一种控制隧道底鼓的倒伞形支撑结构及施工方法与流程

本发明涉及隧道工程，特别是一种控制隧道底鼓的倒伞形支撑结构及施工方法。

背景技术：

1、21世纪以来，我国在西部艰险复杂山区规划建设了大量深埋长大隧道工程。面对艰险复杂山区深埋长大隧道工程，不可避免需要穿越高地应力区或软弱底层，经常会发生隧道底鼓病害问题，导致无砟轨道不平顺，严重影响无砟轨道列车的运行速度及安全。综上，如何有效提高隧道仰拱抵抗底鼓变形的能力，减少隧道道床板出现底鼓变形的问题，已成为本领域技术人员急需解决的重大工程技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：针对如何有效提高隧道仰拱抵抗底鼓变形的能力，减少隧道道床板出现底鼓变形的问题，提供一种控制隧道底鼓的倒伞形支撑结构及施工方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种控制隧道底鼓的倒伞形支撑结构，包括隧道仰拱和抗拔桩，所述抗拔桩对应于所述隧道仰拱横向中部设置，所述抗拔桩沿隧道仰拱中心拱面的垂直方向向下延伸布置，所述抗拔桩为钢筋混凝土结构，所述抗拔桩包括抗拔桩上部和抗拔桩下部，所述抗拔桩上部固定于所述抗拔桩下部上方，所述抗拔桩上部沿竖向贯穿所述隧道仰拱，所述抗拔桩上部与所述隧道仰拱固结，所述抗拔桩上部与所述隧道仰拱固结，所述抗拔桩上部外侧设有可以变形的桩周填充层，所述桩周填充层位于所述隧道仰拱顶面下方；

4、所述抗拔桩上部设有伞形支撑结构，所述伞形支撑结构包括支撑固定柱和与所述支撑固定柱对应设置的拉杆，所述支撑固定柱沿所述抗拔桩上部周向间隔设置至少两个，所述支撑固定柱下端连接所述隧道仰拱上表面，所述支撑固定柱上端连接所述抗拔桩上部，所述拉杆上端连接对应所述支撑固定柱的下侧，所述拉杆下端连接所述抗拔桩上部。

5、本方案中，通过在抗拔桩上部设置支撑固定柱和拉杆，将抗拔桩上部和隧道仰拱通过伞形支撑结构连接起来，使得伞形支撑结构在抗拔桩下部的作用下，能够向下拉住隧道仰拱，进而提高其抵抗底鼓变形的能力；且所述抗拔桩上部外侧设有可以变形的桩周填充层，桩周填充层具有一定水平方向的伸缩性，起到减阻作用，预留变形空间，减少水平方向高地应力对隧道仰拱的挤压产生隧道底鼓病害问题。

6、作为本发明的优选方案，所述桩周填充层为沥青或者泡沫，变形能力好。

7、作为本发明的优选方案，所述桩周填充层的直径为5～10cm。

8、作为本发明的优选方案，所述拉杆与所述抗拔桩上部的夹角a为30°～45°，所述支撑固定柱与所述抗拔桩上部的夹角b为45°～60°，抗拔能力效果好。

9、作为本发明的优选方案，所述拉杆两端分别通过垫板和螺母连接所述支撑固定柱和抗拔桩上部，连接方便，传力稳定。

10、作为本发明的优选方案，所述支撑固定柱连接所述抗拔桩上部一端具有第一扩大结构，所述支撑固定柱连接所述隧道仰拱的一端具有第二扩大结构，所述第二扩大结构的横断面大于所述第一扩大结构的横断面，所述第一扩大结构的横断面大于所述支撑固定柱中部的横断面。

11、作为本发明的优选方案，所述抗拔桩上部长度大于或等于隧道开挖断面的最大宽度，所述抗拔桩下部长度大于或等于3倍隧道开挖断面的最大宽度；

12、所述抗拔桩上部与隧道围岩松弛变形圈隔离，所述抗拔桩上部与隧道围岩松弛变形圈隔离的长度和隧道围岩级别有关，根据理论计算和分层变形监测，

13、当隧道围岩为ⅲ级围岩时：所述抗拔桩上部与隧道围岩松弛变形圈隔离的长度为0.1d～0.5d；当隧道围岩为ⅳ级围岩时：所述抗拔桩上部与隧道围岩松弛变形圈隔离的长度为0.5d～1.0d；当隧道围岩为ⅴ级围岩时：所述抗拔桩上部与隧道围岩松弛变形圈隔离的长度为1.0d～2.0d；其中，d为隧洞直径；

14、所述隧道仰拱为上下均设置有仰拱环向钢筋的混凝土结构，当隧道围岩为ⅲ级围岩时，所述隧底仰拱矢跨比为1/8，当隧道围岩为ⅳ级围岩时，所述隧底仰拱矢跨比为1/10，当隧道围岩为ⅴ级围岩时，所述隧底仰拱矢跨比为1/14。

15、作为本发明的优选方案，所述抗拔桩上部直径小于所述抗拔桩下部直径，所述桩周填充层外径等于所述抗拔桩下部外径，抗拔桩和桩周填充层施工时共用同一个桩孔，减少开挖，便于抗拔桩和桩周填充层施工。

16、一种控制隧道底鼓的仰拱结构，包括仰拱充填、道床板和上述任一所述的控制隧道底鼓的倒伞形支撑结构，隧道仰拱的横向两侧上方具有边墙，两侧的所述边墙之间具有所述仰拱充填，所述仰拱充填位于所述隧道仰拱的上方，所述仰拱充填的横向中部上方嵌设有中心水沟，所述中心水沟上具有中心水沟盖板，所述道床板位于所述仰拱充填和所述中心水沟盖板的上方。

17、本发明所述控制隧道底鼓的仰拱结构，利用控制隧道底鼓的倒伞形支撑结构，能够保证其抗底鼓能力以及减小其底鼓产生的可能，进而保证隧道运营安全。

18、作为本发明的优选方案，所述抗拔桩上部两侧分别设置有竖向排水盲管，所述竖向排水盲管下端与桩周填充层上方连通，所述抗拔桩上部两侧外还设置有横向排水盲管，所述边墙设有边沟，所述横向排水盲管将所述边沟和所述中心水沟均连通至隧道衬砌侧外。

19、利用竖向排水盲管埋设于桩周填充层，桩周填充层可作为隧底围岩中地下水的排水通道，避免因隧底高水压导致隧道底鼓的风险。

20、作为本发明的优选方案，所述道床板为现浇的钢筋混凝土结构，所述道床板的厚度大于或等于60cm，且所述道床板的厚度大于或等于0.1倍隧道开挖断面的最大宽度；

21、所述仰拱冲填为素混凝土结构，所述仰拱冲填的底面为与所述隧道仰拱上表面密封连接的曲面。

22、一种控制隧道底鼓的仰拱结构的施工方法，包括以下步骤：

23、步骤一：当隧道底部开挖后，在隧道仰拱中央的横向中部向下挖掘抗拔桩的桩孔；

24、步骤二：在桩孔对应抗拔桩下部所在位置下放钢筋笼，浇筑混凝土形成抗拔桩下部；

25、步骤三：利用钢护筒作为抗拔桩上部的模板，下放钢筋笼，浇筑混凝土形成抗拔桩上部；其中，在灌注混凝土初凝前，以及灌注完成后的1小时内拔出钢护筒；

26、步骤四：在抗拔桩上部周围附近的岩土体和钢护筒之间回填沥青或泡沫形成桩周填充层，并埋设竖向排水盲管，使得竖向排水盲管下端与桩周填充层连通；

27、步骤五：在隧道仰拱位置绑扎仰拱环向钢筋，并提前预埋倾斜的拉杆，浇筑仰拱混凝土形成隧道仰拱；

28、步骤六：在隧道仰拱上表面与抗拔桩上部桩侧顶部之间固定设置倾斜的支撑固定柱，并将拉杆与支撑固定柱中部固定形成伞形支撑结构；

29、步骤七：在抗拔桩上部桩顶部施工中心水沟及中心水沟盖板，并将竖向排水盲管连通中心水沟；然后在中心水沟两侧埋设横向排水盲管，再施工隧道仰拱上方横向两侧的边墙并填充隧道仰拱上方的仰拱充填，最后在仰拱充填和中心水沟盖板顶部浇筑道床板，使得道床板位于两侧边墙之间。

30、采用上述控制隧道底鼓的仰拱结构的施工方法，能够快速准确的施工控制隧道底鼓的仰拱结构，保证其抗底鼓能力以及减小其底鼓产生的可能。

31、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

32、1、本发明所述控制隧道底鼓的倒伞形支撑结构，通过在抗拔桩上部设置支撑固定柱和拉杆，将抗拔桩上部和隧道仰拱通过伞形支撑结构连接起来，使得伞形支撑结构在抗拔桩下部的作用下，能够向下拉住隧道仰拱，进而提高其抵抗底鼓变形的能力；且所述抗拔桩上部外侧设有可以变形的桩周填充层，桩周填充层具有一定水平方向的伸缩性，起到减阻作用，预留变形空间，减少水平方向高地应力对隧道仰拱的挤压产生隧道底鼓病害问题。

33、2、本发明所述控制隧道底鼓的仰拱结构，利用控制隧道底鼓的倒伞形支撑结构，能够保证其抗底鼓能力以及减小其底鼓产生的可能，进而保证隧道运营安全。

34、3、本发明所述控制隧道底鼓的仰拱结构，利用竖向排水盲管埋设于桩周填充层，桩周填充层可作为隧底围岩中地下水的排水通道，避免因隧底高水压导致隧道底鼓的风险。

35、4、本发明所述控制隧道底鼓的仰拱结构的施工方法，能够快速准确的施工控制隧道底鼓的仰拱结构，保证其抗底鼓能力以及减小其底鼓产生的可能。