用于軟弱破碎高溫含水地層中的隧道結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及交通隧道技術領域，具體涉及一種用于軟弱破碎高溫含水地層中的隧道結構。
【背景技術】
[0002]隧道是鐵路、公路、城市地鐵、水利、電力和國防等行業中用于通行車輛、行人和輸送物資等的一種地下結構，通常修建在地表以下的各種巖石或土壤地層中。由于受地球內部構造運動如火山、巖漿、地下水以及地震等的影響，地層中的巖體或土壤呈現出不同的形態。對于受到上述地質構造運動強烈影響的地層而言，其中的巖體或土壤完整性差且強度低，巖體或土壤就呈現出軟弱、破碎、高溫或含水量高的狀態，在如此條件的地層中修建隧道必須要考慮與之相適應的襯砌結構。
[0003]在軟弱破碎巖體中修建隧道時，首先要將隧道開挖輪廓線范圍內的巖土體挖除，然后及時澆筑混凝土襯砌或拼裝混凝土預制構件來形成所需要的地下空間。由于地層軟弱破碎，且地下水含量較高時隧道襯砌要承受較大的地層和地下水壓力。根據地層以及地下水的壓力狀況，可采用單層或雙層形式的襯砌來維持隧道的內部凈空，防止隧道周圍巖土體的坍塌。隧道的橫截面通常采用拱形、圓形、馬蹄形或矩形等，并且在隧道底部還要設置圓弧狀的仰拱來提高地層的承載能力，防止隧道在修建和運營期間發生沉降與變形，確保隧道的安全運營。
[0004]此外，在火山、地下巖漿活動區域或者深度較大的地層中修建隧道時，往往要面臨較高的地層溫度或高溫地下水，當地層的溫度達到30°C時就屬于高溫地層。較高的地層溫度不僅要影響隧道的安全施工，更重要的是在隧道長期運營期間，高溫會惡化隧道內的運行環境。此外，高溫還會在隧道襯砌內產生不均勻的變溫應力，導致襯砌開裂，降低襯砌的強度和耐久性。針對高溫地層中的隧道，通常在隧道施工和運營期間采用機械通風的方式來降低隧道內的空氣溫度。
[0005]此外，對處于高烈度地震區的隧道，地震往往會對隧道結構產生破壞或影響。通常采用增加隧道襯砌的剛度和強度或者在隧道襯砌內設置減震縫來提高隧道的抗震性能。
[0006]我國地域遼闊，地形和地貌復雜多樣，隨著鐵路、公路、地鐵和國防等地下工程的大量建設，隧道工程穿越軟弱破碎高溫含水地層以及和高烈度地震區的狀況將會越來越多，常規的隧道結構已經難以適應如此復雜的地層，因此需要尋求一種適合于軟弱破碎高溫含水地層中的新型隧道結構。

【發明內容】

[0007]本發明所要解決的技術問題是提供一種用于軟弱破碎高溫含水地層中的隧道結構，該隧道結構具有防水、隔熱、抗震和承載性能高、構造簡便、施工便利、工程造價以及維護費用相對較低的特點。
[0008]為實現上述發明目的，本發明提供一種用于軟弱破碎高溫含水地層中的隧道結構，包括在地層中挖除巖石或土壤后的空間內修筑的殼狀的隧道襯砌和仰拱，襯砌與仰拱構成封閉的環狀結構，襯砌的左右兩側底腳與仰拱上翹的左右兩端部相銜接，在襯砌的至少一側底腳內設置泄水孔，在襯砌與仰拱的銜接部位設置與泄水孔相連通的排水溝、及位于排水溝和行車道之間的電纜槽，隧道內的行車道放置在其下部的減振層上，減振層的下部設置有承臺板，承臺板由其下部的縱梁與橫梁共同支撐，縱梁和橫梁由其下部的粧基支撐，所述粧基豎向垂直穿透仰拱并插入地層中，所述行車道、減振層和承臺板的兩側端部均與排水溝和電纜槽所在部位脫開，所述縱梁、橫梁、粧基均與仰拱脫開。
[0009]排水溝臨近襯砌，電纜槽臨近隧道內的行車道的端部。
[0010]所述各構件之間脫開的間隙可根據構件受荷載后的變形量通過計算加以確定。
[0011]所述的粧基沿隧道的軸線方向間隔設置，其間距可根據上部承擔的荷載和下部地層承載力通過計算加以確定。
[0012]作為優選方式，所述的隧道襯砌包括以隧道中心線左右對稱的內層襯砌、夾層、夕卜層襯砌和錨桿，內層襯砌設置在隧道的最里側，夾層設置在內層襯砌與外層襯砌之間，外層襯砌設置于隧道的最外側并與周圍地層中的巖石或土壤直接接觸，錨桿沿外層襯砌的環向和隧道軸線方向間隔設置且其垂直穿透外層襯砌并插入到周圍的地層中。
[0013]內層襯砌和外層襯砌的厚度可根據其所承受的地層和地下水壓力通過計算加以確定。
[0014]作為優選方式，泄水孔的一端與夾層相連通，另外一端與排水溝相連通，且前者的高程要高于后者的高程。
[0015]作為優選方式，所述仰拱以隧道中心線左右對稱，其與襯砌為整體結構，或與襯砌分開成為獨立構件。
[0016]作為優選方式，所述泄水孔沿隧道中心線左右兩側對稱設置在襯砌的兩側底腳內，或非對稱單側設置。
[0017]作為優選方式，所述的排水溝和電纜槽以隧道中心線左右兩側對稱設置，或在隧道內單側設置。
[0018]作為優選方式，所述內層襯砌、仰拱、排水溝、電纜槽、行車道由鋼筋混凝土現場澆筑或預制構成。所述行車道或由瀝青混凝土構成。
[0019]作為優選方式，所述的承臺板、縱梁、橫梁和粧基由鋼筋混凝土現場澆筑構成。
[0020]作為優選方式，所述夾層由耐腐蝕與耐高溫材料構成，所述外層襯砌由噴射混凝土、噴射纖維混凝土、型鋼拱架或鋼筋格柵構成，所述錨桿由鋼材或玻璃纖維材料制成。
[0021]作為優選方式，所述的泄水孔由混凝土或高分子耐腐蝕材料加工制成，所述減振層由泡沫混凝土或橡膠板制成。
[0022]本發明的有益效果為:采用與隧道襯砌和仰拱脫離的板梁粧結構來支撐隧道內的行車道，不讓行車道上車輛的靜、動荷載或其他荷載傳遞到隧道的襯砌和仰拱上，減少了隧道襯砌和仰拱在隧道內車輛通行時所引起的振動，因而可減少隧道襯砌和仰拱受到疲勞損傷，有利于延長其使用壽命。
[0023]此外，采用板梁粧的獨立支撐結構使隧道內行車道與隧道的襯砌和仰拱脫開，與常規的將行車道直接放置在隧道仰拱上的做法相比，在地層發生地震時，本發明的明顯優點為:地層、行車道和隧道襯砌之間發生相對運動，有利于釋放地層、隧道襯砌與行車道由于地震產生的能量，緩解三者之間的作用力，有利于降低地震對隧道襯砌和行車道的損傷與破壞，確保隧道內車輛與行人的安全。
[0024]對于軟弱破碎高溫含水地層而言，如果采用將隧道的行車道直接放置在仰拱上的常規做法，由于仰拱下部地層中巖體或土壤的承載力不足，會極易引起仰拱的下沉，致使行車道發生變形、開裂或破損。此外，當地層中的地下水含量過高時，采用直接將隧道行車道放置在仰拱上的常規做法，車輛在行車道上運行產生的動荷載還會極易引起地層的液化，更易導致隧道內行車道的下沉或開裂，影響到隧道內的行車環境與安全。本發明采用粧基礎來獨立支撐隧道內的行車道，正是基于粧基對軟弱破碎高溫含水地層具有較強的適應性，且可深入地層中，能夠發揮粧基承載力高的特點，因而可有效降低行車道的下沉和變形，延長行車道的使用壽命，從而可降低隧道在長期運營期間的維修和養護成本。
[0025]此外，為了減少在軟弱破碎高溫含水地層中隧道長期運營的風險，確保隧道的耐久性，本發明采用夾層將隧道內層襯砌與外層襯砌相互隔開，夾層由耐腐蝕和耐高溫的材料制成，其一方面可以起到隔熱的作用，另一方面還可以阻擋地下水的滲入。因此，夾層的設置不僅減少了地下水對內層襯砌的腐蝕，而且還可以減少隧道內層襯砌由于周圍地層高溫度所引起的變溫應力，進而可減弱地層中地下水和高溫對隧道內層襯砌強度和剛度的影響，有利于延長內層襯砌的使用壽命。對于夾層外側過量的地下水，可以通過襯砌底腳部位設置的泄水孔引排至排水溝內，然后再由排水溝沿隧道軸線方向排出洞外。如此可以降低夾層外所聚積的地下水，進一步減少了作用在隧道內層襯砌上的水壓力，提高了隧道襯砌的強度和安全性。
[0026]因此，本發明所述的用于軟弱破碎高溫含水地層中的隧道結構，具有防水、隔熱、減振的作用，而且結構緊湊、承載性能高、施工便利，其造價和維護成本相對較低，使用范圍廣。
【附圖說明】
[0027]圖1為本發明用于軟弱破碎高溫含水地層中的隧道結構主視結構示意圖；
[0028]圖2為本發明用于軟弱破碎高溫含水地層中的隧道結構內行車道的俯視圖。
[0029]附圖標記說明:I為隧道襯砌，101為內層襯砌，102為夾層，103為外層襯砌，104為錨桿，2為仰拱，3為泄水孔，4為排水溝，5為電纜槽，6為行車道，7為減振層，8為承臺板，9為縱梁，10為橫梁，11為粧基。
【具體實施方式】
[0030]以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基于不同的觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。
[0031]一種用于軟弱破碎高溫含水地層中的隧道結構，包括在地層中挖除巖石或土壤后的空間內修筑的殼狀的隧道襯砌I和仰拱2，襯砌I與仰拱2構成封閉的環狀結構，隧道結構可以其中心線左右兩側對稱，也可為非對稱，作為優選，本實施例采用左右兩側對稱的隧道結構形式。襯砌I的左右兩側底腳與仰拱2上翹的左右兩端部相銜接，在襯砌I的底腳內設置泄水孔3，所述泄水孔3沿隧道中心線左右兩側對稱設置在襯砌I的兩側底腳內，或非對稱單側設置，其具體的間距和孔徑可根據地下水流量經過計算加以確定，作為優選，本實施例中所述泄水孔3沿隧道中心線左右兩側對稱設置在襯砌I的兩側底腳內。在襯砌I與仰拱2的銜接部位設置與泄水孔3相連通的排水溝4、及位于排水溝4和行車道6之間的電纜槽5，排水溝4臨近襯砌1，電纜槽5臨近隧道內的行車道6的端部。泄水孔3的一端與夾層102相連通，另外一端與排水溝4相連通，且前者的高程要高于后者的高程，以便地下水能順利流向排水溝4，并沿著排水溝4流至隧道外。隧道內的行車道6放置在其下部的減振層7上，減振層7的下部設置有承臺板8，在所述仰拱2上預留粧基11的孔位，且預留孔的直徑應大于粧基11的直徑，便于粧基11施工，具體的直徑可根據粧基直徑加以確定;根據所述仰拱2上預留的粧基11的孔位，設置粧基U，其插入地層中的長度、粧基的直徑和沿隧道軸線方向的縱向間距可根據地層的地質條件、隧道內車輛荷載以及其他荷載通過計算加以確定。在所述粧基11外露的頂部修建縱梁9和縱梁之間的橫梁10。所述縱梁9沿隧道軸線方向進行設置，橫梁10垂直于縱梁9。所述縱梁9沿隧道縱向的長