[实用新型]具有低位泄水动能的π形隧底衬砌结构

说明书

具有低位泄水动能的π形隧底衬砌结构，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。包括拱墙初期支护结构、拱墙二次衬砌结构和拱墙范围防水层。隧底开挖面两侧具有深槽，于隧底开挖面上设置π形构筑体，该π形构筑体由中部底板、位于深槽内的侧底板和连接中部底板、侧底板的立板构成；所述拱墙二次衬砌结构两侧边墙底部与同侧的侧底板固结，且与同侧的立板之间形成槽型空腔，π形构筑体兼做拱墙二次衬砌结构、道床及列车荷载的承载基础，以及隧道纵向排水通道。

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

进入二十一世纪来，我国铁路建设高速发展，时速200km以上高标准双线铁路修建越来越多。特别在西南山区，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，其结构本身及排水体系均存在缺陷。

首先，衬砌结构存在固有缺陷，主要表现为以下方面：

(1)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。

另一方面，传统衬砌结构的排水系统以“隧道体内排水”为主要模式，地下水排放路径为：围岩→初期支护→排水盲管→侧沟→横向排水管→中心水沟，即隧道结构周边的水通过初期支护渗透经由排水盲管引排进入隧道结构本体之内的中心水沟，最终排出洞外。排水系统主要的缺陷在于：

(1)有压地下水的泄压点均位于设置在衬砌主体结构内部，致使衬砌主体结构承受静水压或动水压的范围均较大。

(2)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。

(3)隧道处于地下水季节变动带等与外界水力联系紧密的区域，在连续降雨或暴雨天气下，因地下水量骤增，受边墙泄水孔尺寸及间距限制，难以及时将其引排至隧道结构体内的排水沟内，从而引起地下水位急剧升高。在高水压作用下，导致衬砌开裂破坏。

(4)受道床结构、洞内附属构筑物需要及隧道断面工程经济性的制约，考虑施工难易程度，洞内侧沟或中心水沟的过水断面自由度不大，过水能力受限，往往引起洞内水害。

因此，优化衬砌结构，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。