[实用新型]具有输水功能的U形墙基与底板动静分离承载型衬砌结构

说明书

一种具有输水功能的U形墙基与底板动静分离承载型衬砌结构，以消除地下水对隧道衬砌底部结构的作用，有效解决岩溶或地下水发育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。隧道底部横向两侧开挖深槽形成凸形隧底开挖面，于深槽内设置具有槽形空腔的U形墙基构筑体，U形墙基构筑体外侧顶部与所述拱墙二次衬砌结构两侧边墙底部固接，U形墙基构筑体作为拱墙二次衬砌结构的承载结构和隧道纵向排水通道。两侧U形墙基构筑体之间于凸形隧底开挖面中部以上设置底板，底板上固定设置道床，底板横向两端与两侧U形墙基构筑体连接处设置沉降缝，使拱墙二次衬砌结构传递的围岩荷载与道床传递的列车荷载相分离。

技术领域

本实用新型涉及隧道衬砌结构构造，特别涉及一种运用于地下水发育地段、地下水受季节影响不规律地段或岩溶地区的隧道衬砌结构构造。

背景技术

随着高速铁路建设迅速发展，特别在西南山区的大规模建设，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。

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，其衬砌结构存在固有缺陷，主要表现为以下方面：

(1)隧底仰拱上部设置仰拱填充，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)由于隧底为圆弧状，开挖控制较困难，多开挖成折线状甚至开挖成平底面，导致仰拱结构实际承载能力不能满足设计要求，一旦雨洪季节，局部排水不畅导致水压上升，造成仰拱结构开裂破坏。

(4)仰拱结构底部虚渣完全清理干净难度大，加之运营期间由于隧底地下水无法引排，在列车动荷载反复作用下，极易造成隧底翻浆冒泥等灾害。

(5)中心水沟(或侧沟)设于隧道结构之内，主要引排拱墙范围的周边地下水，隧道仰拱以下的积水无法有效引排，一旦在连续降雨或暴雨天气下，局部地段仰拱下裂隙水或管道水因无法及时引排导致水压急剧升高。在高水压作用下，致使隧底仰拱开裂破损。

此外，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。

因此，优化衬砌结构特别是隧底结构，保证排水通畅，消除隧底水压，成为降低地下水发育地段、地下水受季节影响不规律地段及岩溶地区隧道水害风险，保证运营安全的迫切需要。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种具有输水功能的U形墙基与底板动静分离承载型衬砌结构，通过对传统隧道衬砌隧底结构形式进行改造，改变隧底结构受力形式及排水系统，消除地下水对隧道衬砌底部结构的作用，有效解决岩溶或地下水发育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。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案如下：