一种耐火型非环形断面的隧道衬砌的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种耐火型非环形断面的隧道衬砌,从隧道衬砌横截面看其结构包括四个依次连接的隧道衬砌结构重复单元，四个依次连接的隧道衬砌结构重复单元组成了外周为圆形的隧道衬砌；隧道衬砌结构重复单元的内周圆弧由边沿到中央变小，且隧道衬砌结构重复单元的厚度由边沿到中央变小；本实用新型的隧道衬砌打破了常规的圆环形的隧道衬砌的设计思路，将隧道衬砌的内周制作成弧度和厚度都不同的结构，这样的设计从可靠度指标出发，保证火灾30min后满足基本安全的要求，耐火性通过增加混凝土厚度实现而非喷涂防火涂料，大量节约工程成本。
【专利说明】
一种耐火型非环形断面的隧道衬砌
技术领域
[0001]本实用新型涉及土木工程制造领域，具体涉及一种耐火型非环形断面的隧道衬砌。
【背景技术】
[0002]目前的隧道衬砌防火主要以喷涂防火涂料为主，防火涂料本身成本高昂，并且施工困难。目前隧道一般长度较长，在长隧道中施工防火涂料更是工程量巨大并且成本高昂的事情。
[0003]混凝土本身为耐火性材料，通过增加衬砌厚度，当发生火灾时可以牺牲富裕厚度的混凝土来保证结构整体的安全。这样便节约了高昂的防火涂料的成本。但是，耐火型衬砌的富裕厚度是多少，目前还没有一个明确的标准来衡量。
【发明内容】
[0004]针对现有技术中的缺陷和不足，本实用新型解决了现有耐火型衬砌设计问题，本设计以火灾下衬砌的可靠度为目标，保证发生火灾时衬砌在30min内能满足基本安全，并使衬砌各个截面在发生火灾30min后不至可靠度指标差异过大。
[0005]为达到上述目的，本实用新型采取的技术方案为:
[0006]—种耐火型非环形断面的隧道衬砌，从隧道衬砌横截面看其结构包括四个依次连接的隧道衬砌结构重复单元，四个依次连接的隧道衬砌结构重复单元组成了外周为圆形的隧道衬砌；
[0007]隧道衬砌结构重复单元的内周圆弧由边沿到中央变小，且隧道衬砌结构重复单元的厚度由边沿到中央变小。
[0008]具体的，所述的隧道衬砌结构重复单元包括第一圆弧段、第二圆弧段和第三圆弧段，第一圆弧段的半径为350cm，第二圆弧段的半径为100cm，第三圆弧段的半径为350cmo
[0009]更具体的，所述的第一圆弧段的长度为171cm，第二圆弧段的长度为60cm，第三圆弧段的长度为171cm。
[0010]还有，隧道衬砌结构重复单元的边沿厚度为53cm，隧道衬砌结构重复单元的中央厚度为33cm。
[0011]进一步的，所述的隧道衬砌在安装时将隧道衬砌分别制成第一安装块、第二安装块和第三安装块，隧道衬砌的下半圆由四个第一安装块依次连接组成，隧道衬砌的上半圆由第一安装块、第二安装块、第三安装块、第二安装块和第一安装块依次连接组成。
[0012]还有，在相邻的安装块之间连通螺栓孔，螺栓孔的端部设置安装口。
[0013]与现有技术相比，本实用新型的有益效果是:
[0014](I)本实用新型的隧道衬砌打破了常规的圆环形的隧道衬砌的设计思路，将隧道衬砌的内周制作成弧度和厚度都不同的结构，这样的设计从可靠度指标出发，保证火灾30min后满足基本安全的要求，耐火性通过增加混凝土厚度实现而非喷涂防火涂料，大量节约工程成本；
[0015](2)本使用新型的隧道衬砌内轮廓采用八心圆设计，保证了管片各个截面可靠度处在相当水平，避免了常规设计的材料浪费，以最少的制作材料保证隧道衬砌的防火要求；
[0016](3)另外，为了方便在施工过程中对隧道衬砌的快速安装，本实用新型将隧道衬砌预先制备成三种不同大小的安装块，下半圆采用标准的第一安装块依次拼接而成，为了保证隧道衬砌安装的紧密不出现安装缝隙，在隧道衬砌的上半圆采用第一安装块、第二安装块、第三安装块、第二安装块和第一安装块依次连接组成，第三安装块为最小的块体，保证整体的隧道衬砌的安装紧密。
【附图说明】
[0017]图1是本实用新型的耐火型非环形断面的隧道衬砌结构示意图；
[0018]图2是本实用新型的耐火型非环形断面的隧道衬砌的安装结构示意图；
[0019]图3为常规设计的隧道衬砌的耐火可靠度指标图；
[0020]图4位本实用新型的隧道衬砌的耐火可靠度指标图；
[0021]图中各标号表示为:A-隧道衬砌结构重复单元、Al-第一圆弧段、A2-第二圆弧段、A3-第二圆弧段；
[0022]1-第一安装块、2-第二安装块、3-第三安装块、4-安装口、5-螺栓孔；
[0023]以下结合说明书附图和【具体实施方式】对本实用新型做具体说明。
【具体实施方式】
[0024]结合图1-2，本实用新型的耐火型非环形断面的隧道衬砌，从隧道衬砌横截面看其结构包括四个依次连接的隧道衬砌结构重复单元A，四个依次连接的隧道衬砌结构重复单元A组成了外周为圆形的隧道衬砌；隧道衬砌结构重复单元A的内周圆弧由边沿到中央变小，且隧道衬砌结构重复单元A的厚度由边沿到中央变小;本实用新型的隧道衬砌打破了常规的圆环形的隧道衬砌的设计思路，将隧道衬砌的内周制作成弧度和厚度都不同的结构，这样的设计从可靠度指标出发，保证火灾30min后满足基本安全的要求，耐火性通过增加混凝土厚度实现而非喷涂防火涂料，大量节约工程成本。
[0025]隧道衬砌结构重复单元包括第一圆弧段Al、第二圆弧段A2和第三圆弧段A3，第一圆弧段Al的半径为350cm，第二圆弧段A2的半径为100cm，第三圆弧段A3的半径为350cm。第一圆弧段Al的长度为171cm，第二圆弧段A2的长度为60cm，第三圆弧段A3的长度为171cm。隧道衬砌结构重复单元A的边沿厚度为53cm，隧道衬砌结构重复单元A的中央厚度为33cm;采用八心圆设计，保证了管片各个截面可靠度处在相当水平，避免了常规设计的材料浪费，以最少的制作材料保证隧道衬砌的防火要求。
[0026]隧道衬砌在安装时将隧道衬砌分别制成第一安装块1、第二安装块2和第三安装块3，隧道衬砌的下半圆由四个第一安装块I依次连接组成，隧道衬砌的上半圆由第一安装块
1、第二安装块2、第三安装块3、第二安装块2和第一安装块I依次连接组成。在相邻的安装块之间连通螺栓孔5，螺栓孔5的端部设置安装口 4。
[0027]考虑施工便捷和管片受力特性，将管片划分为9块(如图2)，一块第三安装块3为封顶块，两块第二安装块2为邻接块以及六块第一安装块4为标准块。标准块规格一致，防止管片安装时顺序错乱。管片之间用螺栓连接。具体的安装的过程中注意，首先安装标准块，其次安装邻接块，最后安装封顶块，不仅保证了快速安装隧道衬砌，还能保证隧道衬砌之间的连接紧密。
[0028]对于衬砌本身来说，其拱顶和底部在受到火灾时影响较大，而拱肩和边墙部位则相对较小，因此在富裕厚度设计时可以考虑不同部位设置不同的富裕厚度，这样便又节省了部分混凝土材料。
[0029]依照本实用新型提出的参数设计隧道衬砌，采用最优化原理计算得到的隧道衬砌的耐火可靠度指标如图4，采用常规设计，即内轮廓为圆形，衬砌各截面厚度均为50cm，其隧道衬砌的耐火可靠度指标如图3。
[0030]由比图3和图4中的结果可知，采用本实用新型的隧道衬砌，混凝土在30min后各截面均能保证可靠度指标在基本安全范围内，采用常规设计拱顶和拱底以及两侧均不能保证基本安全，且各个截面可靠度指标差异较大。本实用新型的隧道衬砌的混凝土截面面积为7.90m2，常规设计隧道衬砌的混凝土截面面积为8.64m2，本设计较常规设计节约混凝土9.4%，在节约材料的同时还能保证耐火的安全要求，适于工程中推广使用。
【主权项】
1.一种耐火型非环形断面的隧道衬砌，其特征在于，从隧道衬砌横截面看其结构包括四个依次连接的隧道衬砌结构重复单元(A)，四个依次连接的隧道衬砌结构重复单元(A)组成了外周为圆形的隧道衬砌； 隧道衬砌结构重复单元(A)的内周圆弧由边沿到中央变小，且隧道衬砌结构重复单元(A)的厚度由边沿到中央变小。2.如权利要求1所述的耐火型非环形断面的隧道衬砌，其特征在于，所述的隧道衬砌结构重复单元(A)包括第一圆弧段(Al)、第二圆弧段(A2)和第三圆弧段(A3)，第一圆弧段(Al)的半径为350cm，第二圆弧段(A2)的半径为10cm，第三圆弧段(A3)的半径为350cmo3.如权利要求2所述的耐火型非环形断面的隧道衬砌，其特征在于，所述的第一圆弧段(Al)的长度为171cm，第二圆弧段(A2)的长度为60cm，第三圆弧段(A3)的长度为171cm。4.如权利要求1、2或3所述的耐火型非环形断面的隧道衬砌，其特征在于，隧道衬砌结构重复单元(A)的边沿厚度为53cm，隧道衬砌结构重复单元(A)的中央厚度为33cm。5.如权利要求1、2或3所述的耐火型非环形断面的隧道衬砌，其特征在于，所述的隧道衬砌在安装时将隧道衬砌分别制成第一安装块(I)、第二安装块(2)和第三安装块(3)，隧道衬砌的下半圆由四个第一安装块(I)依次连接组成，隧道衬砌的上半圆由第一安装块(I)、第二安装块(2)、第三安装块(3)、第二安装块(2)和第一安装块(I)依次连接组成。6.如权利要求5所述的耐火型非环形断面的隧道衬砌，其特征在于，在相邻的安装块之间连通螺栓孔(5)，螺栓孔(5)的端部设置安装口(4)。
【文档编号】E21D11/08GK205638485SQ201620434357
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月12日
【发明人】韩兴博, 夏永旭
【申请人】长安大学