适用于软弱地层的隧道结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及隧道结构，提供了一种适用于软弱地层的隧道结构，包括复合式衬砌，沿径向衬砌包括初期支护和二次衬砌，沿环向衬砌包括拱部、底板和两侧边墙，由拱部、底板和两侧边墙包围构成封闭结构，在两侧边墙和底板的连接处分别设置有边树根桩，两侧的边树根桩均沿隧道纵向间隔设置，各边树根桩顶端与衬砌固结并向衬砌外侧倾斜插入围岩内。通过封闭的衬砌封闭围岩，制止围岩过大的松弛变形，提高结构的整体承载力；两侧边树根桩呈八字形布置，对封闭的衬砌形成支撑，且边树根桩沿隧道纵向间隔设置，因此，能够有效控制隧道运营期沉降，适应于洞内施工条件且施工安全、方便。适用于穿越各类软弱地层。
【专利说明】适用于软弱地层的隧道结构
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及隧道结构，尤其是一种适用于软弱地层的隧道结构。
【背景技术】
[0002]隧道是一种修建在地下的工程结构物，被广泛地应用于交通、矿山、水利及国防等领域。隧道建筑物总体上可分为主体建筑物和附属建筑物两大部分，其中主体建筑物包括洞身衬砌和洞门。衬砌是用于加固洞身保持隧道稳定，防止围岩也即洞身周围地层发生风化剥落或坍塌的结构物；而洞门则是为了稳定边坡、引导地表水，用于加固隧道的出入口。
[0003]隧道的衬砌通常采用拱形结构，包括拱部和两侧边墙。而目前的衬砌的结构形式通常采用复合式衬砌，包括初期支护、二次衬砌及初期支护和二次衬砌之间的防水层，初期支护是限制围岩在施工期间的变形，达到围岩的暂时稳定；二次衬砌则是提供结构的安全储备、承受后期围岩压力；而防水层具有防水效果，且可减少二次衬砌混凝土的收缩裂缝，提供缓冲降低形变压力。
[0004]作为一种修建在地下的工程结构物，隧道不可避免的会遇到软弱地层。软弱地层通常指承载力小于150kPa的地层，主要包括软弱土层。所谓软弱土层是处于软塑、流塑状态的黏性土层、处于松散状态的砂土层、未经处理的填土和其他高压缩性土层，其具有强度低、压缩性高及渗透性较差等特点。穿越软弱地层的隧道，受作为基底的软弱地层承载力低的影响，在交通荷载、地质变化以及地下水变化等因素的作用下，极易在运营期产生沉降病害，因此控制其在运营期的隧道沉降是保证工程质量与安全的关键技术问题之一。
[0005]具体的讲，当隧道基底承载力小于150kPa时，对隧道基底进行加固处理，以提高其承载力，控制运营期隧道沉降。传统的基底加固方案包括:人工挖孔桩、混凝土灌注桩、预制粧、闻压旋喷粧、基底换填等。但由于隧道基底处理施工场地受:隧道掌子面开挖的影响和洞内狭小场地的限制，隧道开挖、隧道支护和基底加固在时间和空间上相互影响和干扰，人工挖孔桩、混凝土灌注桩、预制桩、高压旋喷桩难以满足洞内施工条件。而基底换填施工，循环周期长，对围岩干扰严重，施工安全性差，且处理具有局限性，仅能处理厚度不大于3m的软弱基底。因此，开发一种能够有效控制隧道运营期沉降，同时适应于洞内施工条件且施工方便、安全的隧道结构成为一个刻不容缓的工作。
实用新型内容
[0006]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能够有效控制隧道运营期沉降，同时适应于洞内施工条件且施工方便、安全的适用于软弱地层的隧道结构。
[0007]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:适用于软弱地层的隧道结构，包括复合式衬砌，沿径向所述衬砌包括外侧的初期支护和内侧的二次衬砌，沿环向所述衬砌包括拱部和两侧边墙，设置有底板，由拱部、底板和两侧边墙包围构成封闭结构，在两侧边墙和底板的连接处分别设置有边树根桩，两侧的边树根桩均沿隧道纵向间隔设置，所述各边树根桩顶端与衬砌固结并向衬砌外侧倾斜插入围岩内。[0008]进一步的，设置有顶端与底板固结并插入底板下方围岩内的底树根桩，所述底树根桩沿底板纵横向间隔设置。作为一种优选，所述底树根桩按行列布置并沿纵向插入围岩，且相邻行之间的底树根桩沿底板横向相互错开、相邻列之间的底树根桩沿底板纵向相互错开。进一步的，在各列底树根桩的相邻底树根桩之间设置有顶端与底板固结并纵向植入底板下方围岩内的锚杆或注浆小导管。
[0009]进一步的，所述底板采用仰拱。
[0010]进一步的，设置连接钢筋，所述连接钢筋一端植入边墙底部、另一端与仰拱固结。
[0011]进一步的，设置有地下水排水结构，包括集水管、连接管、汇水管和排水管；所述集水管表面阵列有泄水孔并埋设于边墙外侧围岩内，所述汇水管位于底板下方并沿底板横向延伸，所述各集水管和各汇水管均沿隧道纵向间隔设置；所述连接管埋设于衬砌内，并由各连接管分别连通对应的汇水管和集水管；所述排水管位于底板下方并沿隧道纵向延伸，各汇水管均与排水管相连通。具体的，设置有盲沟，所述排水管埋设于盲沟内且排水管上部阵列有同盲沟相连通的汇水孔；所述汇水管插入盲沟内并经盲沟同排水管相连通。
[0012]本实用新型的有益效果是:通过封闭的衬砌封闭围岩，制止围岩过大的松弛变形，提高结构的整体承载力；两侧边树根桩呈八字形布置，对封闭的衬砌形成支撑，且边树根桩沿隧道纵向间隔设置，因此，能够有效控制隧道运营期沉降。由于仅增加树根桩及底板，因此施工方便；且树根桩的施工，噪音和振动很小，对于围岩的扰动小，所需施工场地较小，因此适应于洞内施工条件且施工安全。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是实施例一的结构示意图；
[0014]图2是实施例一的底树根桩和注浆小导管的布置示意图；
[0015]图3是实施例二的结构示意图；
[0016]图4是实施例二的边墙和仰拱的连接示意图；
[0017]图5是实施例二排水结构的布置示意图；
[0018]图6是实施例二排水结构的盲沟结构示意图。
【具体实施方式】
[0019]本实用新型的适用于软弱地层的隧道结构，包括复合式衬砌10，沿径向所述衬砌10包括外侧的初期支护14和内侧的二次衬砌15，沿环向所述衬砌10包括拱部11、底板和两侧边墙13，并由拱部11、底板和两侧边墙13包围构成封闭结构，在两侧边墙13和底板的连接处分别设置有边树根桩16，两侧的边树根桩16均沿隧道纵向间隔设置，所述各边树根桩16顶端与衬砌10固结并向衬砌10外侧倾斜插入围岩内。
[0020]在隧道的横断面内，复合式衬砌10为封闭结构，通过封闭结构封闭围岩，制止围岩过大的松弛变形，将围岩塑性变形和形变压力控制在允许范围，提高结构的整体承载力，同时由两侧边树根桩16对环状封闭的复合式衬砌10形成支撑；沿隧道纵向，两侧边树根桩16均沿隧道纵向间隔设置，能够沿隧道纵向对形成完整的支撑。树根桩采用压浆法成桩，能够由树根桩和桩间土共同构成树根桩复合地基，具有较高的承载力；同时，两侧边树根桩16向衬砌10外侧倾斜插入围岩内呈八字形布置，能够有效增加承载土体的横向宽度，分散载荷，增强承载力和稳定性。因此，本实用新型的适用于软弱地层的隧道结构，能够有效控制隧道运营期沉降。
[0021]由于仅需在现有复合式衬砌结构的基础上增加树根桩及底板，因此施工方便。且树根桩的施工，噪音和振动很小，对于围岩的扰动小，所需施工场地较小，因此适应于洞内施工条件且施工安全。同时，也由于上述原因，本实用新型的隧道结构，除了用于新建隧道夕卜，也能用于现有隧道沉降病害的整治。
[0022]另外，树根桩可用于杂填土、素填土、碎石土、砂土、粉土、粘性土、湿陷性黄土、膨胀土等不同地质条件及喀斯特岩溶地区，且既能用于地下水位以上，也可用于地下水位以下，因此本实用新型的隧道结构能够适用于各类软弱地层，适应性好。
[0023]对于隧道横向宽度较宽、地层承载力较差的情况，进一步的，设置有顶端与底板固结并插入底板下方围岩内的底树根桩17，所述底树根桩17沿底板纵横向间隔设置。在隧道的横断面内，通过底树根桩17和两侧的边树根桩16形成完整的支撑以及整个横向上承载土体的强化。底树根桩17的排列方式可以根据具体的地层条件、隧道结构进行设置。
[0024]其中，作为一种优选，所述底树根桩17按行列布置并沿纵向插入围岩，且相邻行之间的底树根桩17沿底板横向相互错开、相邻列之间的底树根桩17沿底板纵向相互错开。该布置形式，能够有效保证对底板下方承载土体整体的强化，提高承载土体的整体性。为了进一步提供承载力，在各列底树根桩17的相邻底树根桩17之间设置有顶端与底板固结并纵向植入底板下方围岩内的锚杆或注衆小导管18。
[0025]进一步的，所述底板采用仰拱12，仰拱12能够提高基础承载力，减少下沉。
[0026]软弱地层的承载力受地下水影响较大，因此进一步的，设置有地下水排水结构，包括集水管、连接管32、汇水管33和排水管35 ;所述集水管表面阵列有泄水孔并埋设于边墙13外侧围岩内，所述汇水管33位于底板下方并沿底板横向延伸，所述各集水管和各汇水管33均沿隧道纵向间隔设置；所述连接管32埋设于衬砌10内，并由各连接管32分别连通对应的汇水管33和集水管；所述排水管35位于底板下方并沿隧道纵向延伸，各汇水管33均与排水管35相连通。隧道两侧及两侧上方的地下水经泄水孔进入集水管，然后通过由集水管、连接管32、汇水管33构成的横向排水管路排入排水管35，并最终由排水管35排出至地表，因此能够有效降低地下水的水位，使得土体固结，提高承载力并保证承载力的稳定。对于二次衬砌外侧设置有排水结构的隧道结构，上述横向排水管可直接与二次衬砌外侧的纵向排水管31相连，因此其仅需延伸至二次衬砌外侧即可，无需延伸至围岩内。
[0027]上述的底树根桩、锚杆、注浆小导管及排水结构，可以根据具体的地层条件进行选择和组合，以满足具体的结构稳定性要求。下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
[0028]实施例一
[0029]本实施例为一新建隧道，其围岩为泥岩夹炭质泥岩、薄煤层，属软岩?极软岩；且岩体受地质构造影响严重，岩体破碎，呈角碎状松散结构。
[0030]如图1所示，本实施例的隧道结构，包括曲墙式的复合式衬砌10，沿径向所述衬砌10包括外侧的初期支护14和内侧的二次衬砌15，初期支护14和二次衬砌15之间设置有防水层19，沿环向所述衬砌10包括拱部11、仰拱12和两侧边墙13，并由拱部11、仰拱12和两侧边墙13包围构成环状的封闭结构，在两侧边墙13和仰拱12的连接处分别设置有边树根桩16，两侧的边树根桩16均沿隧道纵向间隔设置，所述各边树根桩16顶端与衬砌10固结并向衬砌10外侧倾斜插入围岩内。且如图1所示,在对应横断面内，两侧分别设置两根边树根桩16，同侧边树根桩16呈八字形布置。
[0031]如图1、图2所示，设置有顶端与仰拱12固结并沿纵向插入仰拱12下方围岩内的底树根桩17，所述底树根桩17按行列布置，且相邻行之间的底树根桩17沿仰拱12横向相互错开、相邻列之间的底树根桩17沿仰拱12纵向相互错开；在各列底树根桩17的相邻底树根桩17之间设置有顶端与仰拱12固结并纵向植入仰拱12下方围岩内的注浆小导管18。
[0032]实施例二
[0033]本实施例是对一现有隧道的整治，其处于红层砂泥岩互层区，隧底泥岩在地下水反复作用下易产生软化。现有隧道结构，包括复合式衬砌10，沿径向所述衬砌10包括外侧的初期支护和内侧的二次衬砌，沿环向所述衬砌10包括拱部11和两侧边墙13。
[0034]整治后的隧道结构，也即本实施例适用于软弱地层的的隧道结构，如图3、图4所示，增设仰拱12和套衬20 ;设置连接钢筋21，所述连接钢筋21 —端植入边墙13底部、另一端与仰拱12固结；沿径向所述衬砌10包括外侧的初期支护、内侧的套衬20及初期支护和套衬20之间的二次衬砌，沿环向由拱部11、仰拱12和两侧边墙13包围构成环状的封闭结构，在两侧边墙13和仰拱12的连接处分别设置有边树根桩16，两侧的边树根桩16均沿隧道纵向间隔设置，所述各边树根桩16顶端与衬砌10固结并向衬砌10外侧倾斜插入围岩内。
[0035]如图5、图6所示，设置有地下水排水结构，由于原二次衬砌外侧设置有排水结构，因此，改造过程中，仅设置汇水管33和排水管35，其中汇水管33位于仰拱12下方并沿仰拱12横向延伸，各汇水管33沿隧道纵向间隔设置，所述排水管35位于仰拱12下方并沿隧道纵向延伸，各汇水管33分别与原埋设于二次衬砌内的连接管32连通并经连接管32连通原二次衬砌外侧的纵向排水管31，各汇水管33的另一端分别与排水管35连通。具体的，设置有盲沟34，所述排水管35埋设于盲沟34内且排水管35上部阵列有同盲沟34相连通的汇水孔36 ;所述汇水管33插入盲沟34内并经盲沟34同排水管35相连通。
【权利要求】
1.适用于软弱地层的隧道结构，包括复合式衬砌(10)，沿径向所述衬砌(10)包括外侧的初期支护(14)和内侧的二次衬砌(15)，沿环向所述衬砌(10)包括拱部(11)和两侧边墙(13)，其特征在于:设置有底板，由拱部(11)、底板和两侧边墙(13)包围构成封闭结构，在两侧边墙(13)和底板的连接处分别设置有边树根桩(16)，两侧的边树根桩(16)均沿隧道纵向间隔设置，所述各边树根桩(16)顶端与衬砌(10)固结并向衬砌(10)外侧倾斜插入围岩内。
2.如权利要求1所述的适用于软弱地层的隧道结构，其特征在于:设置有顶端与底板固结并插入底板下方围岩内的底树根桩(17)，所述底树根桩(17)沿底板纵横向间隔设置。
3.如权利要求2所述的适用于软弱地层的隧道结构，其特征在于:所述底树根桩(17)按行列布置并沿纵向插入围岩，且相邻行之间的底树根桩(17)沿底板横向相互错开、相邻列之间的底树根桩(17)沿底板纵向相互错开。
4.如权利要求3所述的适用于软弱地层的隧道结构，其特征在于:在各列底树根桩(17)的相邻底树根桩(17)之间设置有顶端与底板固结并纵向植入底板下方围岩内的锚杆或注衆小导管(18)。
5.如权利要求1、2、3或4所述的适用于软弱地层的隧道结构，其特征在于:所述底板采用仰拱(12)。
6.如权利要求5所述的适用于软弱地层的隧道结构，其特征在于:设置连接钢筋(21)，所述连接钢筋(21)—端植入边墙(13)底部、另一端与仰拱(12)固结。
7.如权利要求1所述的适用于软弱地层的隧道结构，其特征在于:设置有地下水排水结构，包括集水管、连接管(32)、汇水管(33)和排水管(35);所述集水管表面阵列有泄水孔并埋设于边墙(13)外侧围岩内，所述汇水管(33)位于底板下方并沿底板横向延伸，所述各集水管和各汇水管(33)均沿隧道纵向间隔设置；所述连接管(32)埋设于衬砌(10)内，并由各连接管(32)分别连通对应的汇水管(33)和集水管；所述排水管(35)位于底板下方并沿隧道纵向延伸，各汇水管(33)均与排水管(35)相连通。
8.如权利要求7所述的适用于软弱地层的隧道结构，其特征在于:设置有盲沟(34)，所述排水管(35)埋设于盲沟(34)内且排水管(35)上部阵列有同盲沟(34)相连通的汇水孔(36);所述汇水管(33)插入盲沟(34)内并经盲沟(34)同排水管(35)相连通。
【文档编号】E21D11/00GK203515597SQ201320645563
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年10月18日 优先权日:2013年10月18日
【发明者】王联, 李玉文, 张兆杰, 林国进, 郑金龙, 田尚志, 田志宇, 高世军, 李泳伸, 周仁强 申请人:四川省交通运输厅公路规划勘察设计研究院