个埋设钢筋，两个端头钢垫板分别通过各自对应的预埋在隧道二衬内的埋设钢筋焊接固定，且两个端头钢垫板与隧道二衬空隙的两个端面一一对应齐平，在两个端头钢垫板之间勾挂安装有若干弹簧，两个端头钢垫板的四周通过若干钢丝绳拉紧。

作为上述方案的优选，所述埋设钢筋呈“U”形，且“U”的开口端朝向端头钢垫板，“U”的两端部设置有折弯部用于与端头钢垫板焊接，以增大焊接面积；每个端头钢垫板配备有多个沿隧道长度方向布设的埋设钢筋，所有埋设钢筋的宽度相等，分一高一低交错等距间隔设置。埋设钢筋采用“U”形结构，并增设折弯部，以及埋设钢筋一高一低的布置形式，增加了安装的稳固性，进一步确保了弹簧组构件能够抵抗围岩渗水冻融产生的挤压应力或收缩张应力。

进一步，所述弹簧采用圆柱螺旋弹簧，高度为h，且100mm≤h≤400mm。

本实用新型的有益效果：将每板隧道二衬分成两段，并在两段之间腾空隙安设弹簧组构件，来抵抗围岩渗水冻融产生的挤压应力或收缩张应力对隧道衬砌结构的影响，有效避免了高寒地区隧道富水洞段衬砌结构冻融挤压或张拉破裂灾害。

附图说明

图1为采用了本实用新型的隧道纵断面示意图。

图2为图1的A-A剖视图。

图3为图1的B-B剖视图。

图4为图1的C-C剖视图。

图5为图1的D-D剖视图。

图6为本实用新型的结构示意图。

图7为图6的右视图。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图，对本实用新型作进一步说明：

结合图6、图7所示，一种适用于隧道衬砌的可拉伸和压缩的弹簧组构件，主要由两个端头钢垫板1a、若干埋设钢筋1b、若干弹簧1c和若干钢丝绳1d组成。每个端头钢垫板1a配备有一个埋设钢筋1b，两个端头钢垫板1a分别通过各自对应的预埋在隧道二衬2内的埋设钢筋1b焊接固定，且两个端头钢垫板1a与隧道二衬2空隙的两个端面一一对应齐平。在两个端头钢垫板1a之间勾挂安装有若干弹簧1c，两个端头钢垫板1a的四周通过若干钢丝绳1d拉紧。

最好是，埋设钢筋1b呈“U”形，且“U”的开口端朝向端头钢垫板1a，“U”的两端部设置有折弯部用于与端头钢垫板1a焊接，以增大焊接面积。每个端头钢垫板1a配备有多个沿隧道长度方向布设的埋设钢筋1b，所有埋设钢筋1b的宽度相等，分一高一低交错等距间隔设置。当然，埋设钢筋1b也可以采用“L”形等不限，只要能固定端头钢垫板1a即可。

另外，弹簧组构件1的高度为h，最好是100mm≤h≤400mm，弹簧1c采用圆柱螺旋弹簧。弹簧组构件1进行防腐蚀处理，并在使用过程中建立维护保养管理机制，以提高使用寿命。

结合图1—图5所示，弹簧组构件1用于安装在隧道二衬2的两段拼接的空隙中，每个隧道二衬2的断开空隙内设置有两个相对的端头钢垫板1a，所有弹簧1c沿隧道的长度依次布置。

在隧道内设置有初支6、防水板4、二衬2、仰拱3。防水板4铺设在初衬6与二衬2之间，隧道二衬2沿隧道长度方向分成一板一板，在相邻两板之间留有模筑施工缝5。

每板隧道二衬2采用两段式结构，并在两段之间留有空隙用于安装弹簧组构件1。相邻两板隧道二衬2的空隙位置各不相同，在每板隧道二衬2的两段空隙之间安装有可拉伸和压缩变形的弹簧组构件1，弹簧组构件1与隧道二衬2的板长相等，并沿隧道长度方向在每板隧道二衬2的顶部、左侧壁、右侧壁依次交替布置。

弹簧组构件的安装方式有两种：一是隧道二衬结构浇筑时，将弹簧组构件按照设计位置，安装到二衬混凝土浇筑台车钢模内，类似于扎制“钢筋笼”，然后浇筑混凝土；二是将两个端头钢垫板连同对应的埋设钢筋、钢丝绳按照设计位置，安装到二衬混凝土浇筑台车钢模内，类似于扎制“钢筋笼”，然后浇筑混凝土，待二衬混凝土凝固后，再沿隧道移出二衬混凝土浇筑台车钢模的过程中将单个弹簧的两端逐个勾挂在端头钢垫板上。