一种用于隧道的T形阻尼仰拱结构制造技术

本发明专利技术公开一种用于隧道的T形阻尼仰拱结构，该仰拱结构包括混凝土隔断墙、排水管道、格栅网、碎石层、混凝土基座、弹簧阻尼装置。该仰拱结构首先根据等应力轴比理论，确定开挖深度，保证隧道稳定性，并且开挖位置少，减少了隧道的开挖扰动区域；其次，采用橡胶混凝土隔断墙，具有一定的水平方向伸缩性，起到阻尼作用，减小了水平方向的地应力对隧底的挤压作用导致的隧道底鼓；最后，隧底设置碎石层，可将混凝土基座上来自车辆的力均匀的分散传给隧底，也有利于隧道内排水。该仰拱结构采用刚柔并济的方式，给隧底围岩一定的变形空间，提高了隧底的稳定性，有效控制隧道底鼓。有效控制隧道底鼓。有效控制隧道底鼓。

【技术实现步骤摘要】
一种用于隧道的T形阻尼仰拱结构


[0001]本专利技术涉及隧道施工
，具体涉及一种用于隧道的T形阻尼仰拱结构。

技术介绍

[0002]我国经济的高速发展，交通运输的作用也越来越关键，对道路的要求也越来越高，很多公路隧道都是多车道的大跨度隧道。大跨度隧道对施工以及隧道结构的稳定性要求都很高，为减少隧道底鼓带来的破坏，常常采用仰拱的方式设置隧道底部，由于隧道跨度大，要求仰拱的曲率很大，这就意味着增加了隧道开挖工程量。
[0003]目前对隧道底鼓病害的防治大多采用锚固的方法，专利技术专利CN111502706A公开了一种适用于底鼓变形控制的隧道仰拱结构及方法，在隧底布置多个吸能锚杆以提高隧底抵抗变形的能力。但是对于层理复杂的层状岩体，围岩结构多样，软弱夹层和层理十分发育，稳定性极差，不能保证锚杆的支护效果，且该隧道仰拱结构的锚杆均为垂直于仰拱拱面设置，无法约束隧底的切向变形。专利技术专利CN107630706A公开了一种消除高地压区隧道仰拱隆起的隧底结构及施工方法，在隧底开挖布置多组泄压孔，再回填碎石，用以释放地应力。虽然此方法结构简单，但是在隧底大面积布置泄压孔不仅施工工作量大，引起的应力重分布也会导致围岩体的损伤和扰动区域增加，降低围岩整体性。

技术实现思路

[0004]为解决大跨度隧道仰拱因底鼓幅度大造成的结构破坏问题，本专利技术提供一种用于隧道的T形阻尼仰拱结构。该仰拱结构采用刚柔并济的方式，给隧底围岩一定的变形空间，使其释放高地应力产生的应变能，当混凝土挡墙形变到极限后，承担起抵抗变形的角色，使隧底在水平方向分段化，提高了隧底的稳定性，有效控制隧道底鼓。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：设计一种用于隧道的T形阻尼仰拱结构，其特征在于，该仰拱结构包括混凝土隔断墙、排水管道、格栅网、碎石层、混凝土基座、弹簧阻尼装置，其中，混凝土基座、碎石层、格栅网、排水管道、混凝土隔断墙从上到下依次设置，混凝土基座的宽度较碎石层的宽度小，混凝土基座居中的设置于碎石层顶面的正中间；格栅网铺设于碎石层底面的正中间，排水管道的顶端与格栅网的底面的中部衔接，排水管道的底部与混凝土隔断墙的顶面衔接；格栅网的宽度不小于排水管道的宽度，排水管道的宽度与混凝土隔断墙的宽度相等；
[0006]在混凝土基座两侧与隧道侧墙之间均设置有弹簧阻尼装置，弹簧阻尼装置的底座与活动端分别与混凝土基座的一侧及同一侧的隧道侧墙接触；
[0007]所述排水管道为格栅网的底面、混凝土隔断墙的顶面以及混凝土隔断墙顶部两侧上方的岩体围成的与混凝土隔断墙等宽的空间；
[0008]混凝土隔断墙、排水管道、格栅网、碎石层、混凝土基座的长度均与隧道长度相等。
[0009]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术设计的用于隧道的T形阻尼仰拱结构，首先根据等应力轴比理论，确定开挖深度，保证隧道稳定性，并且开挖位置少，避免了对
围岩造成过多的扰动，减少了隧道的开挖扰动区域，保持了围岩的完整性；其次，采用橡胶混凝土隔断墙，具有一定的水平方向伸缩性，起到阻尼作用，减小了水平方向的地应力对隧底的挤压作用导致的隧道底鼓；最后，隧底设置碎石层，可将混凝土基座上来自车辆的力均匀的分散传给隧底，也有利于隧道内排水。该仰拱结构采用刚柔并济的方式，给隧底围岩一定的变形空间，使其释放高地应力产生的应变能，当混凝土挡墙形变到极限后，承担起抵抗变形的角色，使隧底在水平方向分段化，提高了隧底的稳定性，有效控制隧道底鼓。
附图说明
[0010]图1为本专利技术一种用于隧道的T形阻尼仰拱结构一种实施例的剖视结构示意图(即在隧道开挖断面上的结构示意图，沿隧道宽度方向的竖直方向上的截面图)。
[0011]图2为本专利技术一种用于隧道的T形阻尼仰拱结构一种实施例的隧道开挖断面尺寸示意图。
[0012]图3为本专利技术一种用于隧道的T形阻尼仰拱结构的实施例1中的隧道模型(即模型2)与其它两种模型(模型1、模型3)采用数值模拟方式得到的隧道底板竖向位移曲线图。
[0013]图4为不同隧道模型采用数值模拟方式得到的隧道底板的位移云图，其中，图4的(1)为模型1的隧道底板的位移云图，图4中的(2)为模型2的隧道底板的位移云图，图4中的(3)为模型3的隧道底板的位移云图(为彩色图的灰度图，在实际的结果图中，图中间的上半部分为蓝色梯度结果，对应左侧色标的下部；图中间的下半部分为红色梯度结果，对应左侧色标的上部)。
[0014]附图中：1—混凝土隔断墙、2—排水管道、3—格栅网、4—碎石层、5—混凝土基座、6—弹簧阻尼装置。
具体实施方式
[0015]下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明。
[0016]本专利技术提供一种用于隧道的T形阻尼仰拱结构(简称仰拱结构，参见图1)，该仰拱结构包括混凝土隔断墙1、排水管道2、格栅网3、碎石层4、混凝土基座5、弹簧阻尼装置6，其中，混凝土基座5、碎石层4、格栅网3、排水管道2、混凝土隔断墙1从上到下依次设置，混凝土基座5的宽度较碎石层4的宽度小，混凝土基座5居中的设置于碎石层4顶面的正中间；格栅网3铺设于碎石层4底面的正中间，排水管道2的顶端与格栅网3的底面的中部衔接，排水管道2的底部与混凝土隔断墙1的顶面衔接。格栅网3的宽度不小于排水管道2的宽度，排水管道2的宽度与混凝土隔断墙1的宽度相等。格栅网3防止碎石层4阻塞排水管道2。
[0017]在混凝土基座5两侧与隧道侧墙之间均设置有弹簧阻尼装置6，弹簧阻尼装置6的底座与活动端分别与混凝土基座5的一侧及同一侧的隧道侧墙接触；弹簧阻尼装置6沿隧道长度方向均匀布置。
[0018]所述弹簧阻尼装置6的最大压缩量小于隧道安全允许变形量。
[0019]所述排水管道为格栅网3的底面、混凝土隔断墙1的顶面以及混凝土隔断墙1顶部两侧上方的岩体围成的与混凝土隔断墙1等宽的空间。
[0020]混凝土隔断墙1、排水管道2、格栅网3、碎石层4、混凝土基座5的长度均与隧道长度相等。
[0021]所述碎石层4的底面为曲面，且该底面在其竖直方向的截面(即隧道开挖断面，如图1所示)上为一段下凸的圆弧。
[0022]其中，混凝土隔断墙1为橡胶混凝土，具有一定的水平方向伸缩性，起到阻尼作用，根据隧道安全允许变形量与橡胶混凝土变形率确定混凝土隔断墙1的宽度，混凝土隔断墙1的变形量为宽度乘以变形率，其值应小于隧道安全允许变形量。
[0023]所述混凝土隔断墙1，其高度由隧道开挖断面宽度和高度以及隧道的水平荷载和竖向荷载比确定，根据等应力轴比理论，对于椭圆隧道，隧道竖轴与横轴之比等于竖向荷载与水平荷载之比时，隧道工程的稳定性是最强的。具体确定步骤为：
①
提前勘察获得隧道开挖位置的水平荷载与竖向荷载之比λ；
②
根据实际需要确定隧道开挖断面的最大宽度a和高度h；
③
根据等应力轴比理论，确定隧底开挖深度x，隧底开挖深度x为混凝土隔断墙1的高度与排水管道2的高度之本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于隧道的T形阻尼仰拱结构，其特征在于，该仰拱结构包括混凝土隔断墙、排水管道、格栅网、碎石层、混凝土基座、弹簧阻尼装置，其中，混凝土基座、碎石层、格栅网、排水管道、混凝土隔断墙从上到下依次设置，混凝土基座的宽度较碎石层的宽度小，混凝土基座居中的设置于碎石层顶面的正中间；格栅网铺设于碎石层底面的正中间，排水管道的顶端与格栅网的底面的中部衔接，排水管道的底部与混凝土隔断墙的顶面衔接；格栅网的宽度不小于排水管道的宽度，排水管道的宽度与混凝土隔断墙的宽度相等；在混凝土基座两侧与隧道侧墙之间均设置有弹簧阻尼装置，弹簧阻尼装置的底座与活动端分别与混凝土基座的一侧及同一侧的隧道侧墙接触；所述排水管道为格栅网的底面、混凝土隔断墙的顶面以及混凝土隔断墙顶部两侧上方的岩体围成的与混凝土隔断墙等宽的空间；混凝土隔断墙、排水管道、格栅网、碎石层、混凝土基座的长度均与隧道长度相等。2.根据权利要求1所述的一种用于隧道的T形阻尼仰拱结构，其特征在于，所述碎石层的底面为曲面，且该底面在其竖直方向的截面上为一段下凸的圆弧。3.根据权利要求1所述的一种用于隧道的T形阻尼仰拱结构，其特征在于，弹簧阻尼装置沿隧道长度方向均匀布置。4.根据权利要求1或3所述的一种用于隧道的T形阻尼仰拱结构，其特征在于，所述弹簧阻尼装置的最大压缩量小于隧道安全允许变形量。5.根据权利要求1所述的一种用于隧...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄达，杨芸芸，彭建兵，张俊文，宫凤强，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：