框支拱形隧道衬砌构造
【专利摘要】框支拱形隧道衬砌构造，以有效避免雨洪季节地下水剧增但排泄能力不足造成边墙结构开裂破坏，减小甚至消除地下水对隧道衬砌底部结构的作用，进而消除雨洪季节地下水对衬砌结构的破坏风险。包括拱墙初期支护结构、二次衬砌结构和位于两者之间的防排水系统，二次衬砌结构包括拱顶段、边墙段和仰拱段。所述边墙段为边墙框支结构，作为拱顶段的承载结构。所述仰拱段为具有内部空腔的隧底框架结构，隧底框架结构的顶面铺设底板；所述防排水系统的环向端口引向隧底框架结构的内部空腔。
【专利说明】
框支拱形隧道衬砌构造
技术领域
[0001]本发明涉及隧道衬砌构造，特别涉及一种地下水发育的硬质岩隧道或岩溶地区隧道衬砌构造。【背景技术】
[0002]进入二^^一世纪来，随着我国铁路建设高速发展，时速200km以上高标准双线铁路修建越来越多，特别在西部山区，线路展线受曲线半径大、地形地质条件复杂等多种因素的制约，隧道长度、规模迅速增加。特别在岩溶地区，由于岩溶及地下水发育具有复杂性、多样性及无规律性等特点，长大隧道修建风险特别是运营风险越来越高。
[0003]近年来，宜万、沪昆、贵广等高速铁路隧道运营期间发生了若干起无砟道床变形、 仰拱及填充隆起、衬砌边墙(一般为边墙基底至向上两米范围以内)开裂等水害事件，引起了铁路设计、施工、建设和运营各方的高度重视。[〇〇〇4]传统双线隧道衬砌一般采用曲墙带仰拱的衬砌结构形式，仰拱上采用混凝土填充作为道床基础，施工中仰拱与仰拱填充分开浇筑。隧道内设置中心水沟+双侧水沟，中心水沟置于仰拱之上的填充体内。地下水排放路径为:围岩—初期支护—排水盲管—侧沟—横向排水管—中心水沟，即隧道结构周边的水通过初期支护渗透经由排水盲管引排进入隧道结构本体之内的中心水沟，最终排出洞外。传统排水系统最大的缺陷在于:中心水沟设于隧道结构之内，主要引排主要引排拱墙范围的周边地下水，隧道仰拱以下的积水无法有效引排。尤其在地基水力联系紧密的区域，在连续降雨或暴雨天气下，因地下水量骤增，传统的排水体系往往无法及时引排至隧道结构体内的排水沟内，从而引起地下水位急剧升高。在高水压作用下，导致隧底仰拱或仰拱填充隆起，从而破坏道床结构。
[0005]因此，优化衬砌结构及排水系统，保证排水通畅，减小甚至消除边墙衬砌背后及隧底水压，成为降低岩溶地区隧道水害风险，保证运营安全的迫切需要。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是提供一种框支拱形隧道衬砌构造，以有效避免雨洪季节地下水剧增但排泄能力不足造成边墙结构开裂破坏，减小甚至消除地下水对隧道衬砌底部结构的作用，进而消除雨洪季节地下水对衬砌结构的破坏风险。
[0007]本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下:
[0008]本发明框支拱形隧道衬砌构造，包括拱墙初期支护结构、二次衬砌结构和位于两者之间的防排水系统，二次衬砌结构包括拱顶段、边墙段和仰拱段，其特征是:所述边墙段为边墙框支结构，作为拱顶段的承载结构;所述仰拱段为具有内部空腔的隧底框架结构，隧底框架结构的顶面铺设底板;所述防排水系统的环向端口引向隧底框架结构的内部空腔。
[0009]本发明的有益效果是，采用框支拱形衬砌构造取代传统衬砌结构形式，作为拱部二次衬砌的承载结构，替代传统衬砌中边墙二次衬砌模筑混凝土，既能节省混凝土，又有利于边墙背后地下水排泄;隧道底板下设置框架结构体系，能保证隧底排水通畅，地下水不与隧道底板直接发生作用，避免了传统衬砌由于边墙底泄水孔排水不畅或排水能力不足致适仰拱水压突增而造成隧底结构破坏;实现衬砌结构体外排水，拱墙范围地下水直接引入隧道底板下的空间内，有效避免传统衬砌由于雨洪季节地下水过大侧沟排水能力不够而涌入道床内，保证地下水的顺畅排除而避免造成隧底结构开裂隆起。【附图说明】
[0010]本说明书包括如下五幅附图:
[0011]图1是本发明框支拱形隧道衬砌构造的断面结构示意图；
[0012]图2是图1是A局部的放大图；
[0013]图3是沿图1中1-1线的剖面图；[〇〇14]图4是沿图1中n-n线的剖面图；[〇〇15]图5是沿图1中m-m线的剖面图；
[0016]图中示出构件、部位名称及所对应标记:拱墙初期支护结构10、拱墙喷射混凝土层 l〇a、拱墙钢架10b、拱墙系统锚杆10c、封闭层11;防排水系统20、无纺土工布20a、环向排水盲管20b、防水板20c、泄水孔21;拱顶段30、填充墙31、底板32;边墙框支结构、框支基础梁 41、框支支柱42、框支顶梁42;隧底框架结构、基础梁51、横梁52、短柱53;【具体实施方式】[〇〇17]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0018]参照图1，本发明的框支拱形隧道衬砌构造，包括拱墙初期支护结构10、二次衬砌结构和位于两者之间的防排水系统，二次衬砌结构包括拱顶段30、边墙段和仰拱段。所述边墙段为边墙框支结构，作为拱顶段30的承载结构，替代传统衬砌中边墙二次衬砌模筑混凝土，既能节省混凝土，又有利于边墙背后地下水排泄。所述仰拱段为具有内部空腔的隧底框架结构，隧底框架结构的顶面铺设底板32,底板32下框架内部空腔作为隧道的纵向排水通道，能保证隧底排水通畅，地下水不与隧道底板直接发生作用，避免了传统衬砌由于边墙底泄水孔排水不畅或排水能力不足致适仰拱水压突增而造成隧底结构破坏。所述防排水系统的环向端口引向隧底框架结构的内的纵向排水通道，底板32可沿隧道中线纵向于底板32上部间隔开孔，作为纵向排水通道检查井口。
[0019]所述防排水系统的环向端口引向隧底框架结构的内部空腔，实现衬砌结构体外排水，拱墙范围地下水直接引入隧道底板下的空间内，有效避免传统衬砌由于雨洪季节地下水过大侧沟排水能力不够而涌入道床内，保证地下水的顺畅排除而避免造成隧底结构开裂隆起。、
[0020]参照图2,所述拱墙初期支护结构10包括覆盖拱墙围岩的拱墙喷射混凝土层10a及沿拱墙梅花形布置的拱墙系统锚杆l〇c。拱墙喷射混凝土层10a内可沿隧道开挖方向间隔布设拱墙钢架1 〇b。拱墙喷射混凝土层10a内加设钢筋网。[〇〇21] 参照图3,所述边墙框支结构由框支基础梁41、框支支柱42和框支顶梁42构成。框支基础梁41埋设于隧底基础中沿隧道纵向延伸，框支顶梁42沿隧道纵向延伸，框支支柱42 沿隧道纵向间隔设置，其上下两端分别与框支基础梁41、框支顶梁42固结。所述边墙框支结构的框格内设置由轻质砌体材料砌筑的填充墙31。
[0022] 参照图4和图5,所述隧底框架结构沿隧道纵向间隔布设，由沿隧道纵向间隔布设的基础梁51、横梁52和上下端分别与基础梁51、横梁52固结的短柱53构成，基础梁51嵌入地基中。所述基础梁51间设置基底封闭层11用于封闭裸露的围岩表面，防止水流冲刷及掏蚀地基基础。基础梁51顶面与基底封闭层11表面齐平。[〇〇23]参照图1和图2,所述防排水系统20包括拱墙段范围铺设的无纺土工布20a和防水板20c，以及沿隧道纵向间隔布设于无纺土工布20a与防水板20c间的环向排水盲管20b。所述填充墙31的底部设置泄水孔21，环向排水盲管20b的两端直接引至泄水孔21处。[〇〇24]以上所述只是用图解说明本发明框支拱形隧道衬砌构造的一些原理，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，均属于本发明所申请的专利范围。
【主权项】
1.框支拱形隧道衬砌构造，包括拱墙初期支护结构(10)、二次衬砌结构和位于两者之 间的防排水系统，二次衬砌结构包括拱顶段(30)、边墙段和仰拱段，其特征是:所述边墙段 为边墙框支结构，作为拱顶段(30)的承载结构;所述仰拱段为具有内部空腔的隧底框架结 构，隧底框架结构的顶面铺设底板(32)，底板(32)下框架内部空腔作为隧道的纵向排水通 道，所述防排水系统的环向端口引向隧底框架结构的内的纵向排水通道。2.如权利要求1所述的框支拱形隧道衬砌构造，其特征是:所述边墙框支结构由框支基 础梁(41)、框支支柱(42)和框支顶梁(42)构成，框支基础梁(41)埋设于隧底基础中沿隧道 纵向延伸，框支顶梁(42)沿隧道纵向延伸，框支支柱(42)沿隧道纵向间隔设置，其上下两端 分别与框支基础梁(41)、框支顶梁(42)固结。3.如权利要求2所述的框支拱形隧道衬砌构造，其特征是:所述边墙框支结构的框格内 设置由轻质砌体材料砌筑的填充墙(31)。4.如权利要求1所述的框支拱形隧道衬砌构造，其特征是:所述隧底框架结构沿隧道纵 向间隔布设，由沿隧道纵向间隔布设的基础梁(51)、横梁(52)和上下端分别与基础梁(51)、 横梁(52)固结的短柱(53)构成，基础梁(51)嵌入地基中。5.如权利要求4所述的框支拱形隧道衬砌构造，其特征是:所述基础梁(51)间设置基底 封闭层(11)用于封闭裸露的围岩表面，基础梁(51)顶面与基底封闭层(11)表面齐平。6.如权利要求1所述的框支拱形隧道衬砌构造，其特征是:所述防排水系统(20)包括拱 墙段范围铺设的无纺土工布(20a)和防水板(20c)，以及沿隧道纵向间隔布设于无纺土工布 (20a)与防水板(20c)间的环向排水盲管(20b)。7.如权利要求2或6所述的框支拱形隧道衬砌构造，其特征是:所述填充墙(31)的底部 设置泄水孔(21)，环向排水盲管(20b)的两端直接引至泄水孔(21)处。
【文档编号】E21D11/10GK106089244SQ201610410198
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月12日
【发明人】卿伟宸, 孟祥磊, 高杨, 朱勇, 郑伟, 张磊, 林本涛, 黄华, 曾宏飞, 钟昌桂, 张慧玲, 陈锡武
【申请人】中铁二院工程集团有限责任公司