[实用新型]一种隧道结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及隧道结构，特别涉及明挖隧道和浅埋暗挖隧道结构。

背景技术

长期以来，明挖隧道和浅埋暗挖隧道都是以刚性衬砌结构直接承受其周边荷载。这样的结构实际承受的荷载上部为垂直向下的均布或非均布荷载，侧面为水平或有一定角度的非均布荷载。在不均匀荷载作用下，隧道结构局部可能承受较大荷载。以最不利荷载为控制设计的隧道结构，在最不利位置之外结构圬工实际没有充分发挥作用。

随着隧道跨度或明挖隧道填方增加，按照传统方法设计的隧道结构厚度也相应增加，在实际工程中甚至出现2m以上超厚衬砌结构，随之带来结构变形、安全性、耐久性等新的技术问题，局部受力不均匀倾向更加严重，结构自身重量成为不可忽视的荷载。荷载增加导致结构厚度增加形成恶性循环，这些成为了隧道结构向大跨度发展的不利因素。

在人类活动诸如地面重载或冲击荷载、地铁、地下管线及其它地下工程，还有地下水及地表水的长期作用以及地震等综合因素作用下，隧道周边对结构的作用力随着时间推移产生变化，产生最不利荷载的时间和位置不确定，给隧道设计带来困难。为保证安全，隧道结构设计安全系数相对较大，因此上述问题更加突出。即便如此，局部出现较大荷载时，隧道结构仍然可能出现开裂、变形等病害现象。

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隧道结构，以使隧道结构具有更大的跨度和承受更大荷载，并提高结构耐久性。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案如下：

本实用新型的一种隧道结构，其特征是它包括：衬砌层，其断面为环状封闭壳体结构；基础，位于衬砌层底部下方；球状材料填充层，环绕衬砌层外轮廓面设置。

本实用新型的有益效果是，通过球状材料填充层能有效地分散外界作用于隧道的不均匀荷载，使其沿隧道衬砌外表面径向分布；断面为环状的封闭壳体结构衬砌层具有受压理想几何形状，使环状封闭壳体衬砌层的高抗压强度优势得到充分发挥，相对于一般隧道结构能够承受更大荷载或具有更大的跨度；本实用新型的另一重要有益方面是：可分散随时间推移产生的徐变荷载和局部的突变荷载，利于隧道结构的整体承载，减少病害产生，使结构耐久性提高；施工工艺简单，易于推广，能明显降低工程造价；应用范围广，特别适用于明挖隧道，同样适用于浅埋暗挖隧道。

附图说明

本说明书包括如下六幅附图：

图1是本实用新型隧道结构的立面图；

图2是本实用新型隧道结构的断面图；

图3是图2中A局部的放大图；

图4是本实用新型隧道结构计算模型示意图；

图5是本实用新型隧道结构球状材料填充层受力传递示意图；

图6是传统隧道衬砌结构计算模型示意图。

图中示出构件及所对应的标记：衬砌层10，球状材料填充层20，外表层30，保护层40、基础50。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

参照图1、图2和图3，本实用新型的一种隧道结构包括：衬砌层10，其断面为环状封闭壳体结构；基础50，位于衬砌层10底部下方；球状材料填充层20，环绕衬砌层10外轮廓面设置。

衬砌层10为隧道的承载结构，采用诸如混凝土、钢筋混凝土或其它抗压强度高的建筑材料构筑。参照图2和图4，衬砌层10的断面为圆形，或者由不同半径圆弧段或局部直线段构成的近似圆形或椭圆形。其理想受压材料和理想外部受压的几何形状，使衬砌结构具有理想的承压能力。

参照图5，球状材料填充层20的作用是将外界作用于隧道衬砌的不均匀荷载，转换为径向荷载作用于衬砌层10和基础50。根据不同的填方或埋深状况，球状材料填充层20可以采用等厚截面或不等厚截面。球状材料填充层20由圆球状或近似圆球状的球体填充形成，球体外表光滑、无粘性，球体为等直径或不等直径级配组合。球状材料填充层20采用同种材料球体填充形成，或者采用不同材料球体填充形成，适合采用的球体诸如陶粒、金属球、等质地坚硬材料。

球体颗粒对荷载的分解传递如图5所示，通过球体颗粒之间的相互挤压分解后，紧贴衬砌10和基础50表面的颗粒以径向力的方式将压力分布到衬砌层10的外轮廓面和基础50的上表面。

外表层30为柔性或半柔性，采用诸如橡胶、聚乙烯或其他化学合成材料等具有一定强度的柔性或半柔性材料。外表层30的主要作用是，施工时便于填充球体颗粒，使球状材料填充层20形成设计形状和厚度。外表层30可兼有隧道防水层作用。