大跨度重荷载受力诱导式回填明洞衬砌结构制造技术

大跨度重荷载受力诱导式回填明洞衬砌结构，以使明洞具有更大的跨度和承受更大荷载，能有效控制明洞衬砌的设计厚度，而且明洞衬砌施工质量易于控制。由混凝土或者钢筋混凝土模筑的拱部（11）、边墙（12）和仰拱（13）构成环形截面明洞衬砌（10），在明洞衬砌（10）的拱部（11）、边墙（12）的外轮廓弧面设置受力诱导护拱（20）。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及隧道结构，特别涉及一种大跨度重荷载受力诱导式回填明洞衬砌结构。
技术介绍
考虑节约工程造价、预留规划用地、减少运营风险等要求，铁路、公路设计中在高边坡、危岩落石地段或有规划需要而无法绕避的段落采用隧道明洞方案通过，尤其是在多山地区修建铁路，受车站设置要求，经常出现大跨高回填明洞衬砌结构。明洞衬砌跨度已由一般单、双线隧道发展到三线、四线隧道，甚至更多线隧道，伴随隧道跨度的不断突破，隧道明洞衬砌回填土厚度及荷载在不断增加，保证结构安全的明洞衬砌结构厚度不断增加，甚至出现2m以上超厚衬砌结构。大跨、高回填荷载超厚大体积混凝土衬砌结构在变形、安全性、耐久性等方面面临新的挑战和新的技术难题，关于超厚回填土超大跨度明洞断面型式、衬砌结构形式等设计参数及明洞的施工工艺问题亟待解决。现有隧道衬砌结构有复合式衬砌或整体式明洞衬砌，双线隧道复合式衬砌结构厚度一般小于55cm，整体式明洞衬砌结构厚度一般小于80cm，普通明洞衬砌设计荷载较小，尤其是明洞衬砌设计荷载一般小于4m回填土荷载，衬砌结构型式均采用实心混凝土或实心钢筋混凝土断面。随着大跨、大断面隧道建设的不断增多，明洞衬砌设计荷载的不断增大，使得明洞衬砌传统修建技术及理论面临的问题越来越多。尽管我国在近十年里也很重视隧道明洞建设技术的提高，但至今仍无统一的勘察设计规范，同类工程在设计和施工方面差别比较大。为防护一般的落石、崩坍，公路隧道设计规范(JTGD70 — 2004)明确规定明洞填土厚度不得小于1.5m,但对于明洞衬砌洞顶最大回填土厚度未做要求。规范规定的洞顶填土厚度不小于1.5m，只考虑了承受边、仰坡的少量坍塌，当边、仰坡有病害，未来有可能发生较大坍塌时，则应适当增加洞顶回填土厚度以确保明洞的稳定和安全。往往实际工程中为恢复洞口开挖前的原始地貌，甚至在原始地貌增加覆土厚度以达到某种建筑或工程需求。洞顶填土厚度增加，势必会增加洞顶上方荷载，导致明洞衬砌结构产生较大内力。工程经验表明当明洞上方填土高度大于三十米后，常规断面明洞衬砌的厚度往往大于2m，以贵阳枢纽东北环线龙洞堡机场隧道高回填明洞衬砌结构研究为例，采用净跨25m回填高度33m的传统拱形明洞衬砌结构，如采用常规设计，拱部衬砌厚度需达到2.6m，仰拱处则达到2.Sm，并采用加强配筋才能满足承载力要求。而这在实际工程中属于大体积混凝土，施工浇筑难度大、施工质量难于控制，且混凝土导热系数比较小，往往会造成温度裂缝，大体积混凝土明洞衬砌结构难于满足结构安全性和耐久性要求，几乎不能实施。由此可见，当明洞衬砌跨度大且上方填土较高时，即使对明洞断面进行整体优化，依旧不可避免地会对明洞衬砌内部产生较大的内力。如果一味增加衬砌厚度,既造成大量圬工浪费，又会因为大体积混凝土水化热无法有效消除而产生较大温度裂缝，导致明洞衬砌耐久性无法得到保障。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种大跨度重荷载受力诱导式回填明洞衬砌结构，以使明洞具有更大的跨度和承受更大荷载，能有效控制明洞衬砌的设计厚度，而且明洞衬砌施工质量易于控制。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案如下:本专利技术的大跨度重荷载受力诱导式回填明洞衬砌结构，由混凝土或者钢筋混凝土模筑的拱部、边墙和仰拱构成环形截面明洞衬砌，其特征是:所述明洞衬砌10的拱部、边墙的外轮廓弧面设置受力诱导护拱。本专利技术的有益效果是，在明洞衬砌的拱部、边墙的外轮廓弧面设置受力诱导护拱，明洞衬砌作为主要受力结构，受力诱导护拱主要对明洞衬砌所受外力进行二次分配，兼承担部分回填荷载，即采用多材料、多层复合支撑结构，能有效支撑明挖大跨度隧道空间，仅通过调整受力诱导护拱结构形状、材料特性特征即可实现明挖隧道的大跨度及高回填；明洞回填荷载通过受力诱导护拱的应力重新分配，使作用在明洞衬砌结构上的荷载分布达到优化，从而使衬砌近似位于合理拱轴线上，能有效控制衬砌的设计厚度，减小衬砌结构圬工，控制衬砌结构裂缝开展，提高衬砌结构抗渗性和耐久性；明洞衬砌施工质量易于控制，施工工艺简单，易于推广。附图说明本说明书包括如下三幅附图:图1是本专利技术大跨度重荷载受力诱导式回填明洞衬砌结构的截面图；图2是沿图1中A-A线的剖视图；图3是沿图1中C-C线的剖视图。图中示出构件及所对应的标记:明洞衬砌10、拱部11、边墙12、仰拱13、受力诱导护拱20、填充管30、填充体40。具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。参照图1、图2和图3，本专利技术大跨度重荷载受力诱导式回填明洞衬砌结构，由混凝土或者钢筋混凝土模筑的拱部11、边墙12和仰拱13构成环形截面明洞衬砌10，在明洞衬砌10的拱部11、边墙12的外轮廓弧面设置受力诱导护拱20。明洞衬砌10作为主要受力结构，受力诱导护拱20主要对明洞衬砌10所受外力进行二次分配，兼承担部分回填荷载，改变承受荷载的单一衬砌结构型式，采用多材料、多层复合支撑结构，能有效支撑明挖大跨度隧道空间，仅通过调整受力诱导护拱20结构形状、材料特性特征即可实现明挖隧道的大跨度、高回填。参照图1，明洞衬砌10为混凝土或钢筋混凝土马鞍形结构，为明洞荷载的主要承载体，保证在外部荷载作用下明洞空间的稳定。由位于外层的受力诱导护拱20对明洞衬砌10受力进行二次分配，优化结构受力，使作用在明洞衬砌10结构上的荷载分布达到优化，从而使明洞衬砌10近似位于合理拱轴线上，能有效控制明洞衬砌的10的设计厚度，减小衬砌结构圬工，控制衬砌结构裂缝开展，提高衬砌结构抗渗性和耐久性。参照图1，所述受力诱导护拱20顶部沿隧道延伸方向间隔设填充管30，填充管30的上端口延伸出受力诱导护拱20的外轮廓，下端延伸至明洞衬砌10与受力诱导护拱20之间的空隙。施工时通过填充管30向明洞衬砌10与受力诱导护拱20之间的空隙灌注遇水软化型填充材料，在空隙内形成填充体40，使受力诱导护拱20内壁与明洞衬砌10外壁密贴，以确保受力诱导护拱20能充分发挥对受力进行二次分配的作用。受力诱导护拱20既作为改善明洞衬砌10受力的诱导层，同时兼作明洞回填荷载的受力支撑构件。通过受力诱导护拱20对施加在明洞衬砌结构上的回填荷载进行调整，使明洞衬砌10的拱部11、边墙12处于合理拱轴线上，作用于明洞衬砌10上的竖向压力P和水平压力E与明洞衬砌宽度b和明洞衬砌高度b的关系近似满足下式要求:P/E h/b。参照图1，受力诱导护拱20的内轮廓线即为明洞衬砌10的外轮廓线，受力诱导护拱20外轮廓根据明洞埋深实际情况，向外采用等厚截面或不等厚截面设置。受力诱导护拱20根据结构设计需要确定材质和标号，为减少结构自重荷载，并有利于施工和减少成本，受力诱导护拱20宜优选采用片石混凝土浇筑、浆砌片石等可改变明洞结构受力分配的材料。参照图1，作为一种典型的结构截面，所述受力诱导护拱20优选采用切底椭圆状非等厚截面，其护拱高度H与宽度B的比值矢跨比f、护拱厚度根据明洞衬砌断面、回填材料侧压力系数、护拱材料特性等计算确定。以某V级II型双线高回填明洞为例，若采用常规明洞结构设计，施加在明洞拱部竖向荷载P= Y h，拱部、边墙水平土压力E = λ yh,拱部厚度需1.8m，边墙厚度2m，延米C35混凝土 88.85m3，钢筋用量达11.U。而采用本专利技术的大跨度重本文档来自技高网...

【技术保护点】
大跨度重荷载受力诱导式回填明洞衬砌结构，由混凝土或者钢筋混凝土模筑的拱部（11）、边墙（12）和仰拱（13）构成环形截面明洞衬砌（10），其特征是：所述明洞衬砌（10）的拱部（11）、边墙（12）的外轮廓弧面设置受力诱导护拱（20）。

【技术特征摘要】
1.大跨度重荷载受力诱导式回填明洞衬砌结构，由混凝土或者钢筋混凝土模筑的拱部(11)、边墙(12)和仰拱(13)构成环形截面明洞衬砌(10)，其特征是:所述明洞衬砌(10)的拱部(11)、边墙(12)的外轮廓弧面设置受力诱导护拱(20)。2.如权利要求1所述的大跨度重荷载受力诱导式回填明洞衬砌结构，其特征是:所述受力诱导护拱(20)顶部沿隧道延伸方向间隔设填充管(30)，填充管(30)的上端口延伸出受力诱导护拱(20)的外轮廓...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨雄，高杨，琚国全，熊祥雪，李晓园，赵万强，胖涛，曹彧，王建磊，马青，张永平，匡亮，袁伟，杨学中，刘金松，何洋，薛强，
申请(专利权)人：中铁二院工程集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：