[实用新型]一种带双侧集水廊道的哑铃型隧底衬砌结构

说明书

一种带双侧集水廊道的哑铃型隧底衬砌结构，以消除地下水对隧道衬砌底部结构的作用，有效解决岩溶或地下水发育地区隧道仰拱上浮变形或隧底结构开裂破坏的问题，确保隧道施工和运营的稳定及安全性。隧道底部横向两侧开挖深槽形成凸形隧底开挖面，于深槽内设置具有槽形空腔的U形墙基构筑体，U形墙基构筑体外侧顶部与拱墙二次衬砌结构两侧边墙底部固接。两侧U形墙基构筑体和凸形隧底开挖面中部之上设置底板，该底板横向两端与拱墙二次衬砌结构两侧底部刚性连接，两侧U形墙基构筑体与底板构成哑铃型隧底结构。底板作为上部道床及列车荷载承载基础和间接承担围岩水平荷载，U形墙基构筑体作为拱墙二次衬砌结构和底板的承载结构，其槽形空腔作为隧道纵向集水廊道。

技术领域

本实用新型涉及隧道衬砌结构构造，特别涉及一种运用于地下水发育地段、地下水受季节影响不规律地段或岩溶地区的隧道衬砌及结构构造。

背景技术

为适应我国经济和社会的快速发展，缓解运输能力紧张，实现大能力快速运输，减少环境污染，进入二十一世纪后我国铁路建设高速发展，特别是高速铁路建设进入一个新阶段。特别在西南山区，一方面，由于石灰岩地层广泛分布；另一方面，对高速铁路，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，导致岩溶隧道规模(数量及长度)迅速增加。由于岩溶及岩溶水发育具有复杂性、多样性及无规律性等特点，长大岩溶隧道修建风险特别是运营风险越来越高。

目前设计的隧道大部分为有仰拱衬砌。以单洞双线隧道为例，其结构本身及排水体系均存在缺陷。

首先，衬砌结构存在固有缺陷，主要表现为以下方面：

(1)规范要求仰拱与仰拱填充应分开浇筑。此工法在仰拱与填充之间形成施工缝，但地下水通过仰拱环向施工缝渗入仰拱填充底部，约3～ 4m水头即可导致填充上浮。

(2)实际施工中，为防止道床施工面被施工车辆破坏，仰拱填充往往采用分层浇筑的方式，道床施工前灌筑的仰拱填充表层(或称整平层) 厚度约0.2～0.4m，仅需要0.5～1m高的水头即可导致填充表层上浮，进而引起道床变形。

(3)由于隧底为圆弧状，开挖控制较困难，多开挖成折线状甚至开挖成平底面，导致仰拱结构实际承载能力不能满足设计要求，一旦雨洪季节，局部排水不畅导致水压上升，造成仰拱结构开裂破坏。

(4)仰拱结构底部虚渣完全清理干净难度大，加之运营期间由于隧底地下水无法引排，在列车动荷载反复作用下，极易造成隧底翻浆冒泥等灾害。

另一方面，传统衬砌结构的排水系统以“隧道体内排水”为主要模式，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。排水系统主要的缺陷在于：

(1)有压地下水的泄压点均位于设置在衬砌主体结构内部，致使衬砌主体结构承受静水压或动水压的范围均较大。

(2)中心水沟(或侧沟)设于隧道结构之内，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，一旦在连续降雨或暴雨天气下，局部地段仰拱下裂隙水或管道水因无法及时引排导致水压急剧升高。在高水压作用下，致使隧底仰拱开裂破损。

(3)隧道处于地下水季节变动带等与外界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，受边墙泄水孔尺寸及间距限制，难以及时将其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，导致衬砌开裂破坏。

(4)受道床结构、洞内附属构筑物需要及隧道断面工程经济性的制约，考虑施工难易程度，洞内侧沟或中心水沟的过水断面自由度不大，过水能力受限，往往引起洞内水害。

因此，优化衬砌结构，保证排水通畅，消除隧底水压，成为降低地下水发育地段、地下水受季节影响不规律地段及岩溶地区隧道水害风险，保证运营安全的迫切需要。

实用新型内容