[发明专利]大跨度重荷载受力诱导式回填明洞衬砌结构

说明书

技术领域

本发明涉及隧道结构，特别涉及一种大跨度重荷载受力诱导式回填明洞衬砌结构。

背景技术

考虑节约工程造价、预留规划用地、减少运营风险等要求，铁路、公路设计中在高边坡、危岩落石地段或有规划需要而无法绕避的段落采用隧道明洞方案通过，尤其是在多山地区修建铁路，受车站设置要求，经常出现大跨高回填明洞衬砌结构。明洞衬砌跨度已由一般单、双线隧道发展到三线、四线隧道，甚至更多线隧道，伴随隧道跨度的不断突破，隧道明洞衬砌回填土厚度及荷载在不断增加，保证结构安全的明洞衬砌结构厚度不断增加，甚至出现2m以上超厚衬砌结构。大跨、高回填荷载超厚大体积混凝土衬砌结构在变形、安全性、耐久性等方面面临新的挑战和新的技术难题，关于超厚回填土超大跨度明洞断面型式、衬砌结构形式等设计参数及明洞的施工工艺问题亟待解决。

现有隧道衬砌结构有复合式衬砌或整体式明洞衬砌，双线隧道复合式衬砌结构厚度一般小于55cm，整体式明洞衬砌结构厚度一般小于80cm，普通明洞衬砌设计荷载较小，尤其是明洞衬砌设计荷载一般小于4m回填土荷载，衬砌结构型式均采用实心混凝土或实心钢筋混凝土断面。随着大跨、大断面隧道建设的不断增多，明洞衬砌设计荷载的不断增大，使得明洞衬砌传统修建技术及理论面临的问题越来越多。

尽管我国在近十年里也很重视隧道明洞建设技术的提高，但至今仍无统一的勘察设计规范，同类工程在设计和施工方面差别比较大。为防护一般的落石、崩坍，公路隧道设计规范（JTGD70－2004）明确规定明洞填土厚度不得小于1.5m，但对于明洞衬砌洞顶最大回填土厚度未做要求。规范规定的洞顶填土厚度不小于1.5m，只考虑了承受边、仰坡的少量坍塌，当边、仰坡有病害，未来有可能发生较大坍塌时，则应适当增加洞顶回填土厚度以确保明洞的稳定和安全。往往实际工程中为恢复洞口开挖前的原始地貌，甚至在原始地貌增加覆土厚度以达到某种建筑或工程需求。洞顶填土厚度增加，势必会增加洞顶上方荷载，导致明洞衬砌结构产生较大内力。工程经验表明当明洞上方填土高度大于三十米后，常规断面明洞衬砌的厚度往往大于2m，以贵阳枢纽东北环线龙洞堡机场隧道高回填明洞衬砌结构研究为例，采用净跨25m回填高度33m的传统拱形明洞衬砌结构，如采用常规设计，拱部衬砌厚度需达到2.6m，仰拱处则达到2.8m，并采用加强配筋才能满足承载力要求。而这在实际工程中属于大体积混凝土，施工浇筑难度大、施工质量难于控制，且混凝土导热系数比较小，往往会造成温度裂缝，大体积混凝土明洞衬砌结构难于满足结构安全性和耐久性要求，几乎不能实施。

由此可见，当明洞衬砌跨度大且上方填土较高时，即使对明洞断面进行整体优化，依旧不可避免地会对明洞衬砌内部产生较大的内力。如果一味增加衬砌厚度，既造成大量圬工浪费，又会因为大体积混凝土水化热无法有效消除而产生较大温度裂缝，导致明洞衬砌耐久性无法得到保障。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种大跨度重荷载受力诱导式回填明洞衬砌结构，以使明洞具有更大的跨度和承受更大荷载，能有效控制明洞衬砌的设计厚度，而且明洞衬砌施工质量易于控制。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

本发明的大跨度重荷载受力诱导式回填明洞衬砌结构，由混凝土或者钢筋混凝土模筑的拱部、边墙和仰拱构成环形截面明洞衬砌，其特征是：所述明洞衬砌10的拱部、边墙的外轮廓弧面设置受力诱导护拱。

本发明的有益效果是，在明洞衬砌的拱部、边墙的外轮廓弧面设置受力诱导护拱，明洞衬砌作为主要受力结构，受力诱导护拱主要对明洞衬砌所受外力进行二次分配，兼承担部分回填荷载，即采用多材料、多层复合支撑结构，能有效支撑明挖大跨度隧道空间，仅通过调整受力诱导护拱结构形状、材料特性特征即可实现明挖隧道的大跨度及高回填；明洞回填荷载通过受力诱导护拱的应力重新分配，使作用在明洞衬砌结构上的荷载分布达到优化，从而使衬砌近似位于合理拱轴线上，能有效控制衬砌的设计厚度，减小衬砌结构圬工，控制衬砌结构裂缝开展，提高衬砌结构抗渗性和耐久性；明洞衬砌施工质量易于控制，施工工艺简单，易于推广。

附图说明

本说明书包括如下三幅附图：

图1是本发明大跨度重荷载受力诱导式回填明洞衬砌结构的截面图；

图2是沿图1中A-A线的剖视图；

图3是沿图1中C-C线的剖视图。

图中示出构件及所对应的标记：明洞衬砌10、拱部11、边墙12、仰拱13、受力诱导护拱20、填充管30、填充体40。

具体实施方式