大變形地裂縫段隧道襯砌接縫結(jié)構(gòu)及其構(gòu)建方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種大變形地裂縫段隧道襯砌接縫結(jié)構(gòu)及其構(gòu)建方法。地裂縫段較大的地層變形趨勢對隧道襯砌結(jié)構(gòu)的安全性與長期耐久性非常不利，給列車運營帶來安全隱患。本發(fā)明在襯砌結(jié)構(gòu)接縫內(nèi)外側(cè)設(shè)置了且型外貼式橡膠止水帶與Ω型外貼式橡膠止水帶，通過橡膠帶在襯砌接縫內(nèi)預(yù)留部分的自由伸縮，來適應(yīng)一定時期內(nèi)接縫兩側(cè)襯砌結(jié)構(gòu)的相對運動，進(jìn)而確保地裂縫段襯砌結(jié)構(gòu)能適應(yīng)地層的變形趨勢。本發(fā)明設(shè)計的襯砌接縫構(gòu)造型式，是一種柔性結(jié)構(gòu)，能夠有效控制地層位移過程中，襯砌結(jié)構(gòu)過大的變形勢能與內(nèi)應(yīng)力，減少地裂縫段襯砌結(jié)構(gòu)的裂縫與滲漏趨勢，可以滿足地裂縫段較大的地層變形對隧道襯砌結(jié)構(gòu)的特殊要求，進(jìn)一步可確保隧道百年工程的使用壽命。
【專利說明】大變形地裂縫段隧道襯砌接縫結(jié)構(gòu)及其構(gòu)建方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于隧道工程【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種大變形地裂縫段隧道襯砌接縫結(jié)構(gòu)及其構(gòu)建方法。
【背景技術(shù)】
[0002]對于目前國內(nèi)各大城市的軌道交通工程，淺埋暗挖法隧道依舊占據(jù)著相當(dāng)?shù)谋壤?，尤其在超淺覆土地段、對結(jié)構(gòu)凈空有特殊要求地段、以及對結(jié)構(gòu)變形有特殊要求地段等區(qū)域。地裂縫對區(qū)間隧道襯砌結(jié)構(gòu)適應(yīng)不均勻變形的能力有特殊要求，要求百年設(shè)計年限內(nèi)的最大變形量需達(dá)到500mm(或更大)，而且還要滿足列車正常運營的要求。但是現(xiàn)行的隧道接縫設(shè)計主要考慮其防水功能，而非其適應(yīng)不均勻變形的能力，一般淺埋暗挖法隧道設(shè)置的變形縫，僅能滿足隧道施工與列車運營期間，由于濕度或溫度變化引起的襯砌結(jié)構(gòu)膨脹變形或收縮變形，遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足地裂縫段隧道襯砌結(jié)構(gòu)的變形要求，這將會嚴(yán)重影響地裂縫段區(qū)間隧道工程的質(zhì)量與安全，現(xiàn)有的接縫設(shè)計理念很難保證百年工程的設(shè)計目標(biāo)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種大變形地裂縫段隧道襯砌接縫結(jié)構(gòu)及其構(gòu)建方法，以接縫自身的柔性伸縮來調(diào)節(jié)地層變形引起的襯砌結(jié)構(gòu)相對位移，提高隧道襯砌適應(yīng)不均勻變形的能力，實現(xiàn)地裂縫段襯砌接縫的柔性構(gòu)造與襯砌結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)變形。
[0004]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
大變形地裂縫段隧道襯砌接縫結(jié)構(gòu)，包含有襯砌接縫兩側(cè)的襯砌結(jié)構(gòu)，其特征在于:
襯砌接縫的外側(cè)的襯砌結(jié)構(gòu)上固定有且型外貼式橡膠止水帶，襯砌接縫的內(nèi)側(cè)的襯砌結(jié)構(gòu)上固定有Ω型外貼式橡膠止水帶。
[0005]且型外貼式橡膠止水帶為封閉型橡膠止水帶，橫截面呈“且”字形，即中心孔內(nèi)設(shè)置有平行于橡膠止水帶帶狀部分的橫隔帶，形成多孔中心孔結(jié)構(gòu)；
且型外貼式橡膠止水帶通過錨栓固定于襯砌接縫外側(cè)兩邊的襯砌結(jié)構(gòu)上。
[0006]Ω型外貼式橡膠止水帶為開敞型橡膠止水帶，橫截面呈“ Ω ”形；
Ω型外貼式橡膠止水帶通過Ω型外貼式橡膠止水帶外的鋼壓板以及錨栓，錨固于襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)預(yù)埋的鋼墊板上，從而固定于襯砌接縫內(nèi)側(cè)兩邊的襯砌結(jié)構(gòu)上。
[0007]襯砌接縫兩側(cè)襯砌結(jié)構(gòu)相對的端面上均設(shè)置有端模鋼板。
[0008]鋼墊板與其內(nèi)側(cè)設(shè)置的錨筋一同預(yù)埋于襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)。
[0009]兩側(cè)襯砌結(jié)構(gòu)發(fā)生相對位移后，相對沉降的襯砌結(jié)構(gòu)與地層間形成的空隙區(qū)域內(nèi)注入回填漿液，相對上升的襯砌結(jié)構(gòu)與Ω型外貼式橡膠止水帶之間固定焊接角鋼。
[0010]大變形地裂縫段隧道襯砌接縫結(jié)構(gòu)的構(gòu)建方法，其特征在于:
由以下步驟實現(xiàn):
步驟一:預(yù)制襯砌結(jié)構(gòu)，并在襯砌接縫內(nèi)側(cè)預(yù)埋鋼墊板與錨筋；
步驟二:將端模鋼板固定在襯砌接縫兩側(cè)襯砌結(jié)構(gòu)相對的端面上； 步驟三:利用錨栓將且型外貼式橡膠止水帶固定在襯砌接縫外側(cè)的襯砌結(jié)構(gòu)上；步驟四:利用鋼壓板與錨栓，將Ω型外貼式橡膠止水帶錨固于襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)預(yù)埋的鋼墊板上，同時固定在襯砌接縫內(nèi)側(cè)的襯砌結(jié)構(gòu)上；
步驟五:在變形后的襯砌接縫外側(cè)，襯砌結(jié)構(gòu)與地層之間形成的空隙區(qū)域，及時注入回填漿液；
步驟六:在變形后的襯砌接縫內(nèi)側(cè)，將鋼壓板與錨栓重新固定在焊接角鋼上，進(jìn)一步調(diào)節(jié)Ω型外貼式橡膠止水帶的位置。
[0011]本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
本發(fā)明在隧道襯砌結(jié)構(gòu)接縫內(nèi)外側(cè)設(shè)置了能自由伸縮的且型外貼式橡膠帶與Ω型外貼式橡膠帶，以及與外貼式橡膠帶相配套的錨固系統(tǒng)，涉及的橡膠材料與錨固材料均為常規(guī)材料，其相應(yīng)尺寸均為常規(guī)類型，便于加工制造；且型外貼式橡膠帶與Ω型外貼式橡膠帶在接縫內(nèi)的預(yù)留長度，可以根據(jù)接縫左右側(cè)襯砌結(jié)構(gòu)的相對位移設(shè)計；左右側(cè)襯砌結(jié)構(gòu)出現(xiàn)相對位移后，相對沉降的襯砌結(jié)構(gòu)外側(cè)與地層之間形成的局部空隙區(qū)域，可通過回填漿液充填密實，接縫內(nèi)側(cè)Ω型外貼式橡膠帶的位置可通過焊接角鋼進(jìn)行調(diào)整。通過接縫內(nèi)預(yù)留橡膠帶的自由伸縮，地層位移或接縫左右側(cè)襯砌結(jié)構(gòu)的相對位移，將不會對襯砌結(jié)構(gòu)形成附加應(yīng)力，能夠有效避免襯砌裂縫與滲漏的風(fēng)險，減小潛在的不安全因素，延長隧道的使用壽命，具有較高的經(jīng)濟效益和社會效益，在城市軌道交通、鐵路、公路等工程中有廣泛的應(yīng)用前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為接縫左右側(cè)襯砌結(jié)構(gòu)相對位移前的接縫結(jié)構(gòu)圖。
[0013]圖2為接縫左右側(cè)襯砌結(jié)構(gòu)相對位移后(右側(cè)下降，左側(cè)上升)的接縫結(jié)構(gòu)圖。
[0014]圖3為接縫左右側(cè)襯砌結(jié)構(gòu)相對位移后(左側(cè)下降，右側(cè)上升)的接縫結(jié)構(gòu)圖。
[0015]圖中，1-襯砌結(jié)構(gòu)，2-且型外貼式橡膠止水帶，3- Ω型外貼式橡膠止水帶，4-端模鋼板，5-鋼壓板，6-錨栓，7-鋼墊板，8-錨筋，9-焊接角鋼，10-回填漿液。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說明。
[0017]本發(fā)明所涉及的大變形地裂縫段隧道襯砌接縫結(jié)構(gòu)，包含有襯砌接縫兩側(cè)的襯砌結(jié)構(gòu)1，襯砌接縫的外側(cè)的襯砌結(jié)構(gòu)I上固定有且型外貼式橡膠止水帶2，襯砌接縫的內(nèi)側(cè)的襯砌結(jié)構(gòu)I上固定有Ω型外貼式橡膠止水帶。其中，且型外貼式橡膠止水帶2為封閉型橡膠止水帶，橫截面呈“且”字形，即中心孔內(nèi)設(shè)置有平行于橡膠止水帶帶狀部分的橫隔帶，形成多孔中心孔結(jié)構(gòu)。其帶狀部分從中線處斷開，在襯砌結(jié)構(gòu)I發(fā)生相對位移時可分離以適應(yīng)形變。且型外貼式橡膠止水帶2通過錨栓6 (需配合螺母、墊片使用)固定于襯砌接縫外側(cè)兩邊的襯砌結(jié)構(gòu)I上。Ω型外貼式橡膠止水帶3為開敞型橡膠止水帶，橫截面呈“ Ω ”形。Ω型外貼式橡膠止水帶3利用鋼壓板5與錨栓6，錨固于襯砌結(jié)構(gòu)I內(nèi)預(yù)埋的鋼墊板7上，從而固定于襯砌接縫內(nèi)側(cè)兩邊的襯砌結(jié)構(gòu)I上。鋼壓板5和鋼墊板7均為IOmm厚鋼板。鋼墊板7主要通過其內(nèi)側(cè)的錨筋8，預(yù)埋于襯砌結(jié)構(gòu)I上，錨筋為長0.5m、直徑20mm的鋼筋。鋼墊板7需要給錨栓6提供了足夠的錨固承載力。且型外貼式橡膠止水帶2和Ω型外貼式橡膠止水帶3在接縫內(nèi)需有足夠的預(yù)留長度，以便適應(yīng)襯砌接縫兩側(cè)襯砌結(jié)構(gòu)I的相對位移。
[0018]襯砌接縫兩側(cè)襯砌結(jié)構(gòu)I相對的端面上均設(shè)置有端模鋼板4，為IOmm厚的鋼板，能夠保護(hù)接縫內(nèi)部橡膠止水帶結(jié)構(gòu)不受擠壓損壞，并可協(xié)助橡膠止水帶自由伸縮。
[0019]兩側(cè)襯砌結(jié)構(gòu)I發(fā)生相對位移后，相對沉降的襯砌結(jié)構(gòu)I與地層間形成的空隙區(qū)域，可通過及時注入回填漿液10填充密實，對于相對上升的襯砌結(jié)構(gòu)1，通過在Ω型外貼式橡膠止水帶3和襯砌結(jié)構(gòu)I之間固定焊接角鋼9，調(diào)整接縫內(nèi)側(cè)Ω型外貼式橡膠帶的位置。
[0020]大變形地裂縫段隧道襯砌接縫結(jié)構(gòu)的構(gòu)建方法，由以下步驟實現(xiàn):
步驟一:按照隧道結(jié)構(gòu)受力特性與構(gòu)造要求，預(yù)制襯砌結(jié)構(gòu)1，并在襯砌接縫內(nèi)側(cè)預(yù)埋鋼墊板7與錨筋8 ;將襯砌結(jié)構(gòu)I運抵施工現(xiàn)場并按要求存放，襯砌結(jié)構(gòu)I的制作、運輸與堆放必須滿足相關(guān)規(guī)范的要求，尤其是襯砌結(jié)構(gòu)I表面的平整度與清潔度必須滿足相關(guān)要求；
步驟二:嚴(yán)格按照接縫端面構(gòu)造型式，進(jìn)行端模鋼板4的制作，將端模鋼板4固定在襯砌接縫兩側(cè)襯砌結(jié)構(gòu)I相對的端面上，可將端模鋼板4黏貼于襯砌接縫端面，端模鋼板4的尺寸與形狀必須與襯砌接縫的構(gòu)造型式對應(yīng)，起到較好地保護(hù)襯砌接縫內(nèi)預(yù)留橡膠止水帶的作用；
步驟三:嚴(yán)格按照襯砌接縫外側(cè)襯砌結(jié)構(gòu)I型式及其材料性能要求，進(jìn)行錨栓6的選購或制作，利用錨栓6將且型外貼式橡膠止水帶2固定在襯砌接縫外側(cè)兩邊的襯砌結(jié)構(gòu)I上，要能保證襯砌接縫變形過程中，且型外貼式橡膠止水帶2的受力穩(wěn)定性；
步驟四:嚴(yán)格按照襯砌接縫內(nèi)側(cè)襯砌結(jié)構(gòu)I型式及其材料性能要求，進(jìn)行鋼壓板5的選購或制作，利用襯砌接縫內(nèi)側(cè)預(yù)埋的鋼墊板7、鋼壓板5與錨栓6，將Ω型外貼式橡膠止水帶3固定在襯砌接縫內(nèi)側(cè)兩邊的襯砌結(jié)構(gòu)I上，要能保證襯砌接縫變形過程中，Ω型外貼式橡膠止水帶3的受力穩(wěn)定性；
步驟五:隨著襯砌接縫兩側(cè)襯砌結(jié)構(gòu)I相對位移的增大，相對下降側(cè)襯砌結(jié)構(gòu)I與地層之間將會出現(xiàn)一定的局部空隙，應(yīng)視空隙的大小與分布及時注入回填漿液10，回填漿液10硬化后的體積收縮率要小，結(jié)石體強度要高，長期耐久性也要滿足相關(guān)規(guī)范要求，以保證襯砌結(jié)構(gòu)I與地層之間的良好接觸；
步驟六:隨著襯砌接縫兩側(cè)襯砌結(jié)構(gòu)I相對位移的增大，在相對上升的襯砌結(jié)構(gòu)I 一偵牝接縫內(nèi)預(yù)留的Ω型外貼式橡膠止水帶3長度將逐步減小，為了能適應(yīng)不同的接縫位移要求，最大程度地發(fā)揮Ω型外貼式橡膠止水帶3的功能，在襯砌結(jié)構(gòu)I與Ω型外貼式橡膠止水帶3之間設(shè)置焊接角鋼9，以調(diào)節(jié)Ω型外貼式橡膠止水帶3的位置，焊接角鋼9的尺寸需滿足相關(guān)構(gòu)造要求，其強度需保證受力穩(wěn)定性，其剛度需滿足變形要求。
[0021]要從理論上找出能完全適應(yīng)地裂縫段大變形要求的襯砌結(jié)構(gòu)接縫構(gòu)造型式或接縫材料，在現(xiàn)有的技術(shù)水平與施工條件下，仍有相當(dāng)大的難度，因為實際工程中接縫兩側(cè)襯砌結(jié)構(gòu)I的相對位移趨勢在一定程度上是不可避免的，而且不同位移趨勢對接縫的構(gòu)造要求也是不一樣的，目前能適應(yīng)大變形要求的接縫構(gòu)造型式，仍需按照“柔性接縫”的基本原則進(jìn)行設(shè)計與施工。
[0022]本發(fā)明的“柔性接縫”主要指接縫內(nèi)外側(cè)設(shè)置的且型外貼式橡膠止水帶2與Ω型外貼式橡膠止水帶3在接縫內(nèi)預(yù)留部分的自由伸縮，能夠協(xié)調(diào)接縫兩側(cè)襯砌結(jié)構(gòu)I的相對位移，減弱或避免相對位移引起的襯砌結(jié)構(gòu)附加內(nèi)力，實現(xiàn)隧道縱向的柔性構(gòu)造。其中，鋼壓板5、錨栓6、鋼墊板7與錨筋8能夠確保接縫兩側(cè)襯砌結(jié)構(gòu)I在出現(xiàn)明顯的相對位移情況下，且型外貼式橡膠止水帶2與Ω型外貼式橡膠止水帶3能夠穩(wěn)妥地固定在接縫內(nèi)外偵牝端模鋼板4能夠保護(hù)接縫內(nèi)預(yù)留橡膠止水帶不受擠壓損壞，并可協(xié)助橡膠止水帶自由伸縮；隨著接縫兩側(cè)襯砌結(jié)構(gòu)I相對位移的增大，在相對下降的襯砌結(jié)構(gòu)I 一側(cè)，接縫內(nèi)預(yù)留的且型外貼式橡膠止水帶2長度逐漸減小，接縫內(nèi)預(yù)留的Ω型外貼式橡膠止水帶3長度逐漸增大，而在相對上升的襯砌結(jié)構(gòu)I 一側(cè)，情況則恰好相反，同時相對下降側(cè)襯砌結(jié)構(gòu)I與地層之間可能會形成一定的局部空隙，回填漿液10的及時注入，可確保襯砌結(jié)構(gòu)I與地層之間形成良好接觸，同時在相對上升的襯砌結(jié)構(gòu)I底部設(shè)置焊接角鋼9，調(diào)節(jié)Ω型外貼式橡膠止水帶3在接縫內(nèi)的預(yù)留長度，以適應(yīng)不同的接縫位移要求，并滿足隧道內(nèi)部結(jié)構(gòu)凈空的使用要求與結(jié)構(gòu)表面平整度要求。
[0023]在地層出現(xiàn)較大變形的情況下，在接縫內(nèi)外側(cè)設(shè)置的且型外貼式橡膠止水帶2與Ω型外貼式橡膠止水帶3，可以保證接縫能隨著兩側(cè)襯砌結(jié)構(gòu)I的相對位移而進(jìn)行自由伸縮，自由伸縮的長度可根據(jù)最大位移設(shè)置，一般情況下可達(dá)到500_，甚至更多，能夠顯著減弱隧道縱向不均勻變形對襯砌結(jié)構(gòu)的不利影響，將隧道裂縫與滲漏的風(fēng)險降到最低程度。
[0024]本發(fā)明的內(nèi)容不限于實施例所列舉，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員通過閱讀本發(fā)明說明書而對本發(fā)明技術(shù)方案采取的任何等效的變換，均為本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【權(quán)利要求】
1.大變形地裂縫段隧道襯砌接縫結(jié)構(gòu)，包含有襯砌接縫兩側(cè)的襯砌結(jié)構(gòu)(1)，其特征在于: 襯砌接縫的外側(cè)的襯砌結(jié)構(gòu)(I)上固定有且型外貼式橡膠止水帶(2)，襯砌接縫的內(nèi)側(cè)的襯砌結(jié)構(gòu)(I)上固定有Ω型外貼式橡膠止水帶。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大變形地裂縫段隧道襯砌接縫結(jié)構(gòu)，其特征在于: 且型外貼式橡膠止水帶(2)為封閉型橡膠止水帶，橫截面呈“且”字形，即中心孔內(nèi)設(shè)置有平行于橡膠止水帶帶狀部分的橫隔帶，形成多孔中心孔結(jié)構(gòu)； 且型外貼式橡膠止水帶(2)通過錨栓(6)固定于襯砌接縫外側(cè)兩邊的襯砌結(jié)構(gòu)(I)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大變形地裂縫段隧道襯砌接縫結(jié)構(gòu)，其特征在于: Ω型外貼式橡膠止水帶(3)為開敞型橡膠止水帶，橫截面呈“ Ω ”形； Ω型外貼式橡膠止水帶(3)通過Ω型外貼式橡膠止水帶(3)外的鋼壓板(5)以及錨栓(6)，錨固于襯砌結(jié)構(gòu)(I)內(nèi)預(yù)埋的鋼墊板(7)上，從而固定于襯砌接縫內(nèi)側(cè)兩邊的襯砌結(jié)構(gòu)(I)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的大變形地裂縫段隧道襯砌接縫結(jié)構(gòu)，其特征在于: 襯砌接縫兩側(cè)襯砌結(jié)構(gòu)(I)相對的端面上均設(shè)置有端模鋼板(4)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的大變形地裂縫段隧道襯砌接縫結(jié)構(gòu)，其特征在于: 鋼墊板(7 )與其內(nèi)側(cè)設(shè)置的錨筋(8 ) —同預(yù)埋于襯砌結(jié)構(gòu)(I)內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的大變形地裂縫段隧道襯砌接縫結(jié)構(gòu)，其特征在于: 兩側(cè)襯砌結(jié)構(gòu)(I)發(fā)生相對位移后，相對沉降的襯砌結(jié)構(gòu)(I)與地層間形成的空隙區(qū)域內(nèi)注入回填漿液(10)，相對上升的襯砌結(jié)構(gòu)(I)與Ω型外貼式橡膠止水帶(3)之間固定焊接角鋼(9)。
7.大變形地裂縫段隧道襯砌接縫結(jié)構(gòu)的構(gòu)建方法，其特征在于: 由以下步驟實現(xiàn): 步驟一:預(yù)制襯砌結(jié)構(gòu)(1)，并在襯砌接縫內(nèi)側(cè)預(yù)埋鋼墊板(7)與錨筋(8)； 步驟二:將端模鋼板(4)固定在襯砌接縫兩側(cè)襯砌結(jié)構(gòu)(I)相對的端面上； 步驟三:利用錨栓(6)將且型外貼式橡膠止水帶(2)固定在襯砌接縫外側(cè)的襯砌結(jié)構(gòu)(I)上； 步驟四:利用鋼壓板(5)與錨栓(6)，將Ω型外貼式橡膠止水帶(3)錨固于襯砌結(jié)構(gòu)(O內(nèi)預(yù)埋的鋼墊板(7)上，同時固定在襯砌接縫內(nèi)側(cè)的襯砌結(jié)構(gòu)(I)上； 步驟五:在變形后的襯砌接縫外側(cè)，襯砌結(jié)構(gòu)(I)與地層之間形成的空隙區(qū)域，及時注入回填漿液(10)； 步驟六:在變形后的襯砌接縫內(nèi)側(cè)，將鋼壓板(5)與錨栓(6)重新固定在焊接角鋼(9)上，進(jìn)一步調(diào)節(jié)Ω型外貼式橡膠止水帶(3)的位置。
【文檔編號】E21D11/00GK103628895SQ201310672697
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月12日
【發(fā)明者】雷永生, 戴志仁, 王俊, 李談, 李團(tuán)設(shè), 王春希, 張海, 馬曉波, 王博, 翁木生, 王立新, 楊小兵 申請人:中鐵第一勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司