[发明专利]一种隧道抗底鼓变形的结构、方法及施工方法

说明书

本发明涉及铁路隧道工程建设技术领域，特别涉及一种隧道抗底鼓变形的结构、方法及施工方法，结构包括泄压井，所述泄压井包括位于仰拱填充层内的空腔结构，所述泄压井底部贯穿仰拱，顶部位于轨道下方，若干所述泄压井沿隧道纵向排列。通过采用该结构，通过泄压井预留一定的空间，提供隧道底鼓变形的释放区域，同时减少隧底结构与岩体接触面积，减少岩体变形压力传递至隧底结构，并诱导岩体向上的变形朝向泄压井临空面发展，同时，减少隧底结构与岩体接触面积，减少传递给隧底结构的岩体变形压力，使隧道底鼓变形得到控制，并达到较好的抗底部变形效果，施工方便易实施。

技术领域

本发明涉及铁路隧道工程建设技术领域，特别涉及一种隧道抗底鼓变形的结构、方法及施工方法。

背景技术

隧道内无砟轨道上拱主要源于隧道底鼓变形，隧道底鼓变形是复杂的物理力学现象，经过多年研究，主要的原因有三种：地下水、膨胀性岩体和地应力。其中地应力造成隧道底鼓变形的机理最复杂，作用时间最长，整治难度最大，例如，沪蓉铁路某隧道2009年投入运营以来，隧道底鼓变形长达12年，经过多轮整治，变形虽受抑制，但仍无停止的迹象。

目前隧道内控制无砟轨道上拱的技术思路主要有四类：（1）提高隧道底部结构刚度，抑制隧道底鼓变形，进而控制无砟轨道上拱。该思路主要采用调整隧道仰拱结构曲率和厚度，加强无砟轨道与仰拱之间的填充层和仰拱结构的配筋；（2）提高隧道底部岩体的刚度，减少隧道底鼓变形，进而控制无砟轨道上拱。该思路主要采用预应力长锚杆或锚索对隧道底部一定深度的岩体进行锚固，同时进行注浆加固提高岩体的强度；（3）吸收、隔离变形。该思路主要采用在隧道底部仰拱外侧或仰拱与无砟轨道之间设置吸收变形的材料或结构，或者在无砟轨道下方设置桩基，将桩身与隧道结构相隔离，桩底部嵌入稳定不变形的地层；（4）地应力的释放。该思路主要采用在隧道周边设置泄压洞或泄压槽，降低隧道底部地应力水平，以实现减少底鼓变形。这四种思路主要存在的问题有：（1）提高隧道底部结构刚度，在隧道这个封闭的薄壁型超静定结构中，容易引起整体结构刚度失衡，底部将出现应力聚集，应力增大则变形控制难度增大，故效果十分有限；（2）提高隧道底部岩体刚度，受岩体节理裂隙、岩体蠕变等地质因素的控制，同时预应力的分散效应也造成对深层岩体的锚固效果一直不佳，难以达到预期目的，同时存在预应力结构松脱风险；（3）吸收、隔离变形则难以在有限空间内准确设置预留变形量，吸收变形的材料和结构也存在变形极限，隔离变形时难以准确判定稳定不变形的岩层，桩基过长时将影响无砟轨道的动态稳定性；（4）地应力的释放，难以准确控制释放的大小及方向，容易造成隧道周边岩体内的承载结构破坏。

因此，目前亟需要一种技术方案，以解决现有隧道底鼓变形难以控制，无法达到较好的抗底鼓变形效果的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有隧道底鼓变形难以控制，无法达到较好的抗底鼓变形效果的技术问题，提供了一种隧道抗底鼓变形的结构、方法及施工方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种隧道抗底鼓变形的结构，包括泄压井，所述泄压井包括位于仰拱填充层内的空腔结构，所述泄压井底部贯穿仰拱，顶部位于轨道下方，若干所述泄压井沿隧道纵向排列。

本发明的一种隧道抗底鼓变形的结构，通过泄压井的设置，预留了一定的空间作为隧道底鼓变形的释放区域，为仰拱下方岩体变形提供空间，并诱导岩体向上的变形朝向泄压井临空面发展，同时，减少隧底结构与岩体接触面积，降低隧底结构受到的岩体变形压力，使隧道底鼓变形得到控制，并达到较好的抗底部变形效果。

作为本发明的优选方案，所述泄压井沿隧道横向的宽度与轨道宽度相同，所述泄压井横截面呈圆形或多边形。

作为本发明的优选方案，所述泄压井高度至少等于预测最大底鼓变形量的1倍，设置有所述泄压井的所述仰拱可承受底鼓变形量=预测最大底鼓变形量*[1-（2*泄压井宽度/隧道宽度）]。使泄压井能够满足预测最大底鼓变形量，且具有一定的设计冗余。