專利名稱：大體積空心混凝土隧道襯砌結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及鉄路隧道，特別涉及ー種大體積空心混凝土隧道襯砌結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
目前隧道襯砌結(jié)構(gòu)有復(fù)合式襯砌或整體式明洞襯砌，雙線隧道復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)厚度一般不大于60cm,明洞襯砌結(jié)構(gòu)厚度一般不大于80cm,普通襯砌設(shè)計(jì)荷載較小,尤其是明洞襯砌設(shè)計(jì)荷載一般小于4m回填土荷載,襯砌結(jié)構(gòu)型式均采用實(shí)心混凝土或?qū)嵭匿摻罨炷翑嗝?。如今隨著大跨、大斷面隧道建設(shè)的目前增多，隧道襯砌設(shè)計(jì)荷載不斷増大，使得隧道襯砌傳統(tǒng)修建技術(shù)及理論面臨的問題越來(lái)越多。國(guó)內(nèi)在近十年里也很一直重視隧道明洞建設(shè)技術(shù)的提高，但總體落后于國(guó)外，同類工程在設(shè)計(jì)和施工方面差別比較大。為防護(hù)一般的落石、崩坍，現(xiàn)行公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范明確規(guī)定明洞填土厚度不小于I. 5m，但對(duì)于明洞襯砌洞頂最大回填土厚度未做要求。規(guī)范規(guī)定洞頂填土厚度不小于I. 5m，只考慮了襯砌結(jié)構(gòu)可承受邊、仰坡的少量坍塌。當(dāng)邊、仰坡有病害，未來(lái)有可能發(fā)生較大坍塌時(shí)，則應(yīng)適當(dāng)增加洞頂回填土厚度及結(jié)構(gòu)厚度，以確保明洞的穩(wěn)定和安全。實(shí)際工程中為恢復(fù)洞ロ開挖前的原始地貌，甚至在原始地貌增加覆土厚度以達(dá)到某種建筑或工程需求。洞頂填土厚度増加，勢(shì)必會(huì)増加洞頂上方荷載，導(dǎo)致明洞襯砌結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大內(nèi)力。工程經(jīng)驗(yàn)表明當(dāng)明洞上方填土高度大于30m后，明洞襯砌結(jié)構(gòu)的厚度往往大于2m，成為大體積混凝土結(jié)構(gòu)襯砌，在實(shí)際工程中難以實(shí)施。隨著地下空間的發(fā)展，暗挖隧道跨度不斷突破，尤其在城市地表需兼顧土地資源利用、功能要求，隧道襯砌結(jié)構(gòu)要承擔(dān)的附加荷載也越來(lái)越大，由此大跨重載隧道襯砌結(jié)構(gòu)厚度隨之増大。隧道大體積混凝土襯砌，厚度大、混凝土導(dǎo)熱系數(shù)比較小，往往會(huì)造成溫度裂縫，大體積混凝土隧道襯砌結(jié)構(gòu)難于滿足結(jié)構(gòu)安全性和耐久性要求。我國(guó)普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，大體積混凝土是指最小斷面尺寸Im以上，其體積和尺寸已經(jīng)達(dá)到必須采取措施控制溫差、合理解決溫度應(yīng)カ并控制裂縫開展的混凝土結(jié)構(gòu)。大體積混凝土比較厚，且混凝土導(dǎo)熱系數(shù)比較小，因此混凝土內(nèi)部的水化熱不易向 外散發(fā)，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部溫度很高，而混凝土外部的水化熱容易向外散發(fā)，這樣使混凝土內(nèi)外形成溫差而產(chǎn)生溫度應(yīng)力?；炷羶?nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，混凝土表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)カ超過混凝土極限抗拉強(qiáng)度吋，混凝土表面就產(chǎn)生裂縫。這種溫度裂縫的走向無(wú)一定規(guī)律，大面積結(jié)構(gòu)裂縫通?？v橫交錯(cuò)，往往是貫穿性的有害裂縫，對(duì)結(jié)構(gòu)的抗?jié)B性、整體性、耐久性甚至承載能力十分不利?？梢?，當(dāng)明洞上方填土較高時(shí)，即使對(duì)明洞斷面進(jìn)行整體優(yōu)化，依舊不可避免地會(huì)對(duì)明洞襯砌內(nèi)部產(chǎn)生較大的內(nèi)力。如果一味增加襯砌厚度,弓I起襯砌自重增大，中性軸處混凝土浪費(fèi)等問題，既造成大量圬エ浪費(fèi)，又會(huì)因?yàn)榇篌w積混凝土水化熱無(wú)法有效消除而產(chǎn)生較大溫度裂縫，導(dǎo)致明洞襯砌耐久性無(wú)法得到保障?？紤]節(jié)約工程造價(jià)、預(yù)留規(guī)劃用地、減少運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)等要求，在多山地區(qū)修建鉄路，受車站設(shè)置要求，經(jīng)常出現(xiàn)大跨高回填隧道襯砌結(jié)構(gòu)。目前隧道襯砌跨度已由一般單、雙線隧道發(fā)展到三線、四線隧道，甚至多線隧道，伴隨隧道跨度的不斷突破，隧道明洞襯砌回填土厚度及荷載在不斷増加，保證結(jié)構(gòu)安全的隧道襯砌結(jié)構(gòu)厚度不斷増加，甚至出現(xiàn)2m以上超厚襯砲結(jié)構(gòu)。大跨、聞回填荷載明洞及大跨、超大附加荷載暗洞超厚大體積混凝土襯砲結(jié)構(gòu)在變形、安全性、耐久性等方面面臨新的挑戰(zhàn)和新的技術(shù)難題，關(guān)于大跨度大體積混凝土襯砌結(jié)構(gòu)形式等設(shè)計(jì)參數(shù)及施工エ藝問題亟待解決。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供ー種大體積空心混凝土隧道襯砌結(jié)構(gòu)，可有效地減少大體積混凝土水化熱所產(chǎn)生的裂縫，提高結(jié)構(gòu)抗?jié)B性、整體性，確保明洞結(jié)構(gòu)エ程質(zhì)量和耐久性，并且可大幅度地節(jié)約襯砌混凝土襯砌圬エ，使工程造價(jià)大為降低。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下本實(shí)用新型大體積空心混凝土隧道襯砌結(jié)構(gòu)，其混凝土襯砌包括拱圈段、邊墻段和仰拱段，其特征是所述混凝土襯砌內(nèi)具有沿周向間隔布設(shè)的縱向孔洞，或者具有沿其縱向間隔布設(shè)的環(huán)向孔洞。本實(shí)用新型的有益效果是，可有效減少大體積混凝土水化熱所產(chǎn)生的裂縫，避免大面積結(jié)構(gòu)裂縫縱橫交錯(cuò)，有效提高結(jié)構(gòu)抗?jié)B性、整體性，確保明洞結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量和耐久性，減少隧道工程投入運(yùn)營(yíng)后的維修費(fèi)用，延長(zhǎng)工程使用壽命，降低壽命期的成本，具有顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益；有效地發(fā)揮了混凝土材料受壓性能，在滿足結(jié)構(gòu)受カ條件下，減少了中性軸處混凝土體積，節(jié)約了襯砌混凝土襯砌圬エ，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益；可以為車站隧道、大跨高回填荷載明洞隧道、大跨度超大附加荷載暗洞隧道及特殊隧道襯砌結(jié)構(gòu)管線、通風(fēng)、設(shè)備安裝等提供有利空間，具有二次空間開發(fā)應(yīng)用價(jià)值，使隧道襯砌成為融受力與空間開發(fā)于一體的多功能結(jié)構(gòu)。

本說(shuō)明書包括如下六幅附圖圖I是本實(shí)用新型大體積空心混凝土隧道襯砌結(jié)構(gòu)實(shí)施例I隧道的示意圖；圖2是沿圖I中A-A線的剖視圖；圖3是圖I中局部B的放大視圖；圖4是本實(shí)用新型大體積空心混凝土隧道襯砌結(jié)構(gòu)實(shí)施例2隧道的示意圖；圖5是沿圖4中C-C線的剖視圖；圖6是圖4中局部D的放大視圖；圖中部位名稱及所對(duì)應(yīng)的標(biāo)記混凝土襯砌10、拱圈段11、邊墻段12、仰拱段13、縱向孔洞20、環(huán)向孔洞21、孔徑Φ、厚度H、厚度Ii1、厚度h2、孔間距Cl1、孔間壁厚d2。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)ー步說(shuō)明。參照?qǐng)D1，本實(shí)用新型的大體積空心混凝土隧道襯砌結(jié)構(gòu)，其混凝土襯砌10包括拱圈段11、邊墻段12和仰拱段13。所述混凝土襯砌10內(nèi)具有沿周向間隔布設(shè)的縱向孔洞20 (參照?qǐng)DI和圖2)，或者具有沿其縱向間隔布設(shè)的環(huán)向孔洞21 (參照?qǐng)D4和圖5)。縱向孔洞20、環(huán)向孔洞21的設(shè)置可有效減少大體積混凝土水化熱所產(chǎn)生的裂縫，避免大面積結(jié)構(gòu)裂縫縱橫交錯(cuò)，有效提高結(jié)構(gòu)抗?jié)B性、整體性，確保明洞結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量和耐久性，減少隧道工程投入運(yùn)營(yíng)后的維修費(fèi)用，延長(zhǎng)工程使用壽命，降低壽命期的成本，具有顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益；可有效地發(fā)揮了混凝土材料受壓性能，在滿足結(jié)構(gòu)受カ條件下，減少了中性軸處混凝土體積，節(jié)約了襯砌混凝土襯砌圬エ，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益；可為車站隧道、大跨隧道及特殊隧道襯砌結(jié)構(gòu)管線、通風(fēng)、設(shè)備安裝等提供有利空間，具有二次空間開發(fā)應(yīng)用價(jià)值，使隧道襯砌成為融受力與空間開發(fā)于一體的多功能結(jié)構(gòu)。[0020]與實(shí)心混凝土襯砌結(jié)構(gòu)相比空心混凝土隧道襯砌結(jié)構(gòu)截面開展、抗彎剛度大。在彎矩較大的エ況下可更好地發(fā)揮材料的力學(xué)性能。自重輕、抗震性能好，與實(shí)心混凝土襯砌結(jié)構(gòu)相比，采用相同的鋼筋混凝土截面尺寸，空心混凝土的承載カー般不低于相應(yīng)實(shí)心鋼筋混凝土的承載力，且具有和實(shí)心鋼筋混凝土幾乎等同的力學(xué)性能。為便于施工，所述縱向孔洞20、環(huán)向孔洞21的橫截面通常呈圓形。當(dāng)采用縱向孔洞20吋，縱向孔洞20通常布設(shè)在拱圈段11、邊墻段12。經(jīng)過大量的研究和實(shí)驗(yàn)，可以確定相關(guān)主要參數(shù)如下縱向孔洞20、環(huán)向孔洞21的孔徑Φ滿足1/5H < Φ < 1/3H，H為混凝土襯砌10的厚度；孔間距Cl1彡2 Φ，孔間壁厚d2彡20cm ；最優(yōu)空心率P為2%< P < 10%，空心率P為各縱向孔洞20、環(huán)向孔洞21體積之和與混凝土襯砌10體積的比值；縱向孔洞20、環(huán)向孔洞21與混凝土襯砌10外表面、內(nèi)表面之間的厚度Iiph2均大于 30cm。以上所述只是用圖解說(shuō)明本實(shí)用新型大體積空心混凝土隧道襯砌結(jié)構(gòu)的ー些原理，并非是要將本實(shí)用新型局限在所示和所述的具體結(jié)構(gòu)和適用范圍內(nèi)，故凡是所有可能被利用的相應(yīng)修改以及等同物，均屬于本實(shí)用新型所申請(qǐng)的專利范圍。
權(quán)利要求1.大體積空心混凝土隧道襯砌結(jié)構(gòu)，其混凝土襯砌(10)包括拱圈段(11)、邊墻段(12)和仰拱段(13)，其特征是所述混凝土襯砌(10)內(nèi)具有沿周向間隔布設(shè)的縱向孔洞(20)，或者具有沿其縱向間隔布設(shè)的環(huán)向孔洞(21)。
2.如權(quán)利要求I所述大體積空心混凝土隧道襯砌結(jié)構(gòu)，其特征是所述縱向孔洞(20)、環(huán)向孔洞(21)的橫截面呈圓形。
3.如權(quán)利要求2所述大體積空心混凝土隧道襯砌結(jié)構(gòu)，其特征是所述縱向孔洞(20)布設(shè)在拱圈段(11)、邊墻段(12)。
4.如權(quán)利要求2或3所述大體積空心混凝土隧道襯砌結(jié)構(gòu)，其特征是所述縱向孔洞 (20)、環(huán)向孔洞(21)的孔徑小滿足1/5H< < 1/3H，H為混凝土襯砌(10)的厚度；相鄰兩縱向孔洞(20)、環(huán)向孔洞(21)的孔間距Cl1彡2小，孔間壁厚d2彡20cm ;空心率P為2%< P < 10%。
5.如權(quán)利要求4所述大體積空心混凝土隧道襯砌結(jié)構(gòu)，其特征是所述縱向孔洞(20)、環(huán)向孔洞(21)與混凝土襯砌(10)外表面、內(nèi)表面之間的厚度hp h2均大于30cm。
專利摘要大體積空心混凝土隧道襯砌結(jié)構(gòu)，可有效地減少大體積混凝土水化熱所產(chǎn)生的裂縫，提高結(jié)構(gòu)抗?jié)B性、整體性，確保明洞結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量和耐久性，并且可大幅度地節(jié)約襯砌混凝土襯砌圬工，使工程造價(jià)大為降低。其混凝土襯砌(10)包括拱圈段(11)、邊墻段(12)和仰拱段(13)，所述混凝土襯砌(10)內(nèi)具有沿周向間隔布設(shè)的縱向孔洞(20)，或者具有沿其縱向間隔布設(shè)的環(huán)向孔洞(21)。
文檔編號(hào)E21D11/04GK202402040SQ20112056811
公開日2012年8月29日 申請(qǐng)日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者任文輝, 何洋, 劉金松, 華科, 封軍華, 師曉權(quán), 張志強(qiáng), 張永平, 曹彧, 楊雄, 琚國(guó)全, 趙萬(wàn)強(qiáng), 鄭宗溪, 陶偉明, 馬青, 高楊 申請(qǐng)人:中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司