[发明专利]双曲隧道

说明书

技术领域   本发明属于隧道及地下工程技术领域，适用于铁路、公路、冶金、煤炭、水电、水利、人防、国防等隧道、巷道、坑道、地道以及地下拱形厂房、城市地铁、民居窑洞等工程设施，具体地说是一种双曲隧道。

背景技术   目前，双曲拱桥、双曲拱坝技术已经成熟，技术优势也比较明显；迄今为止，全世界隧道修建均采用单曲隧道，还没有双曲隧道。

现有的利用预制构件组装的装配式隧道被许多国家作为技术发展的重要标志，具有降低成本、缩短工期的效果，但只能适用于一定尺寸、一定拱形的隧道建筑，缺乏通用性。加之，没有考虑合理受力、立体受力、立即受力等优化措施，经济效益也为之逊色。

目前，新奥法及复合式衬砌风靡世界，新奥法在世界各国产生了巨大影响，但争论也未间断过。主要源于新奥法原理在实际工程应用中的界定问题，比如，在解释根据岩石特性曲线和支护特性曲线选择支护时，说明支护不能太刚，太刚则承受过多荷载，支护设计不经济；支护时机太晚或太柔，易造成松散压力形成。很多人用岩石力学的方法、量测的方法、力学加经验的方法等来推求最合理的支护时机和支护刚度，围绕这一命题写过大量文章。但广大工程技术人员，甚至学者在处理工程问题时，仍然用围岩分类及经验来确定支护参数。并随时观测工程，危险时就加强支护，缩短开挖进尺，过分安全时就减少支护，并没有一套切实可行的设计方法。

新奥法及复合式衬砌，虽然创新了保护围岩，最大限度地发挥围岩的自承力作用，采用了以喷锚支护为初期衬砌加模筑混凝土为二次衬砌的复合式衬砌，对施工安全、硬岩隧道的节约起了一定作用，但在诸多工程中也不乏失败的实例；硬岩隧道并不比46年前的整体式衬砌节约；软岩隧道又无法利用围岩的自承能力。

发明内容   本发明的目的在于提供一种实现隧道建设安全、优质、快速、节约目标的双曲隧道。该双曲隧道在建造过程中，将预制与现浇相结合，除发挥新奥法保护围岩，充分利用围岩承载力，实现围岩、衬砌共同承载外，还能发挥双曲优化复合结构的立即受力、立体受力和合理受力等优势，克服新奥法片面强调最大限度地发挥围岩的自承力作用，不作技术经济比较来保证其安全可靠性的做法，用一种全新的安全、简便、节约、可靠的方式，实现又好又快即安全、优质、环保、节约、设计快、施工快的建设隧道的目的。

本发明实现上述目的所采取的技术方案如下：一种双曲隧道，其特征在于：该双曲隧道包括拱片层、现浇防水混凝土层和基础；现浇防水混凝土层位于围岩和拱片层之间并与两者紧密结合，拱片层的施工缝与现浇防水混凝土层的施工缝相互错开；拱片层由相互固定连接的预制拱片构成，预制拱片的内凹面对应于隧道空间，预制拱片的起拱与隧道轴线平行设置、即预制拱片的起拱与隧道的深度方向相平行；连接螺栓将相邻两预制拱片固定连接或/和用拱内纵向拉筋相邻的数块预制拱片拉结固定在一起；环形钢筋穿过位于同一深度截面的、相邻的两预制拱片的主筋弯钩处，主筋弯钩交叉固定于环形钢筋，将相邻的两预制拱片的外侧固定连接；预制拱片的连接肋、环形钢筋与围岩之间的混凝土层构成暗肋。

进一步的，加强拉筋将不同层的、相邻的两预制拱片的锚固搬运筋固定连接，在拱片层外侧面构成菱形钢筋网。

所说的双曲隧道是指隧道横截面本身的拱形隧道和沿隧道深度方向设置的拱片层，拱片层沿隧道的深度方向具有无数个纵向小拱，即每一片拱片就是一个小拱。

本发明与现有技术相比，具有下述优势：

第一、通过五步安全法，确保安全施工；

邓刚指出：“为防止塌方并减小模筑混凝土衬砌所承受的地层压力，锚杆、喷混凝土、钢筋格栅、纵向超前大小管棚等措施均广泛被采用，其费用已占总支护费用的30％~50％……因此，结构计算中不考虑喷锚支护和岩体加固作用显然已十分不合理”。这种不进行科学计算的做法，造成大多数隧道虽保证了安全，却造成了浪费；或者由于预加固不足以及寻找最佳支护点等待释放等原因，最后造成通天坍塌的事故。历时数年始自英国，波及国际的围绕新奥法的一场争论，收集了116个新奥法施工的隧道塌方事例。

应用本发明的14项试验工程实现了零事故，而且用于安全设施的耗费成倍减少。

本发明与新奥法不同，不是靠超前支护、预支护和初期支护或加固围岩保证来保证安全的，而是利用围岩来压特性，在不增加投资的情况下，通过合理施工的五步安全法实现安全施工。

五步安全法不是靠增加辅助措施和加大投资来保证安全，而是靠科学掌握和利用围岩变形塌方规律，优化设计施工来达到安全目的。五步安全法包括：