一种非对称的隧道衬砌结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及交通设施领域，具体涉及一种非对称的隧道衬砌结构。
【背景技术】
[0002]隧道是铁路、公路、城市地铁和水利水电等行业中常用的一种地下建筑结构。通常隧道结构主要根据其所穿越地层的工程地质和水文地质条件来进行结构设计和计算。为了维护隧道的安全、正常使用以及耐用年限，一般在隧道所穿越区域的地下岩土体被挖除后的空间内都要建造支护或支撑结构，即形成所谓的隧道衬砌结构，用于抵抗隧道周围岩土体产生的压力和变形，防止岩土体发生坍塌和冒落。为便于设计和现场施工，通常隧道衬砌都按照对称结构进行设计和计算，即将抵抗隧道周围岩土体压力和变形作用的衬砌结构设计成以隧道中心轴线为左右对称的轴对称结构。但是，由于岩土体所处环境的复杂性和随机性，其工程地质和水文地质条件均存在着随机性和离散性，因此在不同的地层中开挖隧道后，其周围岩土体施加在隧道衬砌上的压力也是不相同的。尤其是在不均匀地层或软硬不均的地层中开挖隧道时，地层岩土体施加在隧道衬砌结构上的压力也是不对称的，即隧道衬砌结构所承受的地层压力和变形作用是不对称的，通常也称为偏压荷载，因此隧道衬砌结构也应当设计成为非对称的地下结构。但根据传统的经验，在进行地下隧道衬砌结构设计和计算时，仍然假定隧道衬砌所承受地层岩土体的压力是以隧道中心轴线为对称轴的左右对称荷载，因而也将隧道衬砌结构设计成以隧道中心轴线为对称轴的左右对称结构型式。如此设计的隧道衬砌结构由于不能适应其周围岩土体所施加的非对称荷载，从而在实际工程中出现了众多的已经投入运行的隧道发生衬砌结构开裂、剥落和坍塌等的现象，严重影响到隧道的正常使用和运营安全，其维修加固的难度大，而且成本高。因此，需要结合实际地层的非均质性地质条件，来寻求一种新型的非对称隧道衬砌结构，以解决铁路、公路以及城市地铁、水利水电等交通隧道建设中所遇到的非均质地层带来的偏压问题。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种非对称的隧道衬砌结构，该结构具有适应地层地质条件广泛、支护效果好、便于施工、工程造价相对较低的特点。
[0004]本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案是:
[0005]一种非对称的隧道衬砌结构，由环绕隧道岩土的初期支护、嵌套在初期支护内的内层衬砌、置于初期支护与内层衬砌之间的预留空腔构成，内层衬砌的外表面具有防水隔离层，初期支护的左右两侧部位和拱顶部位设置有径向系统锚杆，其特征在于，筒状的初期支护I嵌套在筒状内层衬砌2的外部；以隧道纵向中心面划分:a)内层衬砌2的内表面左右对称，内层衬砌2的外表面及初期支护I的内外表面均为不对称构造，即:初期支护I和内层衬砌2各自的左右壁具有非对称的壁厚；b)初期支护I的左右两侧部位的径向锚杆5亦呈不对称的构造，即初期支护I的左右两侧部位的径向锚杆具有不同的长度。
[0006]进一步的是，所述初期支护垂直于隧道中心轴线的横截面呈闭合的环状，其径向厚度以隧道中心轴线呈左右不对称状，其可由喷射混凝土、钢筋网、型钢组合构成或由喷射纤维混凝土构成。
[0007]进一步的是，所述内层衬砌垂直于隧道中心轴线的横截面呈封闭的环状，其径向厚度以隧道中心轴线呈左右不对称状，其内部轮廓线则以隧道中心轴线呈对称状，其可由钢筋混凝土现场浇筑或预制钢筋混凝土块构成。
[0008]进一步的是，所述防水隔离层设置在初期支护和内层衬砌之间的区域内，其环向呈闭合状，可由沥青、高分子卷材构成。
[0009]进一步的是，所述预留变形空腔设置在初期支护和防水隔离层之间区域内，空腔内充满空气。
[0010]进一步的是，所述系统锚杆沿隧道径向设置，且其长度在隧道中心轴线两侧呈不对称状，其由不同强度等级的钢筋或玻璃纤维加工制成。
[0011]本实用新型的有益效果:在满足多种不均匀或非均质地层的条件下，该用于铁路、公路和城市地铁等在非均质和非均匀地层中的非对称隧道衬砌结构，通过将所承受地层岩土体压力或地层变形较大一侧的隧道衬砌厚度加大，而承受地层压力较小或变形较小一侧的衬砌厚度减薄，从而形成沿隧道中心轴线左右不对称的衬砌结构。所述的隧道内部轮廓线仍然是以隧道中心轴线为对称轴的轴对称图形。由于隧道衬砌结构不对称，因而其可适应地质条件复杂诸如软硬不均、非均质的岩土体地层条件。该用于非对称的隧道衬砌结构，可降低隧道衬砌的圬工数量，减少隧道中系统锚杆的长度，不仅可简化施工工艺和加快施工进度，而且还能有效降低隧道施工期间的安全风险和施工作业的劳动强度，节省工程造价。本实用新型所述的一种非对称的隧道衬砌结构，更能适应非均质和复杂地质的地层条件，其施工工艺简单、造价相对较低，使用范围广。
【附图说明】
[0012]图1为本实用新型一种非对称的隧道衬砌结构的主视结构示意图；
[0013]图2为图1中A-A剖面的剖视示意图。
[0014]附图标记说明:初期支护1、内层衬砌2、左侧内层衬砌201、右侧内层衬砌202、防水隔离层3、预留空腔4、系统锚杆5、左侧系统锚杆501、右侧系统锚杆502。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】作进一步的说明。
[0016]如图1、图2所示，该用于一种非对称的隧道衬砌结构，包括初期支护1，所述初期支护I为厚壁筒状的结构，其设置在所述非对称隧道衬砌结构的最外部，与隧道周围的岩土体直接紧密接触，所述内层衬砌2设置在初期支护I的内腔部位，在所述初期支护I和内层衬砌2之间区域内设置有所述防水隔离层3。所述预留空腔4设置在初期支护I和防水隔离层3之间的区域内。所述系统锚杆5设置在初期支护I的两侧部位和拱顶部位，沿隧道径向打入到周围的岩土体中。
[0017]为了保证隧道开挖期间周围岩土体的稳定性，防止岩土体坍塌而影响施工人员以及机械设备的安全，使所述初期支护I与所开挖的地下隧道周围地层的岩土体直接紧密接触，其用于封闭隧道开挖所揭露出的岩土体表面，防止岩土体发生风化、坍塌并控制其过大的变形。所述初期支护I垂直于隧道中心轴线的横截面呈封闭的环状，其横截断面与隧道的横截面相匹配，可采用拱形、圆形、椭圆形、矩形等形状，作为优选，本实用新型所述的初期支护I横截断面采用环向闭合的拱形。为确保隧道施工的安全，适应非均质地层的压力，所述初期支护I平行于隧道中线轴线设置，