[发明专利]一种隧道二次衬砌水压力控制结构

说明书

本发明属于隧道工程技术领域，并具体公开了一种隧道二次衬砌水压力控制结构，其包括隧道本体和多个泄压环结构，隧道本体为环状结构，包括由内至外依次设置的二次衬砌、防水板、排水层和初期支护，隧道本体内部设置有沿其长度方向设置的水沟；多个泄压环结构沿所述隧道本体的长度方向间隔设置在初期支护的背后，每个泄压环结构为包括底面以及与底面垂直的两槽边的槽型，底面与初期支护的外部贴合设置，两槽边嵌装在位于初期支护背后的围岩中，该围岩上与槽型对应位置处挖空，槽型与围岩之间形成拱墙环向排水沟槽。本发明在保证二次衬砌及初期支护纵向整体性的基础上，实现矿山法二次衬砌背后最大水压力的控制，确保铁路隧道的安全运营。

技术领域

本发明属于隧道工程技术领域，更具体地，涉及一种隧道二次衬砌水压力控制结构。

背景技术

目前采用矿山法修建的隧道工程一般采用排水型衬砌或限制排放型衬砌，即二次衬砌背后沿着隧道纵向一定距离设置一道环向排水盲管（或排水板），并在防水板背后铺设土工布，通过上述措施，将衬砌背后的围岩渗水引入到环、纵向盲管，然后再排入隧道内的水沟，防排水系统如图1及图2所示，图中1为二次衬砌拱墙，1＇为二次衬砌仰拱部位，2为防水板+土工布，3为环向透水盲管，4为初期支护，5为纵向排水盲管，6为横向排水管，7为纵向水沟。二次衬砌设计时需考虑其是否承受水压，如果衬砌背后的围岩渗水可完全及时排出，则二次衬砌可按照不承受水压力作用进行结构设计，如果衬砌背后积水按照限量排放设计，或由于排水盲管堵塞造成积水不能全部及时排出，则衬砌背后会存在一定的水压，相应的衬砌结构设计时需考虑按照全部水头或按全部水头折减后的部分水压力的作用。

目前采用平面设计理论设计二次衬砌以实现水压力的控制，例如《现代隧道技术》2003年第3期的“再谈隧道衬砌水压力”以及《北京交通大学学报》2004年第1期的“计算隧道排水量及衬砌外水压力的一种简化方法”等文献基于简化模型提出了隧道内排水量Q和喷射砼外水压力P的计算方法。但是上述研究成果以及目前实际工程应用中均是按照横断面方向的平面模型进行计算，未考虑隧道防排水系统的空间效应，例如当隧道环向排水系统仅某一段完全堵塞或部分堵塞时，由于地下水可以沿二次衬砌与喷射砼之间的排水层（常用土工布）纵向流动，因而堵塞段实际的水压力会减小，而相邻的无堵塞段的水压力要大于0，如图3所示，图中1为山体，A处为盲管未堵段隧道，B处为盲管堵塞段隧道，假如按照目前常用的平面计算方法，即使隧道仅在局部一小段排水盲管完全堵塞，二次衬砌背后水压力值都很大，如果以此作为设计依据将造成不必要的浪费；另外，按照上述设计理论，当堵塞段存在多种围岩和支护结构时，不同地段均按照平面模型计算，则会得出不同的水压力折减系数，出现沿着隧道纵向在地层变化分界断面出现水压力突变现象，而实际上排水层在纵向是贯通的，地下水必然从水压力高的地段往水压力低的地段流动，导致水压力重分布。上述两种现象说明，既有计算理论及设计方法没有考虑隧道防排水系统的纵向效应（或空间效应），这可能导致二次衬砌背后水压力取值偏小或偏大而给结构留下安全隐患或增加不必要的投资。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种隧道二次衬砌水压力控制结构，其通过在隧道初期支护的背后间隔设置泄压环的方式控制作用于隧道二次衬砌上的最大水压力，在保证二次衬砌及衬砌背后防水板纵向整体性的基础上，实现矿山法隧道运营期间衬砌背后的最大水压力的控制，确保铁路隧道的安全运营。

为实现上述目的，本发明提出了一种隧道二次衬砌水压力控制结构，其包括隧道本体和多个泄压环结构，其中：

所述隧道本体为环状结构，其包括由内至外依次设置的二次衬砌、防水板、排水层和初期支护，所述环状结构的隧道本体内部设置有沿该隧道本体长度方向设置的水沟；