適用于軟弱地層的隧道結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及隧道結(jié)構(gòu)，提供了一種適用于軟弱地層的隧道結(jié)構(gòu)，包括復(fù)合式襯砌，沿徑向襯砌包括初期支護(hù)和二次襯砌，沿環(huán)向襯砌包括拱部、底板和兩側(cè)邊墻，由拱部、底板和兩側(cè)邊墻包圍構(gòu)成封閉結(jié)構(gòu)，在兩側(cè)邊墻和底板的連接處分別設(shè)置有邊樹根樁，兩側(cè)的邊樹根樁均沿隧道縱向間隔設(shè)置，各邊樹根樁頂端與襯砌固結(jié)并向襯砌外側(cè)傾斜插入圍巖內(nèi)。通過封閉的襯砌封閉圍巖，制止圍巖過大的松弛變形，提高結(jié)構(gòu)的整體承載力；兩側(cè)邊樹根樁呈八字形布置，對(duì)封閉的襯砌形成支撐，且邊樹根樁沿隧道縱向間隔設(shè)置，因此，能夠有效控制隧道運(yùn)營(yíng)期沉降，適應(yīng)于洞內(nèi)施工條件且施工安全、方便。適用于穿越各類軟弱地層。
【專利說明】適用于軟弱地層的隧道結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實(shí)用新型涉及隧道結(jié)構(gòu)，尤其是一種適用于軟弱地層的隧道結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]隧道是一種修建在地下的工程結(jié)構(gòu)物，被廣泛地應(yīng)用于交通、礦山、水利及國(guó)防等領(lǐng)域。隧道建筑物總體上可分為主體建筑物和附屬建筑物兩大部分，其中主體建筑物包括洞身襯砌和洞門。襯砌是用于加固洞身保持隧道穩(wěn)定，防止圍巖也即洞身周圍地層發(fā)生風(fēng)化剝落或坍塌的結(jié)構(gòu)物；而洞門則是為了穩(wěn)定邊坡、引導(dǎo)地表水，用于加固隧道的出入口。
[0003]隧道的襯砌通常采用拱形結(jié)構(gòu)，包括拱部和兩側(cè)邊墻。而目前的襯砌的結(jié)構(gòu)形式通常采用復(fù)合式襯砌，包括初期支護(hù)、二次襯砌及初期支護(hù)和二次襯砌之間的防水層，初期支護(hù)是限制圍巖在施工期間的變形，達(dá)到圍巖的暫時(shí)穩(wěn)定；二次襯砌則是提供結(jié)構(gòu)的安全儲(chǔ)備、承受后期圍巖壓力；而防水層具有防水效果，且可減少二次襯砌混凝土的收縮裂縫，提供緩沖降低形變壓力。
[0004]作為一種修建在地下的工程結(jié)構(gòu)物，隧道不可避免的會(huì)遇到軟弱地層。軟弱地層通常指承載力小于150kPa的地層，主要包括軟弱土層。所謂軟弱土層是處于軟塑、流塑狀態(tài)的黏性土層、處于松散狀態(tài)的砂土層、未經(jīng)處理的填土和其他高壓縮性土層，其具有強(qiáng)度低、壓縮性高及滲透性較差等特點(diǎn)。穿越軟弱地層的隧道，受作為基底的軟弱地層承載力低的影響，在交通荷載、地質(zhì)變化以及地下水變化等因素的作用下，極易在運(yùn)營(yíng)期產(chǎn)生沉降病害，因此控制其在運(yùn)營(yíng)期的隧道沉降是保證工程質(zhì)量與安全的關(guān)鍵技術(shù)問題之一。
[0005]具體的講，當(dāng)隧道基底承載力小于150kPa時(shí)，對(duì)隧道基底進(jìn)行加固處理，以提高其承載力，控制運(yùn)營(yíng)期隧道沉降。傳統(tǒng)的基底加固方案包括:人工挖孔樁、混凝土灌注樁、預(yù)制粧、聞壓旋噴粧、基底換填等。但由于隧道基底處理施工場(chǎng)地受:隧道掌子面開挖的影響和洞內(nèi)狹小場(chǎng)地的限制，隧道開挖、隧道支護(hù)和基底加固在時(shí)間和空間上相互影響和干擾，人工挖孔樁、混凝土灌注樁、預(yù)制樁、高壓旋噴樁難以滿足洞內(nèi)施工條件。而基底換填施工，循環(huán)周期長(zhǎng)，對(duì)圍巖干擾嚴(yán)重，施工安全性差，且處理具有局限性，僅能處理厚度不大于3m的軟弱基底。因此，開發(fā)一種能夠有效控制隧道運(yùn)營(yíng)期沉降，同時(shí)適應(yīng)于洞內(nèi)施工條件且施工方便、安全的隧道結(jié)構(gòu)成為一個(gè)刻不容緩的工作。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠有效控制隧道運(yùn)營(yíng)期沉降，同時(shí)適應(yīng)于洞內(nèi)施工條件且施工方便、安全的適用于軟弱地層的隧道結(jié)構(gòu)。
[0007]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:適用于軟弱地層的隧道結(jié)構(gòu)，包括復(fù)合式襯砌，沿徑向所述襯砌包括外側(cè)的初期支護(hù)和內(nèi)側(cè)的二次襯砌，沿環(huán)向所述襯砌包括拱部和兩側(cè)邊墻，設(shè)置有底板，由拱部、底板和兩側(cè)邊墻包圍構(gòu)成封閉結(jié)構(gòu)，在兩側(cè)邊墻和底板的連接處分別設(shè)置有邊樹根樁，兩側(cè)的邊樹根樁均沿隧道縱向間隔設(shè)置，所述各邊樹根樁頂端與襯砌固結(jié)并向襯砌外側(cè)傾斜插入圍巖內(nèi)。[0008]進(jìn)一步的，設(shè)置有頂端與底板固結(jié)并插入底板下方圍巖內(nèi)的底樹根樁，所述底樹根樁沿底板縱橫向間隔設(shè)置。作為一種優(yōu)選，所述底樹根樁按行列布置并沿縱向插入圍巖，且相鄰行之間的底樹根樁沿底板橫向相互錯(cuò)開、相鄰列之間的底樹根樁沿底板縱向相互錯(cuò)開。進(jìn)一步的，在各列底樹根樁的相鄰底樹根樁之間設(shè)置有頂端與底板固結(jié)并縱向植入底板下方圍巖內(nèi)的錨桿或注漿小導(dǎo)管。
[0009]進(jìn)一步的，所述底板采用仰拱。
[0010]進(jìn)一步的，設(shè)置連接鋼筋，所述連接鋼筋一端植入邊墻底部、另一端與仰拱固結(jié)。
[0011]進(jìn)一步的，設(shè)置有地下水排水結(jié)構(gòu)，包括集水管、連接管、匯水管和排水管；所述集水管表面陣列有泄水孔并埋設(shè)于邊墻外側(cè)圍巖內(nèi)，所述匯水管位于底板下方并沿底板橫向延伸，所述各集水管和各匯水管均沿隧道縱向間隔設(shè)置；所述連接管埋設(shè)于襯砌內(nèi)，并由各連接管分別連通對(duì)應(yīng)的匯水管和集水管；所述排水管位于底板下方并沿隧道縱向延伸，各匯水管均與排水管相連通。具體的，設(shè)置有盲溝，所述排水管埋設(shè)于盲溝內(nèi)且排水管上部陣列有同盲溝相連通的匯水孔；所述匯水管插入盲溝內(nèi)并經(jīng)盲溝同排水管相連通。
[0012]本實(shí)用新型的有益效果是:通過封閉的襯砌封閉圍巖，制止圍巖過大的松弛變形，提高結(jié)構(gòu)的整體承載力；兩側(cè)邊樹根樁呈八字形布置，對(duì)封閉的襯砌形成支撐，且邊樹根樁沿隧道縱向間隔設(shè)置，因此，能夠有效控制隧道運(yùn)營(yíng)期沉降。由于僅增加樹根樁及底板，因此施工方便；且樹根樁的施工，噪音和振動(dòng)很小，對(duì)于圍巖的擾動(dòng)小，所需施工場(chǎng)地較小，因此適應(yīng)于洞內(nèi)施工條件且施工安全。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2是實(shí)施例一的底樹根樁和注漿小導(dǎo)管的布置示意圖；
[0015]圖3是實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖4是實(shí)施例二的邊墻和仰拱的連接示意圖；
[0017]圖5是實(shí)施例二排水結(jié)構(gòu)的布置示意圖；
[0018]圖6是實(shí)施例二排水結(jié)構(gòu)的盲溝結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]本實(shí)用新型的適用于軟弱地層的隧道結(jié)構(gòu)，包括復(fù)合式襯砌10，沿徑向所述襯砌10包括外側(cè)的初期支護(hù)14和內(nèi)側(cè)的二次襯砌15，沿環(huán)向所述襯砌10包括拱部11、底板和兩側(cè)邊墻13，并由拱部11、底板和兩側(cè)邊墻13包圍構(gòu)成封閉結(jié)構(gòu)，在兩側(cè)邊墻13和底板的連接處分別設(shè)置有邊樹根樁16，兩側(cè)的邊樹根樁16均沿隧道縱向間隔設(shè)置，所述各邊樹根樁16頂端與襯砌10固結(jié)并向襯砌10外側(cè)傾斜插入圍巖內(nèi)。
[0020]在隧道的橫斷面內(nèi)，復(fù)合式襯砌10為封閉結(jié)構(gòu)，通過封閉結(jié)構(gòu)封閉圍巖，制止圍巖過大的松弛變形，將圍巖塑性變形和形變壓力控制在允許范圍，提高結(jié)構(gòu)的整體承載力，同時(shí)由兩側(cè)邊樹根樁16對(duì)環(huán)狀封閉的復(fù)合式襯砌10形成支撐；沿隧道縱向，兩側(cè)邊樹根樁16均沿隧道縱向間隔設(shè)置，能夠沿隧道縱向?qū)π纬赏暾闹?。樹根樁采用壓漿法成樁，能夠由樹根樁和樁間土共同構(gòu)成樹根樁復(fù)合地基，具有較高的承載力；同時(shí)，兩側(cè)邊樹根樁16向襯砌10外側(cè)傾斜插入圍巖內(nèi)呈八字形布置，能夠有效增加承載土體的橫向?qū)挾?，分散載荷，增強(qiáng)承載力和穩(wěn)定性。因此，本實(shí)用新型的適用于軟弱地層的隧道結(jié)構(gòu)，能夠有效控制隧道運(yùn)營(yíng)期沉降。
[0021]由于僅需在現(xiàn)有復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加樹根樁及底板，因此施工方便。且樹根樁的施工，噪音和振動(dòng)很小，對(duì)于圍巖的擾動(dòng)小，所需施工場(chǎng)地較小，因此適應(yīng)于洞內(nèi)施工條件且施工安全。同時(shí)，也由于上述原因，本實(shí)用新型的隧道結(jié)構(gòu)，除了用于新建隧道夕卜，也能用于現(xiàn)有隧道沉降病害的整治。
[0022]另外，樹根樁可用于雜填土、素填土、碎石土、砂土、粉土、粘性土、濕陷性黃土、膨脹土等不同地質(zhì)條件及喀斯特巖溶地區(qū)，且既能用于地下水位以上，也可用于地下水位以下，因此本實(shí)用新型的隧道結(jié)構(gòu)能夠適用于各類軟弱地層，適應(yīng)性好。
[0023]對(duì)于隧道橫向?qū)挾容^寬、地層承載力較差的情況，進(jìn)一步的，設(shè)置有頂端與底板固結(jié)并插入底板下方圍巖內(nèi)的底樹根樁17，所述底樹根樁17沿底板縱橫向間隔設(shè)置。在隧道的橫斷面內(nèi)，通過底樹根樁17和兩側(cè)的邊樹根樁16形成完整的支撐以及整個(gè)橫向上承載土體的強(qiáng)化。底樹根樁17的排列方式可以根據(jù)具體的地層條件、隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)置。
[0024]其中，作為一種優(yōu)選，所述底樹根樁17按行列布置并沿縱向插入圍巖，且相鄰行之間的底樹根樁17沿底板橫向相互錯(cuò)開、相鄰列之間的底樹根樁17沿底板縱向相互錯(cuò)開。該布置形式，能夠有效保證對(duì)底板下方承載土體整體的強(qiáng)化，提高承載土體的整體性。為了進(jìn)一步提供承載力，在各列底樹根樁17的相鄰底樹根樁17之間設(shè)置有頂端與底板固結(jié)并縱向植入底板下方圍巖內(nèi)的錨桿或注衆(zhòng)小導(dǎo)管18。
[0025]進(jìn)一步的，所述底板采用仰拱12，仰拱12能夠提高基礎(chǔ)承載力，減少下沉。
[0026]軟弱地層的承載力受地下水影響較大，因此進(jìn)一步的，設(shè)置有地下水排水結(jié)構(gòu)，包括集水管、連接管32、匯水管33和排水管35 ;所述集水管表面陣列有泄水孔并埋設(shè)于邊墻13外側(cè)圍巖內(nèi)，所述匯水管33位于底板下方并沿底板橫向延伸，所述各集水管和各匯水管33均沿隧道縱向間隔設(shè)置；所述連接管32埋設(shè)于襯砌10內(nèi)，并由各連接管32分別連通對(duì)應(yīng)的匯水管33和集水管；所述排水管35位于底板下方并沿隧道縱向延伸，各匯水管33均與排水管35相連通。隧道兩側(cè)及兩側(cè)上方的地下水經(jīng)泄水孔進(jìn)入集水管，然后通過由集水管、連接管32、匯水管33構(gòu)成的橫向排水管路排入排水管35，并最終由排水管35排出至地表，因此能夠有效降低地下水的水位，使得土體固結(jié)，提高承載力并保證承載力的穩(wěn)定。對(duì)于二次襯砌外側(cè)設(shè)置有排水結(jié)構(gòu)的隧道結(jié)構(gòu)，上述橫向排水管可直接與二次襯砌外側(cè)的縱向排水管31相連，因此其僅需延伸至二次襯砌外側(cè)即可，無需延伸至圍巖內(nèi)。
[0027]上述的底樹根樁、錨桿、注漿小導(dǎo)管及排水結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)具體的地層條件進(jìn)行選擇和組合，以滿足具體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要求。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。
[0028]實(shí)施例一
[0029]本實(shí)施例為一新建隧道，其圍巖為泥巖夾炭質(zhì)泥巖、薄煤層，屬軟巖?極軟巖；且?guī)r體受地質(zhì)構(gòu)造影響嚴(yán)重，巖體破碎，呈角碎狀松散結(jié)構(gòu)。
[0030]如圖1所示，本實(shí)施例的隧道結(jié)構(gòu)，包括曲墻式的復(fù)合式襯砌10，沿徑向所述襯砌10包括外側(cè)的初期支護(hù)14和內(nèi)側(cè)的二次襯砌15，初期支護(hù)14和二次襯砌15之間設(shè)置有防水層19，沿環(huán)向所述襯砌10包括拱部11、仰拱12和兩側(cè)邊墻13，并由拱部11、仰拱12和兩側(cè)邊墻13包圍構(gòu)成環(huán)狀的封閉結(jié)構(gòu)，在兩側(cè)邊墻13和仰拱12的連接處分別設(shè)置有邊樹根樁16，兩側(cè)的邊樹根樁16均沿隧道縱向間隔設(shè)置，所述各邊樹根樁16頂端與襯砌10固結(jié)并向襯砌10外側(cè)傾斜插入圍巖內(nèi)。且如圖1所示,在對(duì)應(yīng)橫斷面內(nèi)，兩側(cè)分別設(shè)置兩根邊樹根樁16，同側(cè)邊樹根樁16呈八字形布置。
[0031]如圖1、圖2所示，設(shè)置有頂端與仰拱12固結(jié)并沿縱向插入仰拱12下方圍巖內(nèi)的底樹根樁17，所述底樹根樁17按行列布置，且相鄰行之間的底樹根樁17沿仰拱12橫向相互錯(cuò)開、相鄰列之間的底樹根樁17沿仰拱12縱向相互錯(cuò)開；在各列底樹根樁17的相鄰底樹根樁17之間設(shè)置有頂端與仰拱12固結(jié)并縱向植入仰拱12下方圍巖內(nèi)的注漿小導(dǎo)管18。
[0032]實(shí)施例二
[0033]本實(shí)施例是對(duì)一現(xiàn)有隧道的整治，其處于紅層砂泥巖互層區(qū)，隧底泥巖在地下水反復(fù)作用下易產(chǎn)生軟化?，F(xiàn)有隧道結(jié)構(gòu)，包括復(fù)合式襯砌10，沿徑向所述襯砌10包括外側(cè)的初期支護(hù)和內(nèi)側(cè)的二次襯砌，沿環(huán)向所述襯砌10包括拱部11和兩側(cè)邊墻13。
[0034]整治后的隧道結(jié)構(gòu)，也即本實(shí)施例適用于軟弱地層的的隧道結(jié)構(gòu)，如圖3、圖4所示，增設(shè)仰拱12和套襯20 ;設(shè)置連接鋼筋21，所述連接鋼筋21 —端植入邊墻13底部、另一端與仰拱12固結(jié)；沿徑向所述襯砌10包括外側(cè)的初期支護(hù)、內(nèi)側(cè)的套襯20及初期支護(hù)和套襯20之間的二次襯砌，沿環(huán)向由拱部11、仰拱12和兩側(cè)邊墻13包圍構(gòu)成環(huán)狀的封閉結(jié)構(gòu)，在兩側(cè)邊墻13和仰拱12的連接處分別設(shè)置有邊樹根樁16，兩側(cè)的邊樹根樁16均沿隧道縱向間隔設(shè)置，所述各邊樹根樁16頂端與襯砌10固結(jié)并向襯砌10外側(cè)傾斜插入圍巖內(nèi)。
[0035]如圖5、圖6所示，設(shè)置有地下水排水結(jié)構(gòu)，由于原二次襯砌外側(cè)設(shè)置有排水結(jié)構(gòu)，因此，改造過程中，僅設(shè)置匯水管33和排水管35，其中匯水管33位于仰拱12下方并沿仰拱12橫向延伸，各匯水管33沿隧道縱向間隔設(shè)置，所述排水管35位于仰拱12下方并沿隧道縱向延伸，各匯水管33分別與原埋設(shè)于二次襯砌內(nèi)的連接管32連通并經(jīng)連接管32連通原二次襯砌外側(cè)的縱向排水管31，各匯水管33的另一端分別與排水管35連通。具體的，設(shè)置有盲溝34，所述排水管35埋設(shè)于盲溝34內(nèi)且排水管35上部陣列有同盲溝34相連通的匯水孔36 ;所述匯水管33插入盲溝34內(nèi)并經(jīng)盲溝34同排水管35相連通。
【權(quán)利要求】
1.適用于軟弱地層的隧道結(jié)構(gòu)，包括復(fù)合式襯砌(10)，沿徑向所述襯砌(10)包括外側(cè)的初期支護(hù)(14)和內(nèi)側(cè)的二次襯砌(15)，沿環(huán)向所述襯砌(10)包括拱部(11)和兩側(cè)邊墻(13)，其特征在于:設(shè)置有底板，由拱部(11)、底板和兩側(cè)邊墻(13)包圍構(gòu)成封閉結(jié)構(gòu)，在兩側(cè)邊墻(13)和底板的連接處分別設(shè)置有邊樹根樁(16)，兩側(cè)的邊樹根樁(16)均沿隧道縱向間隔設(shè)置，所述各邊樹根樁(16)頂端與襯砌(10)固結(jié)并向襯砌(10)外側(cè)傾斜插入圍巖內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的適用于軟弱地層的隧道結(jié)構(gòu)，其特征在于:設(shè)置有頂端與底板固結(jié)并插入底板下方圍巖內(nèi)的底樹根樁(17)，所述底樹根樁(17)沿底板縱橫向間隔設(shè)置。
3.如權(quán)利要求2所述的適用于軟弱地層的隧道結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述底樹根樁(17)按行列布置并沿縱向插入圍巖，且相鄰行之間的底樹根樁(17)沿底板橫向相互錯(cuò)開、相鄰列之間的底樹根樁(17)沿底板縱向相互錯(cuò)開。
4.如權(quán)利要求3所述的適用于軟弱地層的隧道結(jié)構(gòu)，其特征在于:在各列底樹根樁(17)的相鄰底樹根樁(17)之間設(shè)置有頂端與底板固結(jié)并縱向植入底板下方圍巖內(nèi)的錨桿或注衆(zhòng)小導(dǎo)管(18)。
5.如權(quán)利要求1、2、3或4所述的適用于軟弱地層的隧道結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述底板采用仰拱(12)。
6.如權(quán)利要求5所述的適用于軟弱地層的隧道結(jié)構(gòu)，其特征在于:設(shè)置連接鋼筋(21)，所述連接鋼筋(21)—端植入邊墻(13)底部、另一端與仰拱(12)固結(jié)。
7.如權(quán)利要求1所述的適用于軟弱地層的隧道結(jié)構(gòu)，其特征在于:設(shè)置有地下水排水結(jié)構(gòu)，包括集水管、連接管(32)、匯水管(33)和排水管(35);所述集水管表面陣列有泄水孔并埋設(shè)于邊墻(13)外側(cè)圍巖內(nèi)，所述匯水管(33)位于底板下方并沿底板橫向延伸，所述各集水管和各匯水管(33)均沿隧道縱向間隔設(shè)置；所述連接管(32)埋設(shè)于襯砌(10)內(nèi)，并由各連接管(32)分別連通對(duì)應(yīng)的匯水管(33)和集水管；所述排水管(35)位于底板下方并沿隧道縱向延伸，各匯水管(33)均與排水管(35)相連通。
8.如權(quán)利要求7所述的適用于軟弱地層的隧道結(jié)構(gòu)，其特征在于:設(shè)置有盲溝(34)，所述排水管(35)埋設(shè)于盲溝(34)內(nèi)且排水管(35)上部陣列有同盲溝(34)相連通的匯水孔(36);所述匯水管(33)插入盲溝(34)內(nèi)并經(jīng)盲溝(34)同排水管(35)相連通。
【文檔編號(hào)】E21D11/00GK203515597SQ201320645563
【公開日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年10月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月18日
【發(fā)明者】王聯(lián), 李玉文, 張兆杰, 林國(guó)進(jìn), 鄭金龍, 田尚志, 田志宇, 高世軍, 李泳伸, 周仁強(qiáng) 申請(qǐng)人:四川省交通運(yùn)輸廳公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院