一种设置系梁的隧道底部衬砌结构的制作方法

1.本实用新型属于隧道工程技术领域，具体涉及一种设置系梁的隧道底部衬砌结构。


背景技术：

2.复合式衬砌是我国交通隧道主要采用的结构形式，其典型特征为初期支护采用喷锚支护，完成后施作模筑或预制混凝土结构，其中模筑衬砌底部反拱形的衬砌部分称为仰拱，它一方面要将隧道上部的地层压力通过隧道边墙结构或将路面上的荷载有效的传递到地下，而且还有效的抵抗隧道下部地层传来的反力。
3.我国铁路隧道和公路隧道采用的衬砌形式如图1所示，一般情况下，仰拱先于拱墙浇筑，仰拱填充应与仰拱分开施作。而现有的衬砌结构存在如下问题：
4.(1)为了提高仰拱位置的承载能力，仰拱区域一般比拱墙区域厚度增大；
5.(2)在软弱围岩或者在水压作用下，两侧墙脚（矮边墙）和仰拱中心位置截面承载能力较差，容易开裂，成为衬砌结构承载的最薄弱环节。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的是提供一种设置系梁的隧道底部衬砌结构，至少可以解决现有技术中存在的部分缺陷。
7.为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种设置系梁的隧道底部衬砌结构，包括拱墙初期支护结构、拱墙二次衬砌和仰拱二次衬砌，所述拱墙二次衬砌和仰拱二次衬砌构成闭合环状，所述拱墙初期支护结构和仰拱二次衬砌之间设有排水通道，所述仰拱二次衬砌之上设置仰拱填充层，所述仰拱填充层内设置有边沟和中心沟，所述边沟和中心沟之间通过导水管组件连通，所述边沟通过横向排水盲管与排水通道连通，所述仰拱填充层之上设有系梁，所述系梁横向两端分别与仰拱二次衬砌的两端连接。
8.进一步的，所述仰拱二次衬砌包括仰拱段和设置在仰拱段两侧的过渡段，所述仰拱段两侧通过过渡段与拱墙二次衬砌闭合成环，所述系梁与仰拱二次衬砌的过渡段连接，且过渡段的上表面与系梁上表面齐平。
9.进一步的，所述系梁为后浇筑的钢筋混凝土结构，所述仰拱二次衬砌的过渡段内预留有接茬钢筋，用于与系梁的钢筋连接。
10.进一步的，所述仰拱二次衬砌的过渡段上布置通信电力沟槽和预制箱体，所述通信电力沟槽为预制拼装结构。
11.进一步的，所述仰拱填充层由混凝土浇筑。
12.进一步的，所述导水管组件包括沿隧道横向布置的第一横向导水管、第二横向导水管以及连通第一横向导水管和第二横向导水管的竖向导水管，所述第一横向导水管位于仰拱填充层内，连通边沟和中心沟，所述第二横向导水管位于仰拱二次衬砌底部。
13.进一步的，所述横向排水盲管与导水管组件中的第二横向导水管通过连接管连
通。
14.进一步的，所述横向排水盲管由排水通道向边沟倾斜布置，且横向排水盲管倾斜的坡度大于5
°
。
15.进一步的，所述拱墙初期支护结构包括覆盖拱墙二次衬砌的拱墙喷射混凝土层。
16.与现有技术相比，本实用新型的有益效果：
17.(1)本实用新型提供的这种设置系梁的隧道底部衬砌结构在隧道底部采用仰拱二次衬砌、仰拱填充层、系梁三层结构形成的封闭式内叠合隧道底部衬砌，通过对隧道底部衬砌结构的设计，改善了衬砌结构的受力状态，使其由大偏心受力转化为小偏心受力，在不增加圬工量和开挖量的基础上显著提高了仰拱位置的承载能力。
18.(2)本实用新型提供的这种设置系梁的隧道底部衬砌结构中将边沟置于仰拱填充层内，相对于现有隧道衬砌结构中边沟的安装，降低了边沟的安装位置，从而提高了边沟的过水能力，可以缓解中心沟排水压力，并且可有效防治边沟排水面高于轨面而引发的水害，同时增大了横向排水盲管的坡度，增大过水能力，防止化学结晶堵塞。
19.以下将结合附图对本实用新型做进一步详细说明。
附图说明
20.图1是传统隧道衬砌结构示意图；
21.图2是本实用新型设置系梁的隧道底部衬砌结构示意图；
22.图3是本实用新型实施例2中采用传统隧道衬砌结构的内力结果示意图；
23.图4是本实用新型实施例2中采用本实用新型设置系梁的隧道底部衬砌结构的内力结果示意图。
24.附图标记说明：1、拱墙初期支护结构；2、拱墙二次衬砌；3、仰拱填充层；4、仰拱二次衬砌；5、中心沟；6、边沟；7、通信电力沟槽；8、系梁；9、竖向导水管；10、第一横向导水管；11、第二横向导水管；12、横向排水盲管；13、排水通道；14、预制箱体。
具体实施方式
25.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
26.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
27.术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
28.实施例1：
29.如图2所示，本实施例提供了一种设置系梁的隧道底部衬砌结构，包括拱墙初期支护结构1、拱墙二次衬砌2和仰拱二次衬砌4，所述拱墙二次衬砌2和仰拱二次衬砌4构成闭合环状，所述拱墙初期支护结构1和仰拱二次衬砌之间4设有排水通道13，具体的，该排水通道13沿隧道纵向布置，所述仰拱二次衬砌4之上设置仰拱填充层3，所述仰拱填充层3内设置有边沟6和中心沟5，所述边沟6和中心沟5之间通过导水管组件连通，所述边沟6通过横向排水盲管12与排水通道13连通，所述仰拱填充层3之上设有系梁8，所述系梁8横向的两端分别与仰拱二次衬砌4的两端连接。在本实例中，隧道底部采用由仰拱二次衬砌4、仰拱填充层3、系梁8三层结构形成的封闭式内叠合隧道底部衬砌，该三层结构相对于传统的仰拱结构 仰拱填充的两层结构形式而言，其承载能力得到有效提高，而且此结构设计改善了衬砌结构的受力状态，使其有大偏心受力转化为小偏心受力，进而使其在不额外增加圬工量与开挖量的前提下提高了仰拱位置的承载能力。此外，本实施例的隧道底部衬砌结构中将边沟6置于仰拱填充层3内，相对于现有隧道衬砌结构中边沟6的安装，降低了边沟6的排水面标高，提高了边沟6的过水能力，从而可以缓解中心沟5排水压力，并且可有效防治边沟6排水面高于轨面而引发的水害，同时边沟6的低置，在将所述横向排水盲管12由排水通道13向边沟6倾斜布置时，增大了横向排水盲管12的倾斜坡度，具体的可使横向排水盲管12倾斜的坡度大于5
°
，提高横向排水盲管2的过水效率，防止因化学结晶而堵塞横向排水盲管，保证衬砌结构运营期排水通畅。
30.其中，所述仰拱填充层3可由c20混凝土浇筑而成；所述拱墙初期支护结构1包括覆盖拱墙二次衬砌2的拱墙喷射混凝土层。
31.细化的实施方式，所述仰拱二次衬砌4包括仰拱段和设置在仰拱段两侧的过渡段，所述仰拱段两侧通过过渡段与拱墙二次衬砌2闭合成环，所述系梁8与仰拱二次衬砌4的过渡段连接，且过渡段的上表面与系梁8上表面齐平。具体的，所述系梁8为后浇筑的钢筋混凝土结构，所述仰拱二次衬砌4的过渡段内预留有接茬钢筋，用于与系梁8的钢筋连接，通过接茬钢筋将仰拱二次衬砌4与系梁8连接成为一个整体，进一步提高隧道底部衬砌结构的承载能力和抗变形能力。
32.对于通信电力沟槽7的布置，本实施例中将其置于仰拱填充层3以上，具体的，将通信电力沟槽7和预制箱体14置于所述仰拱二次衬砌4的过渡段上，所述通信电力沟槽7为预制拼装结构，安装方便。
33.对于该衬砌结构排水的一种具体实施方式，所述导水管组件包括沿隧道横向布置的第一横向导水管10、第二横向导水管11以及连通第一横向导水管10和第二横向导水管11的竖向导水管9，所述第一横向导水管10位于仰拱填充层3内，连通边沟6和中心沟5，所述第二横向导水管11位于仰拱二次衬砌4底部。
34.进一步的，可将所述横向排水盲管12与导水管组件中的第二横向导水管11通过连接管连通，提高该衬砌结构的排水效率。
35.本实施例的这种设置系梁的隧道底部衬砌结构的具体施工过程如下：
36.(1)隧道内施工拱墙初期支护结构1，在拱墙初期支护结构1施作完成后，在隧道底部浇筑仰拱二次衬砌4，并在仰拱二次衬砌4两侧与系梁8连接处预留接茬钢筋；
37.(2)在仰拱二次衬砌4上架设边沟模板和中心沟模板，并按设计要求预留连接边沟
6和中心沟5的导水管组件，以及横向排水盲管12，然后浇筑边沟6和中心沟5；
38.(3)在仰拱二次衬砌4上浇筑仰拱填充层3，且边沟6和中心沟5位于仰拱填充层3内，仰拱填充层3的上表面与边沟6和中心沟5上表面齐平；
39.(4)在仰拱填充层3上架设系梁钢筋，并与仰拱二次衬砌4预留的接茬钢筋进行锚固，然后浇筑系梁8；
40.(5)浇筑拱墙二次衬砌2，且拱墙二次衬砌2两侧下端与仰拱二次衬砌4两侧连接构成闭合环状；
41.(6)拼装通信电力沟槽7和预制箱体14，完成主体结构施工。
42.实施例2：
43.本实施例以时速250km双线铁路隧道ⅲ级围岩衬砌为例，分别采用传统如图1所示的仰拱结构 仰拱填充的衬砌结构，以及本实用新型的设置系梁的隧道底部衬砌结构，分析其衬砌结构的受力情况。
44.当采用传统仰拱结构 仰拱填充时，拱墙为40cm厚的素混凝土，仰拱区域为50cm厚的素混凝土，在满足《铁路隧道设计规范》（tb10003
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2016）相关规定，围岩压力分担比例为30%，当净水头高度为7m时，通过有限元计算内力结果如图3所示，墙脚区域安全系数约等于1.0，仰拱安全系数为1.22。
45.当采用本实用新型的设置系梁的隧道底部衬砌结构时，系梁为25cm厚钢筋混凝土，将仰拱二次衬砌减薄至40cm，同样在围岩压力（30%）作用下，当净水头高度为7m时，有限元计算内力结果如图4所示，墙脚区域安全系数约等于8.48，仰拱安全系数为14.55，拱顶安全系数为13.63。由此对比可知，采用本实用新型的设置系梁的隧道底部衬砌结构的承载能力得到了显著提高。
46.以上例举仅仅是对本实用新型的举例说明，并不构成对本实用新型的保护范围的限制，凡是与本实用新型相同或相似的设计均属于本实用新型的保护范围之内。