大跨度重荷載推力拱式明洞結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】大跨度重荷載推力拱式明洞結(jié)構(gòu)，以使明洞具有更大的跨度和承受更大荷載，而且可有效降低工程成本。它包括：左側(cè)邊墻（11）、右側(cè)邊墻（12），片石混凝土結(jié)構(gòu)；底板（20），混凝土或者鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，兩端分別與左側(cè)邊墻（11）、右側(cè)邊墻（12）固結(jié)；拱圈（30），混凝土或者鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，兩端分別與左側(cè)邊墻（11）、右側(cè)邊墻（12）頂部固結(jié)。
【專利說(shuō)明】大跨度重荷載推力拱式明洞結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及隧道結(jié)構(gòu)，特別涉及一種大跨度重荷載推力拱式明洞結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]考慮節(jié)約工程造價(jià)、預(yù)留規(guī)劃用地、減少運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)等要求，鐵路、公路設(shè)計(jì)中在高邊坡、危巖落石地段或有規(guī)劃需要而無(wú)法繞避的段落采用隧道明洞方案通過(guò)，尤其是在多山地區(qū)修建鐵路，受車(chē)站設(shè)置要求，經(jīng)常出現(xiàn)大跨高回填隧道襯砌結(jié)構(gòu)。隧道襯砌跨度已由一般單、雙線隧道發(fā)展到三線、四線隧道，甚至更多線隧道，伴隨隧道跨度的不斷突破，隧道明洞襯砌回填土厚度及荷載在不斷增加，保證結(jié)構(gòu)安全的隧道襯砌結(jié)構(gòu)厚度不斷增加，甚至出現(xiàn)2m以上超厚襯砌結(jié)構(gòu)。大跨、高回填荷載超厚大體積混凝土襯砌結(jié)構(gòu)在變形、安全性、耐久性等方面面臨新的挑戰(zhàn)和新的技術(shù)難題，關(guān)于超厚回填土超大跨度明洞斷面型式、襯砌結(jié)構(gòu)形式等設(shè)計(jì)參數(shù)及明洞的施工工藝問(wèn)題亟待解決。
[0003]現(xiàn)有隧道襯砌結(jié)構(gòu)有復(fù)合式襯砌或整體式明洞襯砌，雙線隧道復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)厚度一般小于55cm，整體式明洞襯砌結(jié)構(gòu)厚度一般小于80cm，普通襯砌設(shè)計(jì)荷載較小，尤其是明洞襯砌設(shè)計(jì)荷載一般小于4m回填土荷載，襯砌結(jié)構(gòu)型式均采用實(shí)心混凝土或?qū)嵭匿摻罨炷翑嗝?。隨著大跨、大斷面隧道建設(shè)的不斷增多，隧道襯砌設(shè)計(jì)荷載的不斷增大，使得隧道襯砌傳統(tǒng)修建技術(shù)及理論面臨的問(wèn)題越來(lái)越多。
[0004]盡管我國(guó)在近十年里也很重視隧道明洞建設(shè)技術(shù)的提高，但至今仍無(wú)統(tǒng)一的勘察設(shè)計(jì)規(guī)范，同類(lèi)工程在設(shè)計(jì)和施工方面差別比較大。為防護(hù)一般的落石、崩坍，公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范(JTGD70 — 2004)明確規(guī)定明洞填土厚度不得小于1.5m,但對(duì)于明洞襯砌洞頂最大回填土厚度未做要求。規(guī)范規(guī)定的洞頂填土厚度不小于1.5m，只考慮了承受邊、仰坡的少量坍塌，當(dāng)邊、仰坡有病害，未來(lái)有可能發(fā)生較大坍塌時(shí)，則應(yīng)適當(dāng)增加洞頂回填土厚度以確保明洞的穩(wěn)定和安全。往往實(shí)際工程中為恢復(fù)洞口開(kāi)挖前的原始地貌，甚至在原始地貌增加覆土厚度以達(dá)到某種建筑或工程需求。洞頂填土厚度增加，勢(shì)必會(huì)增加洞頂上方荷載，導(dǎo)致明洞襯砌結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大內(nèi)力。工程經(jīng)驗(yàn)表明當(dāng)明洞上方填土高度大于三十米后，常規(guī)斷面明洞襯砌的厚度往往大于2m，以貴陽(yáng)樞紐東北環(huán)線龍洞堡機(jī)場(chǎng)隧道高回填明洞襯砌結(jié)構(gòu)研究為例，采用凈跨25m回填高度33m的傳統(tǒng)拱形明洞襯砌結(jié)構(gòu)，如采用常規(guī)設(shè)計(jì)，拱部襯砌厚度需達(dá)到2.6m，仰拱處則達(dá)到2.Sm，并采用加強(qiáng)配筋才能滿足承載力要求。而這在實(shí)際工程中幾乎不能實(shí)施應(yīng)用，而其屬于大體積混凝土，大體積混凝土比較厚，施工澆筑難度大、施工質(zhì)量難于控制，且混凝土導(dǎo)熱系數(shù)比較小，往往會(huì)造成溫度裂縫，大體積混凝土隧道襯砌結(jié)構(gòu)難于滿足結(jié)構(gòu)安全性和耐久性要求。
[0005]由此可見(jiàn)，當(dāng)明洞襯砌跨度大且上方填土較高時(shí)，即使對(duì)明洞斷面進(jìn)行整體優(yōu)化，依舊不可避免地會(huì)對(duì)明洞襯砌內(nèi)部產(chǎn)生較大的內(nèi)力。如果一味增加襯砌厚度,既造成大量圬工浪費(fèi)，又會(huì)因?yàn)榇篌w積混凝土水化熱無(wú)法有效消除而產(chǎn)生較大溫度裂縫，導(dǎo)致明洞襯砌耐久性無(wú)法得到保障。實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種大跨度重荷載推力拱式明洞結(jié)構(gòu)，以使明洞具有更大的跨度和承受更大荷載，而且可有效降低工程成本。
[0007]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案如下:
[0008]本實(shí)用新型大跨度重荷載推力拱式明洞結(jié)構(gòu)，其特征是它包括:左側(cè)邊墻、右側(cè)邊墻，片石混凝土結(jié)構(gòu)；底板，混凝土或者鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，兩端分別與左側(cè)邊墻、右側(cè)邊墻固結(jié)；拱圈，混凝土或者鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，兩端分別與左側(cè)邊墻、右側(cè)邊墻頂部固結(jié)。
[0009]本實(shí)用新型的有益效果是，與一般明洞相比，充分發(fā)揮混凝土受壓性能，拱部厚度明顯減薄，節(jié)省材料用量，并降低水化熱影響；結(jié)構(gòu)受力更加合理，能承受更大荷載，為大跨度、高強(qiáng)度地下工程的發(fā)展提供了新的結(jié)構(gòu)形式；60%?75%的襯砌圬工由混凝土或鋼筋混凝土改為片石混凝土，可有效降低工程成本。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]本說(shuō)明書(shū)包括如下一幅附圖:
[0011]圖1是本實(shí)用新型大跨度重荷載推力拱式明洞結(jié)構(gòu)的斷面圖。
[0012]圖中示出構(gòu)件及所對(duì)應(yīng)的標(biāo)記:左側(cè)邊墻11、右側(cè)邊墻12、連接鋼筋13、底板20、拱圈30、連接鋼筋31。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明。
[0014]參照?qǐng)D1，本實(shí)用新型的大跨度重荷載推力拱式明洞結(jié)構(gòu)，其特征是它包括:左側(cè)邊墻、右側(cè)邊墻，片石混凝土結(jié)構(gòu)；底板，混凝土或者鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，兩端分別與左側(cè)邊墻、右側(cè)邊墻固結(jié)；拱圈，混凝土或者鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，兩端分別與左側(cè)邊墻、右側(cè)邊墻頂部固結(jié)。由邊墻(左側(cè)邊墻11、右側(cè)邊墻12)、底板20和拱圈30形成共同受力的組合結(jié)構(gòu)，與一般明洞結(jié)構(gòu)相比，該組合結(jié)構(gòu)整體可承受較大的荷載，能使拱圈30做得更薄或者跨度更大。通過(guò)設(shè)置拱圈30合理的曲度，可以使拱圈30載荷接近合理拱軸線，使混凝土充分發(fā)揮受壓性能，減少混凝土材料使用量，減少水化熱產(chǎn)生的不利影響。左側(cè)邊墻11、右側(cè)邊墻12用于承受拱圈30傳遞的應(yīng)力，使拱圈30受力更均勻、合理。左側(cè)邊墻11、右側(cè)邊墻12采用片石混凝土砌筑替代60%?75%的襯砌圬工，既降低了造價(jià)又減少了混凝土水化熱的產(chǎn)生。
[0015]與類(lèi)似承載力的明洞結(jié)構(gòu)對(duì)比計(jì)算后發(fā)現(xiàn)，拱圈頂部厚度1.0m的推力拱結(jié)構(gòu)受力情況優(yōu)于拱部厚度2.6m的一般明洞結(jié)構(gòu)，前者所受最大彎矩比后者減小了 79%，最大壓應(yīng)力減小了 44%，最大剪應(yīng)力減小了 44%。
[0016]參照?qǐng)D1，所述拱圈30兩端通過(guò)埋設(shè)的連接鋼筋31與左側(cè)邊墻11、右側(cè)邊墻12頂部固結(jié)。所述底板20通過(guò)埋設(shè)的連接鋼筋13與左側(cè)邊墻11、右側(cè)邊墻12固結(jié)。連接鋼筋31、15用于增強(qiáng)接頭處的抗彎能力與抗剪能力。
[0017]參照?qǐng)D1，拱圈30為混凝土或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其材質(zhì)、標(biāo)號(hào)、厚度、拱圈高度a和拱圈跨度b根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要確定。左側(cè)邊墻11、右側(cè)邊墻12采用片石混凝土砌筑，根據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算確定其標(biāo)號(hào)、高度H、豎向臺(tái)階長(zhǎng)度L1及水平臺(tái)階長(zhǎng)度L2。底板20為混凝土或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其材質(zhì)、標(biāo)號(hào)及厚度根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要確定。[0018]以上所述只是用圖解說(shuō)明本實(shí)用新型大跨度重荷載推力拱式明洞結(jié)構(gòu)的一些原理，并非是要將本實(shí)用新型局限在所示和所述的具體結(jié)構(gòu)和適用范圍內(nèi)，故凡是所有可能被利用的相應(yīng)修改以及等同物，均屬于本實(shí)用新型所申請(qǐng)的專利范圍。
【權(quán)利要求】
1.大跨度重荷載推力拱式明洞結(jié)構(gòu)，其特征是它包括:左側(cè)邊墻(11)、右側(cè)邊墻(12)，片石混凝土結(jié)構(gòu)；底板(20)，混凝土或者鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，兩端分別與左側(cè)邊墻(11)、右側(cè)邊墻(12)固結(jié)；拱圈(30)，混凝土或者鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，兩端分別與左側(cè)邊墻(11)、右側(cè)邊墻(12)頂部固結(jié)。
2.如權(quán)利要求1所述的大跨度重荷載推力拱式明洞結(jié)構(gòu)，其特征是:所述拱圈(30)兩端通過(guò)埋設(shè)的連接鋼筋(31)與左側(cè)邊墻(11)、右側(cè)邊墻(12)頂部固結(jié)。
3.如權(quán)利要求1所述的大跨度重荷載推力拱式明洞結(jié)構(gòu)，其特征是:所述底板(20)通過(guò)埋設(shè)的連接鋼筋(13)與左側(cè)邊墻(11)、右側(cè)邊墻(12)固結(jié)。
【文檔編號(hào)】E21D9/14GK203394539SQ201320154182
【公開(kāi)日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2013年3月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月24日
【發(fā)明者】高楊, 許佑頂, 周路軍, 楊雄, 趙萬(wàn)強(qiáng), 李曉園, 鄭宗溪, 王建磊, 譚永杰, 何昌國(guó), 陶偉明, 匡亮, 琚國(guó)全, 袁偉, 孫其清 申請(qǐng)人:中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司