一种抑制隧道底鼓的可压缩式隧道底部结构及施工方法与流程

1.本发明涉及隧道与地下工程技术领域，特别涉及一种抑制隧道底鼓的可压缩式隧道底部结构及施工方法。


背景技术：

2.随着我国基础建设和西部大开发的进一步推进，隧道及地下工程突飞猛进，隧道的规模和长度都大大增加，因此隧道工程穿越软弱地层及地质恶劣的高应力区段（岩石饱和单轴抗压强度与岩体最大初始应力的比值小于7）的情况也越来越多。隧道底鼓是铁路隧道常见的病害之一，大多病害隧道处于高地应力下的缓倾层状岩层。隧道底鼓一旦形成便难以稳定，造成隧道衬砌开裂和破坏，严重影响隧道运营及行车安全。
3.为了有效控制隧道底鼓，国内外通常采用的控制手段包括底板锚杆、底板注浆、封闭式支架等支护加固法；切缝、打钻孔、松动爆破等卸压法以及各种联合支护法。但这些方法都有各自的局限和适用条件。如反底拱支护法，一般要使隧道形成全封闭才有效；锚杆加固法，对于已经变形的隧道，由于底板破碎、成孔困难，不能保证锚杆的施工质量而失败，因此，在隧道施工及修复过程中，必须根据围岩的地质条件等实际情况选择合理的支护方法及支护参数。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于现有技术中隧道仰拱经常会发生底鼓的情况，不仅会使仰拱破坏严重、开裂上浮，而且会对隧道的日后运营及行车安全造成重大影响的上述不足，提供一种抑制隧道底鼓的可压缩式隧道底部结构及施工方法。
5.为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：一种抑制隧道底鼓的可压缩式隧道底部结构，包含承载板，所述承载板位于隧道的边墙与仰拱之间，所述承载板与仰拱之间填充有多孔构件，所述仰拱设有吸能构件，所述吸能构件能够沿所述仰拱弧长方向伸缩变形，所述承载板上方铺设道床。
6.所述吸能构件的数量和位置根据设计要求设置，所述吸能构件可采用现有技术中的阻尼装置，以实现吸能效果。
7.采用本发明所述的一种抑制隧道底鼓的可压缩式隧道底部结构，由于设置了能沿所述仰拱弧长方向伸缩变形的所述吸能构件，从而使得所述仰拱具有一定竖向变形能力，能够吸收部分作用于所述仰拱的应力，配合所述仰拱内的多孔构件，由于所述多孔构件具有一定压缩性，在围岩挤压作用下能够释能降压，使地应力的能量得到进一步释放，并且在自身压缩变形的情况下，还能适当承担上部承载板传递的荷载，使承载板不至于挠度过大，保证轨道板及道床的稳定性，上述结构配合也使得过高的地应力在释放部分能量后才作用于轨道结构，有效避免仰拱承受过高的地应力而出现隧道底鼓的情况，有利于保证列车轨道板的位移在允许范围内，隧道采用本申请所述的底部结构具有更好的整体性、稳定性和安全性，基础承载力强，有利于避免不均匀沉降。
8.优选的，所述仰拱沿弧长方向分为三段，相邻两段端面之间连接所述吸能构件，所述仰拱两端的纵筋均伸入所述承载板中。
9.保证仰拱与承载板的变形不会相互干扰，二者能够独立变形，又能协同受力。
10.进一步优选的，所述吸能构件位于所述仰拱距所述承载板半宽的1/4
‑
1/5处。
11.更靠近于所述承载板一端设置，以利于使所述吸能构件能够充分变形，又不受端部连接约束的影响。
12.优选的，所述吸能构件包含凸出端和凹槽端，所述凹槽端的凹槽中填充有多孔材料，所述凸出端和凹槽端适配连接。
13.吸能构件在施工前由工厂进行批量生产，在隧道内进行现场拼装，有效保证加工质量和变形能力，便于现场快速安装。
14.优选的，所述多孔材料包含多孔铝、地聚物多孔材料或泡沫混凝土中的至少一种。所述多孔材料可选用与多孔构件相同的材料，成本低廉，便于安装。
15.优选的，所述端面设有连接钢板，所述凸出端和凹槽端分别螺栓连接对应的所述连接钢板。
16.优选的，所述多孔构件包含多孔铝、地聚物多孔材料或泡沫混凝土中的至少一种。
17.优选的，所述仰拱下方设有垫层。
18.优选的，所述承载板为钢筋混凝土结构。
19.一种如上述任一所述的抑制隧道底鼓的可压缩式隧道底部结构的施工方法，包括以下步骤：a、隧道断面开挖，施工仰拱的垫层；b、施工所述仰拱的钢筋并预留吸能构件的位置，在所述吸能构件的预设位置两侧分别安装连接钢板；c、安装所述吸能构件；d、浇筑所述仰拱，所述仰拱两侧端部预留与承载板的模板相连的接茬钢筋，并在所述仰拱内填充多孔构件；e、在所述仰拱端部凿毛清洗，立模浇筑所述承载板，使所述承载板与仰拱两侧端部形成整体，并在所述承载板上方施工二衬结构和铺设道床。
20.采用发明所述的一种抑制隧道底鼓的可压缩式隧道底部结构的施工方法，施工步骤简便，步骤科学，便于所述吸能构件的安装，能够有效保证所述吸能构件安装稳定，所述承载板与仰拱两侧端部能够有效连成整体，仰拱的两侧段及承载板形成的整体与仰拱的中部段通过能够伸缩的吸能构件相连，保证仰拱与承载板的变形不会相互干扰，二者能够独立变形，又能协同受力，使得所述仰拱与承载板具有较好的协调变形效果，结合多孔构件的变形，充分吸能降压，有效解决目前隧道工程中经常出现的仰拱底鼓现象。
21.优选的，在步骤b中，所述连接钢板焊接连接所述仰拱的钢筋。
22.综上所述，与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、采用本发明中所述的一种抑制隧道底鼓的可压缩式隧道底部结构，设置了能沿所述仰拱弧长方向伸缩变形的所述吸能构件，能够吸收部分作用于所述仰拱的应力，配合所述仰拱内的多孔构件，由于所述多孔构件具有一定压缩性，在围岩挤压作用下能够释能降压，并且在自身压缩变形的情况下，还能适当承担上部承载板传递的荷载，使承载板不至
于挠度过大，保证轨道板及道床的稳定性，上述结构配合也使得过高的地应力在释放部分能量后才作用于轨道结构，有效避免仰拱承受过高的地应力而出现隧道底鼓的情况，有利于保证列车轨道板的位移在允许范围内，隧道采用本申请所述的底部结构具有更好的整体性、稳定性和安全性，基础承载力强，有利于避免不均匀沉降。
23.2、采用本发明中所述的一种抑制隧道底鼓的可压缩式隧道底部结构的施工方法，施工步骤简便，步骤科学，便于所述吸能构件的安装，能够有效保证所述吸能构件安装稳定及仰拱与承载板的协调变形效果，较好地解决目前隧道工程中经常出现的仰拱底鼓现象。
24.附图说明：图1为本发明中所述的一种抑制隧道底鼓的可压缩式隧道底部结构的断面示意图；图2为本发明中所述的一种抑制隧道底鼓的可压缩式隧道底部结构的立体结构图；图3为实施例1中的吸能构件的结构示意图；图4为实施例1中的凹槽端与仰拱的连接示意图；图5为实施例1中的凸出端与仰拱的连接示意图。
25.图中标记：1
‑
承载板，2
‑
隧道，3
‑
仰拱，4
‑
多孔构件，5
‑
吸能构件，51
‑
凸出端，52
‑
凹槽端，53
‑
多孔材料，54
‑
连接钢板，6
‑
道床，7
‑
垫层。
具体实施方式
26.下面结合附图及具体实施例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。
27.实施例1如图1
‑
2所示，本发明所述的一种抑制隧道底鼓的可压缩式隧道底部结构，包含承载板1，所述承载板1位于隧道2的边墙与仰拱3之间，所述承载板1与仰拱3之间填充有多孔构件4，所述仰拱3设有吸能构件5，所述吸能构件5能够沿所述仰拱3弧长方向伸缩变形，所述承载板1上方铺设道床6。
28.具体的，所述承载板1为钢筋混凝土结构，所述承载板1上方铺设道床6，所述道床6可以为有砟道床或无砟道床，用于承受上部的列车荷载，所述承载板1下方设有所述仰拱3，所述仰拱3下方设有垫层7。所述承载板1与仰拱3之间填充有多孔构件4，如，所述多孔构件4包含多孔铝、地聚物多孔材料或泡沫混凝土中的至少一种，由于所述多孔构件4具有一定压缩性，在围岩挤压作用下能够释能降压，并且在自身压缩变形的情况下，还能适当承担上部承载板传递的荷载，使承载板不至于挠度过大，保证轨道板及道床的稳定性。所述仰拱3设有吸能构件5，所述吸能构件5沿所述仰拱3弧长方向伸缩变形，从而使仰拱3具有一定竖向变形能力，所述吸能构件5的数量、位置（沿仰拱横向）和布置范围（沿仰拱纵向）根据设计要求设置，所述吸能构件5可采用现有技术中的阻尼装置，以实现吸能效果。
29.如所述吸能构件5包含凸出端51和凹槽端52，所述凸出端51和凹槽端52均为钢结构，所述凹槽端52的凹槽中填充有多孔材料53，所述凸出端51和凹槽端52适配连接，如图3所示。所述多孔材料53可选用与多孔构件4相同的材料构件，如所述多孔材料53包含多孔
铝、地聚物多孔材料或泡沫混凝土中的至少一种，当然也可采用不同的材料构件。如本实施例，所述仰拱3沿弧长方向分为三段，相邻两段之间设有所述吸能构件5，所述仰拱3两端的纵筋均伸入所述承载板1中，使所述仰拱3位于两侧的两段与所述承载板1形成整体，以利于与所述承载板1协调变形、共同受力，如所述吸能构件5优选设置于所述仰拱3距所述承载板1半宽的1/4
‑
1/5处，相邻两段端面设有连接钢板54，所述凸出端51和凹槽端52分别螺栓连接对应的所述连接钢板54，所述凹槽端52位于较低一侧，并且设于上述区域利于所述多孔材料53的填充，如图4
‑
5所示，。
30.采用如上述的抑制隧道底鼓的可压缩式隧道底部结构，其施工方法包含如下步骤：a、隧道2断面开挖，施工仰拱3的垫层7；b、施工所述仰拱3的钢筋并预留吸能构件5的位置，在所述吸能构件5的预设位置两侧分别安装连接钢板54；c、安装所述吸能构件5；d、浇筑所述仰拱3，所述仰拱3两侧端部预留与承载板1的模板相连的接茬钢筋，并在所述仰拱3内填充多孔构件4；e、在所述仰拱3端部凿毛清洗，立模浇筑所述承载板1，使所述承载板1与仰拱3两侧端部形成整体，并在所述承载板1上方施工二衬结构和铺设道床6。
31.首先，在施工所述仰拱3前，先开挖隧道2的断面，接着施工所述垫层7，所述垫层7可采用喷射混凝土或水泥砂浆，为所述仰拱3的施工提供工作面，同时可以避免所述仰拱3的施工受到地下水的影响。
32.做好所述垫层7后开始施工所述仰拱3，绑扎所述仰拱3的钢筋时预留所述吸能构件5的位置，在对应安装位置两侧分别安装连接钢板54，将所述连接钢板54焊接连接钢筋，然后分别螺栓连接所述凸出端51和凹槽端52，所述凸出端51和凹槽端52相连接前需先填充所述多孔材料53。
33.然后进行所述仰拱3的混凝土浇筑，所述仰拱3的浇筑纵向分段进行，且所述仰拱3浇筑时中部段与两侧端部段宜同时进行，以保证所述仰拱3各段的徐变量一致，从而减少在与吸能构件5相连时相邻两段仰拱3的错动量，所述仰拱3的端部预留与承载板1模板相连的接茬钢筋，并在完成的所述仰拱3拱内填充多孔构件4。
34.之后，在所述仰拱3上方架设钢筋、安装模板，浇筑所述承载板1。
35.待所述承载板1达到预设强度后，进行隧道2的上部初期支护和二次衬砌的施工，之后铺设所述道床6，所述道床6施工时要在隧道中间预留排水沟、两侧预留排水沟和电缆沟。
36.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。