[发明专利]箱型基座与桥式隧底结构动静分离承载型衬砌结构及其排水系统

说明书

箱型基座与桥式隧底结构动静分离承载型衬砌结构及其排水系统，以消除地下水对隧道衬砌底部结构的作用，有效解决地下水发育地段、地下水受季节影响不规律地段及岩溶地区隧道仰拱上浮变形或隧底结构开裂破坏的问题，确保隧道施工和运营的稳定及安全性。拱墙二次衬砌结构两侧边墙底部设置与其固结为一体的箱型基座，作为拱墙二次衬砌结构的承载结构，箱型基座具有贯通的纵向空腔作为隧道纵向排水通道。两侧箱型基座之间设置对其形成横向支承的桥式隧底结构，桥式隧底结构作为道床及列车荷载的承载结构。桥式隧底结构下部与隧底开挖面之间形成贯通的下部空间，作为隧底地下水纵向排水通道。拱墙范围排水系统与纵向空腔相连通，道床积水排泄系统与纵向空腔和下部空间相连通，隧底排水系统与下部空间相连通。

技术领域

本发明涉及隧道衬砌及排水系统构造，特别涉及一种运用于地下水发 育地段或地下水受季节影响不规律地段或岩溶地区的隧道衬砌及其防排 水系统构造。

背景技术

进入二十一世纪来，我国铁路建设高速发展，时速200km以上高标 准双线铁路修建越来越多。特别在西南山区，一方面，由于石灰岩地层广 泛分布；另一方面，对高速铁路，线路展线受曲线半径大、地形地质条件 复杂等多种因素的制约，导致岩溶隧道规模(数量及长度)迅速增加。由 于岩溶及岩溶水发育具有复杂性、多样性及无规律性等特点，长大岩溶隧 道修建风险特别是运营风险越来越高。

近年来，宜万、沪昆、贵广等高速铁路隧道运营期间发生了若干起无 砟道床变形、仰拱及填充隆起等水害事件，引起了铁路设计、施工、建设 和运营各方的高度重视。经调查，既有线水害主要分为两类：

(1)仰拱填充上浮变形。其表现主要为隧底结构的分层施工带来的 施工缝在水压作用下的变形、扩张。

①规范要求仰拱与仰拱填充应分开浇筑。此工法在仰拱与填充之间形 成施工缝，但地下水通过仰拱环向施工缝渗入仰拱填充底部，约3～4m 水头即可导致填充上浮。

②实际施工中，为防止道床施工面被施工车辆破坏，仰拱填充往往采 用分层浇筑的方式，道床施工前灌筑的仰拱填充表层(或称整平层)厚度 约0.2～0.4m，仅需要0.5～1m高的水头即可导致填充表层上浮，进而引 起道床变形。

③无砟道床至道床板与仰拱填充面采用的是无连接接触方式，存在施 工界面，对于隧底渗水的敏感性更为显著，往往也出现“离缝”抬升现象 和磨损现象，在水的作用下，病害特征尤为明显。其与隧道结构巨大的刚 度差异、变形不协调和轨道结构对基础变形极差的适应性进一步加剧了隧 底水害对运营安全的不利影响和治理难度。

(2)衬砌结构主要是仰拱变形开裂。

①受隧道内设置的纵、环向盲管及边墙泄水孔排水能力的限制，工后 排水系统受物理型(泥沙、细颗粒沉积淤塞)、化学型堵塞(可溶物析出、 混凝土及浆液反应残留物凝结)等原因都将造成排水不畅，水压急剧变化， 导致衬砌结构开裂破损。

②边墙纵向施工缝、环向施工缝、仰拱底部等结构和防水薄弱环节发 生结构变形、开裂及防水失效；局部位置出现喷水、涌泥沙等。

③地下水位季节性变动，导致衬砌承受“动载”影响。在连续降雨或 极端暴雨天气条件下，地下水位突然增高，衬砌承受了较高的水压。

目前设计的隧道大部分为有仰拱衬砌。以单洞双线隧道为例，其排水 系统以“隧道体内排水”为主要模式，地下水排放路径为：围岩→初期支 护→排水盲管→侧沟→横向排水管→中心水沟，即隧道结构周边的水通过 初期支护渗透经由排水盲管引排进入隧道结构本体之内的中心水沟，最终 排出洞外。

隧道体内排水系统主要的缺陷在于：

①有压地下水的泄压点均位于设置在衬砌主体结构内部，致使衬砌主 体结构承受静水压或动水压的范围均较大。