專利名稱：大跨度重荷載受力誘導(dǎo)式回填明洞襯砌結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及隧道結(jié)構(gòu)，特別涉及一種大跨度重荷載受力誘導(dǎo)式回填明洞襯砌結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
考慮節(jié)約工程造價(jià)、預(yù)留規(guī)劃用地、減少運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)等要求，鐵路、公路設(shè)計(jì)中在高邊坡、危巖落石地段或有規(guī)劃需要而無法繞避的段落采用隧道明洞方案通過，尤其是在多山地區(qū)修建鐵路，受車站設(shè)置要求，經(jīng)常出現(xiàn)大跨高回填明洞襯砌結(jié)構(gòu)。明洞襯砌跨度已由一般單、雙線隧道發(fā)展到三線、四線隧道，甚至更多線隧道，伴隨隧道跨度的不斷突破，隧道明洞襯砌回填土厚度及荷載在不斷增加，保證結(jié)構(gòu)安全的明洞襯砌結(jié)構(gòu)厚度不斷增加，甚至出現(xiàn)2m以上超厚襯砌結(jié)構(gòu)。大跨、高回填荷載超厚大體積混凝土襯砌結(jié)構(gòu)在變形、安全性、耐久性等方面面臨新的挑戰(zhàn)和新的技術(shù)難題，關(guān)于超厚回填土超大跨度明洞斷面型式、襯砌結(jié)構(gòu)形式等設(shè)計(jì)參數(shù)及明洞的施工工藝問題亟待解決?，F(xiàn)有隧道襯砌結(jié)構(gòu)有復(fù)合式襯砌或整體式明洞襯砌，雙線隧道復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)厚度一般小于55cm，整體式明洞襯砌結(jié)構(gòu)厚度一般小于80cm，普通明洞襯砌設(shè)計(jì)荷載較小，尤其是明洞襯砌設(shè)計(jì)荷載一般小于4m回填土荷載，襯砌結(jié)構(gòu)型式均采用實(shí)心混凝土或?qū)嵭匿摻罨炷翑嗝?。隨著大跨、大斷面隧道建設(shè)的不斷增多，明洞襯砌設(shè)計(jì)荷載的不斷增大，使得明洞襯砌傳統(tǒng)修建技術(shù)及理論面臨的問題越來越多。盡管我國在近十年里也很重視隧道明洞建設(shè)技術(shù)的提高，但至今仍無統(tǒng)一的勘察設(shè)計(jì)規(guī)范，同類工程在設(shè)計(jì)和施工方面差別比較大。為防護(hù)一般的落石、崩坍，公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范(JTGD70 — 2004)明確規(guī)定明洞填土厚度不得小于1.5m,但對于明洞襯砌洞頂最大回填土厚度未做要求。規(guī)范規(guī)定的洞頂填土厚度不小于1.5m，只考慮了承受邊、仰坡的少量坍塌，當(dāng)邊、仰坡有病害，未來有可能發(fā)生較大坍塌時(shí)，則應(yīng)適當(dāng)增加洞頂回填土厚度以確保明洞的穩(wěn)定和安全。往往實(shí)際工程中為恢復(fù)洞口開挖前的原始地貌，甚至在原始地貌增加覆土厚度以達(dá)到某種建筑或工程需求。洞頂填土厚度增加，勢必會(huì)增加洞頂上方荷載，導(dǎo)致明洞襯砌結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大內(nèi)力。工程經(jīng)驗(yàn)表明當(dāng)明洞上方填土高度大于三十米后，常規(guī)斷面明洞襯砌的厚度往往大于2m，以貴陽樞紐東北環(huán)線龍洞堡機(jī)場隧道高回填明洞襯砌結(jié)構(gòu)研究為例，采用凈跨25m回填高度33m的傳統(tǒng)拱形明洞襯砌結(jié)構(gòu)，如采用常規(guī)設(shè)計(jì)，拱部襯砌厚度需達(dá)到2.6m，仰拱處則達(dá)到2.Sm，并采用加強(qiáng)配筋才能滿足承載力要求。而這在實(shí)際工程中屬于大體積混凝土，施工澆筑難度大、施工質(zhì)量難于控制，且混凝土導(dǎo)熱系數(shù)比較小，往往會(huì)造成溫度裂縫，大體積混凝土明洞襯砌結(jié)構(gòu)難于滿足結(jié)構(gòu)安全性和耐久性要求，幾乎不能實(shí)施。由此可見，當(dāng)明洞襯砌跨度大且上方填土較高時(shí)，即使對明洞斷面進(jìn)行整體優(yōu)化，依舊不可避免地會(huì)對明洞襯砌內(nèi)部產(chǎn)生較大的內(nèi)力。如果一味增加襯砌厚度,既造成大量圬工浪費(fèi)，又會(huì)因?yàn)榇篌w積混凝土水化熱無法有效消除而產(chǎn)生較大溫度裂縫，導(dǎo)致明洞襯砌耐久性無法得到保障。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種大跨度重荷載受力誘導(dǎo)式回填明洞襯砌結(jié)構(gòu)，以使明洞具有更大的跨度和承受更大荷載，能有效控制明洞襯砌的設(shè)計(jì)厚度，而且明洞襯砌施工質(zhì)量易于控制。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下:本發(fā)明的大跨度重荷載受力誘導(dǎo)式回填明洞襯砌結(jié)構(gòu)，由混凝土或者鋼筋混凝土模筑的拱部、邊墻和仰拱構(gòu)成環(huán)形截面明洞襯砌，其特征是:所述明洞襯砌10的拱部、邊墻的外輪廓弧面設(shè)置受力誘導(dǎo)護(hù)拱。本發(fā)明的有益效果是，在明洞襯砌的拱部、邊墻的外輪廓弧面設(shè)置受力誘導(dǎo)護(hù)拱，明洞襯砌作為主要受力結(jié)構(gòu)，受力誘導(dǎo)護(hù)拱主要對明洞襯砌所受外力進(jìn)行二次分配，兼承擔(dān)部分回填荷載，即采用多材料、多層復(fù)合支撐結(jié)構(gòu)，能有效支撐明挖大跨度隧道空間，僅通過調(diào)整受力誘導(dǎo)護(hù)拱結(jié)構(gòu)形狀、材料特性特征即可實(shí)現(xiàn)明挖隧道的大跨度及高回填；明洞回填荷載通過受力誘導(dǎo)護(hù)拱的應(yīng)力重新分配，使作用在明洞襯砌結(jié)構(gòu)上的荷載分布達(dá)到優(yōu)化，從而使襯砌近似位于合理拱軸線上，能有效控制襯砌的設(shè)計(jì)厚度，減小襯砌結(jié)構(gòu)圬工，控制襯砌結(jié)構(gòu)裂縫開展，提高襯砌結(jié)構(gòu)抗?jié)B性和耐久性；明洞襯砌施工質(zhì)量易于控制，施工工藝簡單，易于推廣。


本說明書包括如下三幅附圖:圖1是本發(fā)明大跨度重荷載受力誘導(dǎo)式回填明洞襯砌結(jié)構(gòu)的截面圖；圖2是沿圖1中A-A線的剖視圖；圖3是沿圖1中C-C線的剖視圖。圖中示出構(gòu)件及所對應(yīng)的標(biāo)記:明洞襯砌10、拱部11、邊墻12、仰拱13、受力誘導(dǎo)護(hù)拱20、填充管30、填充體40。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。參照圖1、圖2和圖3，本發(fā)明大跨度重荷載受力誘導(dǎo)式回填明洞襯砌結(jié)構(gòu)，由混凝土或者鋼筋混凝土模筑的拱部11、邊墻12和仰拱13構(gòu)成環(huán)形截面明洞襯砌10，在明洞襯砌10的拱部11、邊墻12的外輪廓弧面設(shè)置受力誘導(dǎo)護(hù)拱20。明洞襯砌10作為主要受力結(jié)構(gòu)，受力誘導(dǎo)護(hù)拱20主要對明洞襯砌10所受外力進(jìn)行二次分配，兼承擔(dān)部分回填荷載，改變承受荷載的單一襯砌結(jié)構(gòu)型式，采用多材料、多層復(fù)合支撐結(jié)構(gòu)，能有效支撐明挖大跨度隧道空間，僅通過調(diào)整受力誘導(dǎo)護(hù)拱20結(jié)構(gòu)形狀、材料特性特征即可實(shí)現(xiàn)明挖隧道的大跨度、高回填。參照圖1，明洞襯砌10為混凝土或鋼筋混凝土馬鞍形結(jié)構(gòu)，為明洞荷載的主要承載體，保證在外部荷載作用下明洞空間的穩(wěn)定。由位于外層的受力誘導(dǎo)護(hù)拱20對明洞襯砌10受力進(jìn)行二次分配，優(yōu)化結(jié)構(gòu)受力，使作用在明洞襯砌10結(jié)構(gòu)上的荷載分布達(dá)到優(yōu)化，從而使明洞襯砌10近似位于合理拱軸線上，能有效控制明洞襯砌的10的設(shè)計(jì)厚度，減小襯砌結(jié)構(gòu)圬工，控制襯砌結(jié)構(gòu)裂縫開展，提高襯砌結(jié)構(gòu)抗?jié)B性和耐久性。參照圖1，所述受力誘導(dǎo)護(hù)拱20頂部沿隧道延伸方向間隔設(shè)填充管30，填充管30的上端口延伸出受力誘導(dǎo)護(hù)拱20的外輪廓，下端延伸至明洞襯砌10與受力誘導(dǎo)護(hù)拱20之間的空隙。施工時(shí)通過填充管30向明洞襯砌10與受力誘導(dǎo)護(hù)拱20之間的空隙灌注遇水軟化型填充材料，在空隙內(nèi)形成填充體40，使受力誘導(dǎo)護(hù)拱20內(nèi)壁與明洞襯砌10外壁密貼，以確保受力誘導(dǎo)護(hù)拱20能充分發(fā)揮對受力進(jìn)行二次分配的作用。受力誘導(dǎo)護(hù)拱20既作為改善明洞襯砌10受力的誘導(dǎo)層，同時(shí)兼作明洞回填荷載的受力支撐構(gòu)件。通過受力誘導(dǎo)護(hù)拱20對施加在明洞襯砌結(jié)構(gòu)上的回填荷載進(jìn)行調(diào)整，使明洞襯砌10的拱部11、邊墻12處于合理拱軸線上，作用于明洞襯砌10上的豎向壓力P和水平壓力E與明洞襯砌寬度b和明洞襯砌高度b的關(guān)系近似滿足下式要求:P/E h/b。參照圖1，受力誘導(dǎo)護(hù)拱20的內(nèi)輪廓線即為明洞襯砌10的外輪廓線，受力誘導(dǎo)護(hù)拱20外輪廓根據(jù)明洞埋深實(shí)際情況，向外采用等厚截面或不等厚截面設(shè)置。受力誘導(dǎo)護(hù)拱20根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要確定材質(zhì)和標(biāo)號，為減少結(jié)構(gòu)自重荷載，并有利于施工和減少成本，受力誘導(dǎo)護(hù)拱20宜優(yōu)選采用片石混凝土澆筑、漿砌片石等可改變明洞結(jié)構(gòu)受力分配的材料。參照圖1，作為一種典型的結(jié)構(gòu)截面，所述受力誘導(dǎo)護(hù)拱20優(yōu)選采用切底橢圓狀非等厚截面，其護(hù)拱高度H與寬度B的比值矢跨比f、護(hù)拱厚度根據(jù)明洞襯砌斷面、回填材料側(cè)壓力系數(shù)、護(hù)拱材料特性等計(jì)算確定。以某V級II型雙線高回填明洞為例，若采用常規(guī)明洞結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，施加在明洞拱部豎向荷載P= Y h，拱部、邊墻水平土壓力E = λ yh,拱部厚度需1.8m，邊墻厚度2m，延米C35混凝土 88.85m3，鋼筋用量達(dá)11.U。而采用本發(fā)明的大跨度重荷載受力誘導(dǎo)式回填明洞襯砌結(jié)構(gòu)，通過設(shè)置受力誘導(dǎo)拱，降低拱部豎向荷載至原設(shè)計(jì)荷載的40% 60%，水平荷載增大了 50% 70%，明洞拱部、邊墻厚度減至1.4m,延米用鋼量僅7.St即可滿足結(jié)構(gòu)受力要求。結(jié)合幾種高回填明洞襯砌類型計(jì)算，受力誘導(dǎo)拱邊墻厚度dl 0.1b 0.15b、且厚度不宜小于1.2m ;受力誘導(dǎo)拱邊墻厚度dl與拱部高度d2應(yīng)近似滿足下式要求:dl:d2 (2.5 3.5)b:h。以上所述只是用圖解說明本發(fā)明大跨度重荷載受力誘導(dǎo)式回填明洞襯砌結(jié)構(gòu)的一些原理，并非是要將本發(fā)明局限在所示和所述的具體結(jié)構(gòu)和適用范圍內(nèi)，故凡是所有可能被利用的相應(yīng)修改以及等同物，均屬于本發(fā)明所申請的專利范圍。
權(quán)利要求
1.大跨度重荷載受力誘導(dǎo)式回填明洞襯砌結(jié)構(gòu)，由混凝土或者鋼筋混凝土模筑的拱部(11)、邊墻(12)和仰拱(13)構(gòu)成環(huán)形截面明洞襯砌(10)，其特征是:所述明洞襯砌(10)的拱部(11)、邊墻(12)的外輪廓弧面設(shè)置受力誘導(dǎo)護(hù)拱(20)。
2.如權(quán)利要求1所述的大跨度重荷載受力誘導(dǎo)式回填明洞襯砌結(jié)構(gòu)，其特征是:所述受力誘導(dǎo)護(hù)拱(20)頂部沿隧道延伸方向間隔設(shè)填充管(30)，填充管(30)的上端口延伸出受力誘導(dǎo)護(hù)拱(20)的外輪廓，下端延伸至明洞襯砌(10)與受力誘導(dǎo)護(hù)拱(20)之間的空隙。
3.如權(quán)利要求1所述的大跨度重荷載受力誘導(dǎo)式回填明洞襯砌結(jié)構(gòu)，其特征是:所述受力誘導(dǎo)護(hù)拱(20)采用等厚截面。
4.如權(quán)利要求1所述的大跨度重荷載受力誘導(dǎo)式回填明洞襯砌結(jié)構(gòu)，其特征是:所述受力誘導(dǎo)護(hù)拱(20)采用切底橢圓狀非等厚截面。
5.如權(quán)利要求1至4任意一項(xiàng)所述的大跨度重荷載受力誘導(dǎo)式回填明洞襯砌結(jié)構(gòu)，其特征是:所述受力誘導(dǎo)護(hù)拱(20)采用片石混凝土或漿砌片石砌筑。
全文摘要
大跨度重荷載受力誘導(dǎo)式回填明洞襯砌結(jié)構(gòu)，以使明洞具有更大的跨度和承受更大荷載，能有效控制明洞襯砌的設(shè)計(jì)厚度，而且明洞襯砌施工質(zhì)量易于控制。由混凝土或者鋼筋混凝土模筑的拱部(11)、邊墻(12)和仰拱(13)構(gòu)成環(huán)形截面明洞襯砌(10)，在明洞襯砌(10)的拱部(11)、邊墻(12)的外輪廓弧面設(shè)置受力誘導(dǎo)護(hù)拱(20)。
文檔編號E21D11/10GK103147770SQ201310094999
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月24日
發(fā)明者楊雄, 高楊, 琚國全, 熊祥雪, 李曉園, 趙萬強(qiáng), 胖濤, 曹彧, 王建磊, 馬青, 張永平, 匡亮, 袁偉, 楊學(xué)中, 劉金松, 何洋, 薛強(qiáng) 申請人:中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司