[发明专利]隧道衬砌结构内车辆荷载的减隔振方法

说明书

技术领域

本发明涉及山岭隧道类，具体地讲，是一种减轻车辆循环荷载对隧道衬砌结构影响的减隔振方法。

背景技术

混凝土结构在长期使用过程中不可避免地出现各种劣化现象。而隧道衬砌结构相比于其他地面结构，其维护维修都比较困难，因此从设计阶段开始就应该重视其耐久性问题。目前在设计阶段提高耐久性的方法包括：采用高性能混凝土，做好防排水措施，对特殊地层进行加固等等，但是关于车辆循环荷载引起隧道衬砌结构劣化的问题，却鲜有关注。

在围岩质量较好的地层中，隧道衬砌结构无需设置仰供，车辆荷载通过路面直接传给地层，故不存在减隔振问题。但在围岩质量较差的地层中，必须设置仰供使整个隧道断面内形成一个封闭结构，此时车辆荷载的传递路径为：路面→路面与仰供间填充物（一般为素混凝土）→仰供→地层。此情况下，原本围岩质量就比较差，再加上车辆振动的不利影响，使得在长期运营中仰供最容易出现混凝土劣化问题，进行加速了整个衬砌结构劣化问题的出现。但是目前，在隧道衬砌结构设计与相关科研上，关于车辆荷载减隔振问题都鲜有关注。

发明内容

根据上述现有技术的不足之处，本发明的目的是，提供一种减轻车辆循环荷载对隧道衬砌结构影响的减隔振方法。其减隔振效果好，且施工简便、成本低廉。本发明的技术方案按以下步骤进行：1）由土工织物和中细砂制备而成的单个土囊；2）由土囊排列成的减隔振层，置于路面与仰供之间。

土或砂等颗粒状材料，其单轴抗压强度很低，但若施加以三向围压，则其抗压强度大幅提高。受到该原理启发，用抗拉强度高的土工织物将中细砂按一定级配包裹起来，在承受竖向荷载时，由土工织物的拉力提供围压，可大幅提高砂土材料的抗压强度。本发明中对外包土工织物与內裹砂土规定了具体尺寸大小与制作要求，并称之为土囊，其竖向承载力s_1f本质上是由土工织物的拉伸强度T（量纲kN/m）决定的，二者之间的关系为T=s_1f×B/2。其原理与构造详见图1：其中1为土工织物，2为中细砂，H为厚度，B为宽度。

在较佳实施例中，所述土囊的基本尺寸为扁正方形；所述土工织物的拉伸强度是根据正方形边长和上覆最大压力来确定；所述中细砂的级配良好；所述土工织物经热粘结形成土囊后，还需经预压处理。

将多个土囊整齐密实地排列于路面与仰供之间，形成一道土囊减隔振层，其竖向刚度比混凝土小得多，但比一般砂土地基要大得多。在车辆循环荷载作用下，通过土囊层的压缩与回弹，消耗大量振动能，避免将振动传递给仰供，较好地起到减隔振的作用。其原理与构造详见图2，图2所示为一种隧道衬砌结构内车辆荷载的减隔振结构，其中1为素混凝土填充下层，2为土囊减隔振层，3为素混凝土填充上层，4为仰供，5为路面，6为衬砌，7为防水板。

在较佳实施例中，所述路面与仰供之间素混凝土填充层分两次浇筑：先浇筑素混凝土填充下层；再铺设土囊减隔振层，该层由制备好的土囊分3~5层上下间错地排列成，且分层压实；最后浇筑素混凝土填充上层。

本发明的优点是：1）与直接在路面与仰供之间充填素混凝土的现有技术相比，土囊减隔振层的存在能够有效减小车辆循环荷载对衬砌结构的不利影响，进而提高山岭隧道衬砌结构的耐久性；2）土囊层的减隔振原理与地面结构中常见的橡胶垫层减隔振原理类似，但前者施工简便，同时其竖向刚度也可以通过排列层数灵活调整，较后者具有明显的成本优势。

附图说明

图1是本发明中的单个土囊的原理示意图。

图2是本发明中的设置有土囊减隔振层的隧道衬砌结构示意图。

图3是本发明实施例中的单个土囊的正视图。

图4是本发明实施例中的单个土囊的侧视图。

图5是本发明实施例中的单个土囊的俯视图。

图6是本发明中土囊减隔振层的构造与施工详图。

具体实施方式

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，以下特举实施例，并配合附图，对本发明的相关特征（包括施工中的注意事项），作详细说明如下。

1）单个土囊的制备与构造

确定土囊的设计尺寸，厚度H建议取0.1m（太厚则不易压实，太薄则施工工作量增大），宽度B可根据现场实际情况取0.3~0.6m。