大變形地裂縫段隧道襯砌接縫結構及其構建方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種大變形地裂縫段隧道襯砌接縫結構及其構建方法。地裂縫段較大的地層變形趨勢對隧道襯砌結構的安全性與長期耐久性非常不利，給列車運營帶來安全隱患。本發(fā)明在襯砌結構接縫內外側設置了且型外貼式橡膠止水帶與Ω型外貼式橡膠止水帶，通過橡膠帶在襯砌接縫內預留部分的自由伸縮，來適應一定時期內接縫兩側襯砌結構的相對運動，進而確保地裂縫段襯砌結構能適應地層的變形趨勢。本發(fā)明設計的襯砌接縫構造型式，是一種柔性結構，能夠有效控制地層位移過程中，襯砌結構過大的變形勢能與內應力，減少地裂縫段襯砌結構的裂縫與滲漏趨勢，可以滿足地裂縫段較大的地層變形對隧道襯砌結構的特殊要求，進一步可確保隧道百年工程的使用壽命。
【專利說明】大變形地裂縫段隧道襯砌接縫結構及其構建方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于隧道工程【技術領域】，具體涉及一種大變形地裂縫段隧道襯砌接縫結構及其構建方法。
【背景技術】
[0002]對于目前國內各大城市的軌道交通工程，淺埋暗挖法隧道依舊占據(jù)著相當?shù)谋壤?，尤其在超淺覆土地段、對結構凈空有特殊要求地段、以及對結構變形有特殊要求地段等區(qū)域。地裂縫對區(qū)間隧道襯砌結構適應不均勻變形的能力有特殊要求，要求百年設計年限內的最大變形量需達到500mm(或更大)，而且還要滿足列車正常運營的要求。但是現(xiàn)行的隧道接縫設計主要考慮其防水功能，而非其適應不均勻變形的能力，一般淺埋暗挖法隧道設置的變形縫，僅能滿足隧道施工與列車運營期間，由于濕度或溫度變化引起的襯砌結構膨脹變形或收縮變形，遠遠無法滿足地裂縫段隧道襯砌結構的變形要求，這將會嚴重影響地裂縫段區(qū)間隧道工程的質量與安全，現(xiàn)有的接縫設計理念很難保證百年工程的設計目標。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種大變形地裂縫段隧道襯砌接縫結構及其構建方法，以接縫自身的柔性伸縮來調節(jié)地層變形引起的襯砌結構相對位移，提高隧道襯砌適應不均勻變形的能力，實現(xiàn)地裂縫段襯砌接縫的柔性構造與襯砌結構的協(xié)調變形。
[0004]本發(fā)明所采用的技術方案是:
大變形地裂縫段隧道襯砌接縫結構，包含有襯砌接縫兩側的襯砌結構，其特征在于:
襯砌接縫的外側的襯砌結構上固定有且型外貼式橡膠止水帶，襯砌接縫的內側的襯砌結構上固定有Ω型外貼式橡膠止水帶。
[0005]且型外貼式橡膠止水帶為封閉型橡膠止水帶，橫截面呈“且”字形，即中心孔內設置有平行于橡膠止水帶帶狀部分的橫隔帶，形成多孔中心孔結構；
且型外貼式橡膠止水帶通過錨栓固定于襯砌接縫外側兩邊的襯砌結構上。
[0006]Ω型外貼式橡膠止水帶為開敞型橡膠止水帶，橫截面呈“ Ω ”形；
Ω型外貼式橡膠止水帶通過Ω型外貼式橡膠止水帶外的鋼壓板以及錨栓，錨固于襯砌結構內預埋的鋼墊板上，從而固定于襯砌接縫內側兩邊的襯砌結構上。
[0007]襯砌接縫兩側襯砌結構相對的端面上均設置有端模鋼板。
[0008]鋼墊板與其內側設置的錨筋一同預埋于襯砌結構內。
[0009]兩側襯砌結構發(fā)生相對位移后，相對沉降的襯砌結構與地層間形成的空隙區(qū)域內注入回填漿液，相對上升的襯砌結構與Ω型外貼式橡膠止水帶之間固定焊接角鋼。
[0010]大變形地裂縫段隧道襯砌接縫結構的構建方法，其特征在于:
由以下步驟實現(xiàn):
步驟一:預制襯砌結構，并在襯砌接縫內側預埋鋼墊板與錨筋；
步驟二:將端模鋼板固定在襯砌接縫兩側襯砌結構相對的端面上； 步驟三:利用錨栓將且型外貼式橡膠止水帶固定在襯砌接縫外側的襯砌結構上；步驟四:利用鋼壓板與錨栓，將Ω型外貼式橡膠止水帶錨固于襯砌結構內預埋的鋼墊板上，同時固定在襯砌接縫內側的襯砌結構上；
步驟五:在變形后的襯砌接縫外側，襯砌結構與地層之間形成的空隙區(qū)域，及時注入回填漿液；
步驟六:在變形后的襯砌接縫內側，將鋼壓板與錨栓重新固定在焊接角鋼上，進一步調節(jié)Ω型外貼式橡膠止水帶的位置。
[0011]本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
本發(fā)明在隧道襯砌結構接縫內外側設置了能自由伸縮的且型外貼式橡膠帶與Ω型外貼式橡膠帶，以及與外貼式橡膠帶相配套的錨固系統(tǒng)，涉及的橡膠材料與錨固材料均為常規(guī)材料，其相應尺寸均為常規(guī)類型，便于加工制造；且型外貼式橡膠帶與Ω型外貼式橡膠帶在接縫內的預留長度，可以根據(jù)接縫左右側襯砌結構的相對位移設計；左右側襯砌結構出現(xiàn)相對位移后，相對沉降的襯砌結構外側與地層之間形成的局部空隙區(qū)域，可通過回填漿液充填密實，接縫內側Ω型外貼式橡膠帶的位置可通過焊接角鋼進行調整。通過接縫內預留橡膠帶的自由伸縮，地層位移或接縫左右側襯砌結構的相對位移，將不會對襯砌結構形成附加應力，能夠有效避免襯砌裂縫與滲漏的風險，減小潛在的不安全因素，延長隧道的使用壽命，具有較高的經濟效益和社會效益，在城市軌道交通、鐵路、公路等工程中有廣泛的應用前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為接縫左右側襯砌結構相對位移前的接縫結構圖。
[0013]圖2為接縫左右側襯砌結構相對位移后(右側下降，左側上升)的接縫結構圖。
[0014]圖3為接縫左右側襯砌結構相對位移后(左側下降，右側上升)的接縫結構圖。
[0015]圖中，1-襯砌結構，2-且型外貼式橡膠止水帶，3- Ω型外貼式橡膠止水帶，4-端模鋼板，5-鋼壓板，6-錨栓，7-鋼墊板，8-錨筋，9-焊接角鋼，10-回填漿液。
【具體實施方式】
[0016]下面結合【具體實施方式】對本發(fā)明進行詳細的說明。
[0017]本發(fā)明所涉及的大變形地裂縫段隧道襯砌接縫結構，包含有襯砌接縫兩側的襯砌結構1，襯砌接縫的外側的襯砌結構I上固定有且型外貼式橡膠止水帶2，襯砌接縫的內側的襯砌結構I上固定有Ω型外貼式橡膠止水帶。其中，且型外貼式橡膠止水帶2為封閉型橡膠止水帶，橫截面呈“且”字形，即中心孔內設置有平行于橡膠止水帶帶狀部分的橫隔帶，形成多孔中心孔結構。其帶狀部分從中線處斷開，在襯砌結構I發(fā)生相對位移時可分離以適應形變。且型外貼式橡膠止水帶2通過錨栓6 (需配合螺母、墊片使用)固定于襯砌接縫外側兩邊的襯砌結構I上。Ω型外貼式橡膠止水帶3為開敞型橡膠止水帶，橫截面呈“ Ω ”形。Ω型外貼式橡膠止水帶3利用鋼壓板5與錨栓6，錨固于襯砌結構I內預埋的鋼墊板7上，從而固定于襯砌接縫內側兩邊的襯砌結構I上。鋼壓板5和鋼墊板7均為IOmm厚鋼板。鋼墊板7主要通過其內側的錨筋8，預埋于襯砌結構I上，錨筋為長0.5m、直徑20mm的鋼筋。鋼墊板7需要給錨栓6提供了足夠的錨固承載力。且型外貼式橡膠止水帶2和Ω型外貼式橡膠止水帶3在接縫內需有足夠的預留長度，以便適應襯砌接縫兩側襯砌結構I的相對位移。
[0018]襯砌接縫兩側襯砌結構I相對的端面上均設置有端模鋼板4，為IOmm厚的鋼板，能夠保護接縫內部橡膠止水帶結構不受擠壓損壞，并可協(xié)助橡膠止水帶自由伸縮。
[0019]兩側襯砌結構I發(fā)生相對位移后，相對沉降的襯砌結構I與地層間形成的空隙區(qū)域，可通過及時注入回填漿液10填充密實，對于相對上升的襯砌結構1，通過在Ω型外貼式橡膠止水帶3和襯砌結構I之間固定焊接角鋼9，調整接縫內側Ω型外貼式橡膠帶的位置。
[0020]大變形地裂縫段隧道襯砌接縫結構的構建方法，由以下步驟實現(xiàn):
步驟一:按照隧道結構受力特性與構造要求，預制襯砌結構1，并在襯砌接縫內側預埋鋼墊板7與錨筋8 ;將襯砌結構I運抵施工現(xiàn)場并按要求存放，襯砌結構I的制作、運輸與堆放必須滿足相關規(guī)范的要求，尤其是襯砌結構I表面的平整度與清潔度必須滿足相關要求；
步驟二:嚴格按照接縫端面構造型式，進行端模鋼板4的制作，將端模鋼板4固定在襯砌接縫兩側襯砌結構I相對的端面上，可將端模鋼板4黏貼于襯砌接縫端面，端模鋼板4的尺寸與形狀必須與襯砌接縫的構造型式對應，起到較好地保護襯砌接縫內預留橡膠止水帶的作用；
步驟三:嚴格按照襯砌接縫外側襯砌結構I型式及其材料性能要求，進行錨栓6的選購或制作，利用錨栓6將且型外貼式橡膠止水帶2固定在襯砌接縫外側兩邊的襯砌結構I上，要能保證襯砌接縫變形過程中，且型外貼式橡膠止水帶2的受力穩(wěn)定性；
步驟四:嚴格按照襯砌接縫內側襯砌結構I型式及其材料性能要求，進行鋼壓板5的選購或制作，利用襯砌接縫內側預埋的鋼墊板7、鋼壓板5與錨栓6，將Ω型外貼式橡膠止水帶3固定在襯砌接縫內側兩邊的襯砌結構I上，要能保證襯砌接縫變形過程中，Ω型外貼式橡膠止水帶3的受力穩(wěn)定性；
步驟五:隨著襯砌接縫兩側襯砌結構I相對位移的增大，相對下降側襯砌結構I與地層之間將會出現(xiàn)一定的局部空隙，應視空隙的大小與分布及時注入回填漿液10，回填漿液10硬化后的體積收縮率要小，結石體強度要高，長期耐久性也要滿足相關規(guī)范要求，以保證襯砌結構I與地層之間的良好接觸；
步驟六:隨著襯砌接縫兩側襯砌結構I相對位移的增大，在相對上升的襯砌結構I 一偵牝接縫內預留的Ω型外貼式橡膠止水帶3長度將逐步減小，為了能適應不同的接縫位移要求，最大程度地發(fā)揮Ω型外貼式橡膠止水帶3的功能，在襯砌結構I與Ω型外貼式橡膠止水帶3之間設置焊接角鋼9，以調節(jié)Ω型外貼式橡膠止水帶3的位置，焊接角鋼9的尺寸需滿足相關構造要求，其強度需保證受力穩(wěn)定性，其剛度需滿足變形要求。
[0021]要從理論上找出能完全適應地裂縫段大變形要求的襯砌結構接縫構造型式或接縫材料，在現(xiàn)有的技術水平與施工條件下，仍有相當大的難度，因為實際工程中接縫兩側襯砌結構I的相對位移趨勢在一定程度上是不可避免的，而且不同位移趨勢對接縫的構造要求也是不一樣的，目前能適應大變形要求的接縫構造型式，仍需按照“柔性接縫”的基本原則進行設計與施工。
[0022]本發(fā)明的“柔性接縫”主要指接縫內外側設置的且型外貼式橡膠止水帶2與Ω型外貼式橡膠止水帶3在接縫內預留部分的自由伸縮，能夠協(xié)調接縫兩側襯砌結構I的相對位移，減弱或避免相對位移引起的襯砌結構附加內力，實現(xiàn)隧道縱向的柔性構造。其中，鋼壓板5、錨栓6、鋼墊板7與錨筋8能夠確保接縫兩側襯砌結構I在出現(xiàn)明顯的相對位移情況下，且型外貼式橡膠止水帶2與Ω型外貼式橡膠止水帶3能夠穩(wěn)妥地固定在接縫內外偵牝端模鋼板4能夠保護接縫內預留橡膠止水帶不受擠壓損壞，并可協(xié)助橡膠止水帶自由伸縮；隨著接縫兩側襯砌結構I相對位移的增大，在相對下降的襯砌結構I 一側，接縫內預留的且型外貼式橡膠止水帶2長度逐漸減小，接縫內預留的Ω型外貼式橡膠止水帶3長度逐漸增大，而在相對上升的襯砌結構I 一側，情況則恰好相反，同時相對下降側襯砌結構I與地層之間可能會形成一定的局部空隙，回填漿液10的及時注入，可確保襯砌結構I與地層之間形成良好接觸，同時在相對上升的襯砌結構I底部設置焊接角鋼9，調節(jié)Ω型外貼式橡膠止水帶3在接縫內的預留長度，以適應不同的接縫位移要求，并滿足隧道內部結構凈空的使用要求與結構表面平整度要求。
[0023]在地層出現(xiàn)較大變形的情況下，在接縫內外側設置的且型外貼式橡膠止水帶2與Ω型外貼式橡膠止水帶3，可以保證接縫能隨著兩側襯砌結構I的相對位移而進行自由伸縮，自由伸縮的長度可根據(jù)最大位移設置，一般情況下可達到500_，甚至更多，能夠顯著減弱隧道縱向不均勻變形對襯砌結構的不利影響，將隧道裂縫與滲漏的風險降到最低程度。
[0024]本發(fā)明的內容不限于實施例所列舉，本領域普通技術人員通過閱讀本發(fā)明說明書而對本發(fā)明技術方案采取的任何等效的變換，均為本發(fā)明的權利要求所涵蓋。
【權利要求】
1.大變形地裂縫段隧道襯砌接縫結構，包含有襯砌接縫兩側的襯砌結構(1)，其特征在于: 襯砌接縫的外側的襯砌結構(I)上固定有且型外貼式橡膠止水帶(2)，襯砌接縫的內側的襯砌結構(I)上固定有Ω型外貼式橡膠止水帶。
2.根據(jù)權利要求1所述的大變形地裂縫段隧道襯砌接縫結構，其特征在于: 且型外貼式橡膠止水帶(2)為封閉型橡膠止水帶，橫截面呈“且”字形，即中心孔內設置有平行于橡膠止水帶帶狀部分的橫隔帶，形成多孔中心孔結構； 且型外貼式橡膠止水帶(2)通過錨栓(6)固定于襯砌接縫外側兩邊的襯砌結構(I)上。
3.根據(jù)權利要求2所述的大變形地裂縫段隧道襯砌接縫結構，其特征在于: Ω型外貼式橡膠止水帶(3)為開敞型橡膠止水帶，橫截面呈“ Ω ”形； Ω型外貼式橡膠止水帶(3)通過Ω型外貼式橡膠止水帶(3)外的鋼壓板(5)以及錨栓(6)，錨固于襯砌結構(I)內預埋的鋼墊板(7)上，從而固定于襯砌接縫內側兩邊的襯砌結構(I)上。
4.根據(jù)權利要求3所述的大變形地裂縫段隧道襯砌接縫結構，其特征在于: 襯砌接縫兩側襯砌結構(I)相對的端面上均設置有端模鋼板(4)。
5.根據(jù)權利要求4所述的大變形地裂縫段隧道襯砌接縫結構，其特征在于: 鋼墊板(7 )與其內側設置的錨筋(8 ) —同預埋于襯砌結構(I)內。
6.根據(jù)權利要求5所述的大變形地裂縫段隧道襯砌接縫結構，其特征在于: 兩側襯砌結構(I)發(fā)生相對位移后，相對沉降的襯砌結構(I)與地層間形成的空隙區(qū)域內注入回填漿液(10)，相對上升的襯砌結構(I)與Ω型外貼式橡膠止水帶(3)之間固定焊接角鋼(9)。
7.大變形地裂縫段隧道襯砌接縫結構的構建方法，其特征在于: 由以下步驟實現(xiàn): 步驟一:預制襯砌結構(1)，并在襯砌接縫內側預埋鋼墊板(7)與錨筋(8)； 步驟二:將端模鋼板(4)固定在襯砌接縫兩側襯砌結構(I)相對的端面上； 步驟三:利用錨栓(6)將且型外貼式橡膠止水帶(2)固定在襯砌接縫外側的襯砌結構(I)上； 步驟四:利用鋼壓板(5)與錨栓(6)，將Ω型外貼式橡膠止水帶(3)錨固于襯砌結構(O內預埋的鋼墊板(7)上，同時固定在襯砌接縫內側的襯砌結構(I)上； 步驟五:在變形后的襯砌接縫外側，襯砌結構(I)與地層之間形成的空隙區(qū)域，及時注入回填漿液(10)； 步驟六:在變形后的襯砌接縫內側，將鋼壓板(5)與錨栓(6)重新固定在焊接角鋼(9)上，進一步調節(jié)Ω型外貼式橡膠止水帶(3)的位置。
【文檔編號】E21D11/00GK103628895SQ201310672697
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年12月12日 優(yōu)先權日:2013年12月12日
【發(fā)明者】雷永生, 戴志仁, 王俊, 李談, 李團設, 王春希, 張海, 馬曉波, 王博, 翁木生, 王立新, 楊小兵 申請人:中鐵第一勘察設計院集團有限公司