[发明专利]用于软弱破碎高温含水地层中的隧道结构

说明书

技术领域

本发明涉及交通隧道技术领域，具体涉及一种用于软弱破碎高温含水地层中的隧道结构。

背景技术

隧道是铁路、公路、城市地铁、水利、电力和国防等行业中用于通行车辆、行人和输送 物资等的一种地下结构，通常修建在地表以下的各种岩石或土壤地层中。由于受地球内部构 造运动如火山、岩浆、地下水以及地震等的影响，地层中的岩体或土壤呈现出不同的形态。 对于受到上述地质构造运动强烈影响的地层而言，其中的岩体或土壤完整性差且强度低，岩 体或土壤就呈现出软弱、破碎、高温或含水量高的状态，在如此条件的地层中修建隧道必须 要考虑与之相适应的衬砌结构。

在软弱破碎岩体中修建隧道时，首先要将隧道开挖轮廓线范围内的岩土体挖除，然后及 时浇筑混凝土衬砌或拼装混凝土预制构件来形成所需要的地下空间。由于地层软弱破碎，且 地下水含量较高时隧道衬砌要承受较大的地层和地下水压力。根据地层以及地下水的压力状 况，可采用单层或双层形式的衬砌来维持隧道的内部净空，防止隧道周围岩土体的坍塌。隧 道的横截面通常采用拱形、圆形、马蹄形或矩形等，并且在隧道底部还要设置圆弧状的仰拱 来提高地层的承载能力，防止隧道在修建和运营期间发生沉降与变形，确保隧道的安全运营。

此外，在火山、地下岩浆活动区域或者深度较大的地层中修建隧道时，往往要面临较高 的地层温度或高温地下水，当地层的温度达到30℃时就属于高温地层。较高的地层温度不仅 要影响隧道的安全施工，更重要的是在隧道长期运营期间，高温会恶化隧道内的运行环境。 此外，高温还会在隧道衬砌内产生不均匀的变温应力，导致衬砌开裂，降低衬砌的强度和耐 久性。针对高温地层中的隧道，通常在隧道施工和运营期间采用机械通风的方式来降低隧道 内的空气温度。

此外，对处于高烈度地震区的隧道，地震往往会对隧道结构产生破坏或影响。通常采用 增加隧道衬砌的刚度和强度或者在隧道衬砌内设置减震缝来提高隧道的抗震性能。

我国地域辽阔，地形和地貌复杂多样，随着铁路、公路、地铁和国防等地下工程的大量 建设，隧道工程穿越软弱破碎高温含水地层以及和高烈度地震区的状况将会越来越多，常规 的隧道结构已经难以适应如此复杂的地层，因此需要寻求一种适合于软弱破碎高温含水地层 中的新型隧道结构。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于软弱破碎高温含水地层中的隧道结构，该隧 道结构具有防水、隔热、抗震和承载性能高、构造简便、施工便利、工程造价以及维护费用 相对较低的特点。

为实现上述发明目的，本发明提供一种用于软弱破碎高温含水地层中的隧道结构，包括 在地层中挖除岩石或土壤后的空间内修筑的壳状的隧道衬砌和仰拱，衬砌与仰拱构成封闭的 环状结构，衬砌的左右两侧底脚与仰拱上翘的左右两端部相衔接，在衬砌的至少一侧底脚内 设置泄水孔，在衬砌与仰拱的衔接部位设置与泄水孔相连通的排水沟、及位于排水沟和行车 道之间的电缆槽，隧道内的行车道放置在其下部的减振层上，减振层的下部设置有承台板， 承台板由其下部的纵梁与横梁共同支撑，纵梁和横梁由其下部的桩基支撑，所述桩基竖向垂 直穿透仰拱并插入地层中，所述行车道、减振层和承台板的两侧端部均与排水沟和电缆槽所 在部位脱开，所述纵梁、横梁、桩基均与仰拱脱开。

排水沟临近衬砌，电缆槽临近隧道内的行车道的端部。

所述各构件之间脱开的间隙可根据构件受荷载后的变形量通过计算加以确定。

所述的桩基沿隧道的轴线方向间隔设置，其间距可根据上部承担的荷载和下部地层承载 力通过计算加以确定。

作为优选方式，所述的隧道衬砌包括以隧道中心线左右对称的内层衬砌、夹层、外层衬 砌和锚杆，内层衬砌设置在隧道的最里侧，夹层设置在内层衬砌与外层衬砌之间，外层衬砌 设置于隧道的最外侧并与周围地层中的岩石或土壤直接接触，锚杆沿外层衬砌的环向和隧道 轴线方向间隔设置且其垂直穿透外层衬砌并插入到周围的地层中。

内层衬砌和外层衬砌的厚度可根据其所承受的地层和地下水压力通过计算加以确定。

作为优选方式，泄水孔的一端与夹层相连通，另外一端与排水沟相连通，且前者的高程 要高于后者的高程。

作为优选方式，所述仰拱以隧道中心线左右对称，其与衬砌为整体结构，或与衬砌分开 成为独立构件。