CN111396095A - 一种穿越巨型溶洞的隧道简支拱明洞结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及岩溶隧道工程领域，具体涉及一种穿越巨型溶洞的隧道简支拱明洞结构及其施工方法，这种结构包括U型基座、拱部简支拱、拱顶回填体和桥梁梁板；U型基座两侧的顶部与上部围岩接触，U型基座内壁一侧设有槽一，另一侧设有槽二；拱顶回填体充填于拱部简支拱于上部围岩之间；拱部简支拱两侧分别设有侧部基座一和侧部基座二；侧部基座一置于槽一中，并能在槽一中沿竖向和横向产生位移；侧部基座二置于槽二中，并能在槽二中沿竖向和横向产生位移；桥梁梁板布置于拱部简支拱与U型基座所围成的空间内，桥梁梁板两端位于溶洞两端的稳定基础上。施工方法用于施工上述的结构。该明洞结构实现了动静分离，可避免动、静载荷耦合引起结构沉降过大。

Description

一种穿越巨型溶洞的隧道简支拱明洞结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及一种岩溶隧道工程领域，具体涉及一种穿越巨型溶洞的隧道简支拱明洞结构及其施工方法。

背景技术

进入二十一世纪后我国铁路建设高速发展，随着我国铁路建设的进一步向西南地区辐射，相应的铁路隧道在线路总长中的占比也越来越高。由于铁路设计标准高、时速快、转弯半径大，在碳酸盐分布范围极广的西部山区中，隧道修建将不可避免的穿越岩溶地区。

隧道穿越岩溶洞穴强烈发育地段时，由于其水文地质条件和工程地质条件更为复杂，更多的地质缺陷体给隧道的施工带来了极大的影响。目前针对隧道穿越岩溶溶洞的处理方案主要有：溶洞回填、桩筏结构跨越以及桥梁跨越等。对于隧道穿越巨型溶洞时，采用回填方案存在工后沉降难以控制、回填量大等问题；采用桩筏结构跨越或桥梁跨越时，由于结构承受列车循环荷载和围岩荷载等动静荷载耦合作用，结构安全风险高、设计复杂，将给结构施工和运营期检修带来很大的困难。因此，在穿越巨型溶洞施工时，为了保证确保施工安全和隧道运营期安全，必须采用合理可靠的受力结构及穿越巨型溶洞施工方法。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种穿越巨型溶洞的隧道简支拱明洞结构及其施工方法，这种穿越巨型溶洞的隧道简支拱明洞结构将承受动荷载部分的结构与承受静荷载部分的结构分离，可有效避免动、静载荷耦合引起结构沉降过大不满足行车要求，甚至发生结构破坏，可有效保证运营期线路安全，提高运营期可维护性。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一方面，本发明提供了一种穿越巨型溶洞的隧道简支拱明洞结构，其包括U型基座、拱部简支拱、拱顶回填体和桥梁梁板；所述拱顶回填体充填于拱部简支拱于上部围岩之间；所述U型基座内壁一侧设有槽一，另一侧设有槽二；所述拱部简支拱顶部用于支撑上部围岩，所述拱部简支拱两侧分别设有侧部基座一和侧部基座二；所述侧部基座一置于所述槽一中，并能在所述槽一中沿竖向和横向产生位移；所述侧部基座二置于所述槽二中，并能在所述槽二中沿竖向和横向产生位移；所述桥梁梁板布置于所述拱部简支拱与所述U型基座所围成的空间内，所述桥梁梁板两端位于溶洞两端的稳定基础上。

本发明提供的上述方案中，拱部简支拱和U型基座用于承受并传递围岩荷载，桥梁梁板用于承受动载。由于桥梁梁板的两端位于溶洞结构两端的稳定基础上，而不通过U型基座支撑桥梁梁板，从而实现了动载和静载的分离，可避免动、静载荷耦合引起结构沉降过大不满足行车要求，甚至发生结构破坏。另外，通过拱顶回填体充填于拱部简支拱与上部围岩之间，确保能够有效支撑围岩，通过拱部简支拱与U型基座可以产生一定程度的相对位移的连接方式，使得在结构沉降时，拱部简支拱能够产生位移，以较好的适应下部基础的变形。

术语“竖向”是指：巨型溶洞的高度方向；“横向”是指隧道的宽度方向。

作为本发明的优选方案，所述槽一为U型槽结构，所述槽二为L型槽结构，且所述槽二的L形开口朝向所述隧道中部。通过这种结构，首先，与两侧均设置U型槽的结构相比，上述方案中通过一侧的U型槽结构和另一侧的L型槽结构的配合，允许侧部基座一和侧部基座二发生程度不同的水平位移，即允许拱部简支拱自身发生变形，且拱部简支拱自身的变形量可以在L型槽一侧得到充分释放，从而避免拱部简支拱的变形所产生的应力施加到U型槽的侧壁上；其次，通过U型槽结构限定了拱部简支拱在隧道宽度方向上的位移范围，从而可以避免拱部简支拱上的侧部基座二从L型槽上掉落。

作为本发明的优选方案，所述拱部简支拱与所述槽一通过弹性支座一和弹性支座二相连，所述拱部简支拱与所述槽二通过弹性支座三和弹性支座四相连。通过弹性支座实现拱部简支拱和U型基座的相连，既能够保证拱部简支拱对基础变形的适应能力，即使下部结构出现较大沉降，拱部简支拱也不至于由于受力较大而出现开裂破坏，也能够使拱部简支拱易于更换，可维护性好。

作为本发明的优选方案，所述拱部简支拱为圆弧形混凝土结构。

作为本发明的优选方案，还包括下部回填体，所述下部回填体置于所述溶洞中，所述U型基座嵌设于所述下部回填体顶部。

作为本发明的优选方案，所述下部回填体为隧道弃渣结构体。通过这种结构，利用隧道弃渣进行巨型溶洞大厅的回填，可以提高弃渣废料的利用率，避免隧道弃渣引起的环保问题。

另一方面，本发明提供了一种穿越巨型溶洞的隧道简支拱明洞结构的施工方法，包括以下步骤：

S1.对溶洞大厅进行回填，回填至距溶洞大厅顶板预设距离的平台位置，从而形成下部回填体；

S2.施作溶洞大厅顶板的锚网喷支护；

S3.明洞施作范围内按预设坡率放坡开挖所述下部回填体，坡面采用锚网喷进行防护；

S4.对基底进行注浆加固处理；

S5.施工桥梁梁板；

S6.分层浇筑U型基座；

S7.施工拱部简支拱；

S8.施作拱顶回填体；

S9.待隧道底部沉降稳定后，对拱顶回填体与围岩间空隙进行注浆充填密实。

本发明提供的上述施工方法，回填后形成了作业平台，解决了溶洞内无施工作业平台的问题，并一定程度上保证了溶洞侧壁的稳定。本发明所述施工方法安全可靠，有效提升了施工效率。

作为本发明的优选方案，在所述步骤S1中，采用隧道弃渣对溶洞大厅进行回填。基于这种方案，本发明提供的施工方法充分提高了弃渣废料的利用率，避免了隧道弃渣引起的环保问题，贯彻了“绿色环保施工”的要求。

作为本发明的优选方案，在所述步骤S7中，沿隧道纵向每间隔预设距离设置一道变形缝。

术语“预设距离”是指：在施工时，本领域技术人员可以根据施工的实际需求设定变形缝之间的间隔距离。

作为本发明的优选方案，在所述步骤S6中，分层浇筑U型基座后，安装弹性支座一、弹性支座二、弹性支座三和弹性支座四。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明所述的一种穿越巨型溶洞的隧道简支拱明洞结构，利用拱部简支拱和U型基座用于承受并传递围岩荷载，利用结构内部空间中的桥梁承受列车荷载，即：桥梁梁板仅承受动荷载，拱部简支拱和U型基座承受静载，实现了动荷载与静荷载分离。若直接在下部回填体上铺设铁路轨道，由于回填体厚大大，后期沉降大且不可控，加之列车动荷载作用，不可避免会造成基础沉降过大不满足行车要求。

2、本发明所述的一种穿越巨型溶洞的隧道简支拱明洞结构，U型基座和拱部简支拱的两个侧部基座之间设置的弹性支座能使拱部简支拱较好的适应基础变形，即使下部结构出现了较大的沉降，拱部简支拱也不至于受力较大而出现开裂破坏。此外，运营期间拱部简支拱易于更换，可维护性好。

3、本发明所述的一种穿越巨型溶洞的隧道简支拱明洞结构，所述桥梁梁板布置于所述拱部简支拱与所述U型基座所围成的空间内，确保了运营期间线路安全，规避了列车可能受溶洞大厅洞壁和洞顶掉块和坍落影响的风险。

4、本发明所述的一种穿越巨型溶洞的隧道简支拱明洞结构的施工方法,采用隧道弃渣对巨型溶洞大厅进行了回填，解决了溶洞内无施工作业平台的问题，并一定程度上保证了溶洞壁的稳定，且充分提高了弃渣废料的利用率，避免了隧道弃渣引起的环保问题。本发明所述施工方法安全可靠，有效提升了施工效率，贯彻了“绿色环保施工”的要求。

附图说明

图1是本发明实施例提供的穿越巨型溶洞的隧道简支拱明洞结构的横截面结构示意图。

图2是本发明实施例提供的穿越巨型溶洞的隧道简支拱明洞结构的纵向结构示意图。

图3是图1中A部的局部放大图。

图4是图1中B部的局部放大图。

图5是本发明实施例提供的施工方法的步骤S1结束后的示意图。

图6是本发明实施例提供的施工方法的步骤S2结束后的示意图。

图7是本发明实施例提供的施工方法的步骤S3、步骤S4和步骤S5结束后的示意图。

图8是本发明实施例提供的施工方法的步骤S6结束后的示意图。

图标：1-U型基座；11-U型槽；12-L型槽；2-拱部简支拱；21-侧部基座一；22-侧部基座二；31-弹性支座一；33-弹性支座二；32-弹性支座三；34-弹性支座四；4-桥梁梁板；5-溶洞大厅；6-平台；71-溶洞大厅顶板的锚网喷支护；72-左侧的坡面锚网喷支护；73-右侧的坡面锚网喷支护；74-基础加固结构；8-下部回填体；9-拱顶回填体。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例

参照图1-图4，本发明实施例提供了一种穿越巨型溶洞的隧道简支拱明洞结构，其包括U型基座1、拱部简支拱2、拱顶回填体9和桥梁梁板4。其中，U型基座1的“U”形内侧边缘的一侧设有槽一，另一侧设置为槽二。槽一为U型槽11，槽二为L型槽12，且槽二的L形开口朝向隧道中部。拱部简支拱2为圆弧形混凝土结构，其一侧设有侧部基座一21，另一侧设有侧部基座二22。

拱部简支拱2设置于U型基座1的上方。所述U型槽11内壁设置有弹性支座一31和弹性支座二33，所述L型槽12的内壁设有弹性支座三32和弹性支座四34。

侧部基座一21和侧部基座二22均为矩形混凝土结构。其中，侧部基座一21设置于U型槽11中，并与U型槽11内的弹性支座一31和弹性支座二33相连；侧部基座二22设置于L型槽12中，并与L型槽12内的弹性支座三32和弹性支座四34相连。

弹性支座一31和弹性支座二33使得侧部基座一21够在U型槽11中沿竖向和横向发生位移。弹性支座三32和弹性支座四34使得侧部基座二22够在L型槽12中沿竖向和横向发生位移。

所述U型基座1位于稳定地基上，并支撑上部围岩；所述U型基座1与所述拱部简支拱2形成的内部空间中用于架设桥梁梁板4。桥梁梁板4的两端位于溶洞大厅5两端的稳定基础上，即：通过溶洞大厅5两端的围岩承受桥梁梁板4所传递的载荷。

在本实施例中，U型基座1下方的稳定地基为在溶洞大厅5中通过隧道弃渣填充的下部回填体8，U型基座1嵌设在下部回填体8的上方。U型基座1两侧的顶部与上部围岩相接触，从而起到支撑上部围岩的作用。

进一步的，在拱部简支拱2与上部围岩之间设置所述拱顶回填体9，在拱顶回填体9与围岩间空隙采用行注浆充填密实。

本发明还提供了一种穿越巨型溶洞的隧道简支拱明洞结构的施工方法，其包括以下步骤：

S1.对溶洞大厅5进行回填，回填至距溶洞大厅5顶板预设距离的平台6位置，从而形成下部回填体8；

具体的，在步骤S1中，通过隧道弃渣对溶洞大厅5进行回填，回填至距溶洞大厅5顶板4至6米的平台6位置。请参阅图5。

S2.施作溶洞大厅顶板的锚网喷支护71；

请参阅图6。

S3.明洞施作范围内按预设坡率放坡开挖所述下部回填体8，施作左侧的坡面锚网喷支护72和右侧的坡面锚网喷支护73；

具体的，在步骤S3中，预设坡率的具体数值可由本领域技术人员根据实际的施工情况进行选择；

S4.对基底进行注浆加固处理，形成基础加固结构74；

S5.施工桥梁梁板4；

请参阅图7。

S6.分层浇筑U型基座1；

具体的，在步骤S3中开挖的区域中架设模板浇筑U型基座1，使U型基座1的上端与上部围岩接触。请参阅图8。

S7.施工拱部简支拱2；

请参阅图1。

具体的，在步骤S7中，每隔5至10米设置一道变形缝。

S8.施作拱顶回填体9；

请参阅图1。

S9.待隧道底部沉降稳定后，对拱顶回填体9与围岩间空隙进行注浆充填密实。

本发明采用隧道弃渣对巨型溶洞大厅5进行了回填，不仅解决了溶洞内无施工作业平台的问题，而且一定程度上保证了溶洞壁的稳定，同时充分提高了弃渣废料的利用率，避免了隧道弃渣引起的环保问题。对溶洞大厅5进行防护，有效规避了施工中溶洞大厅5顶板发生掉块和坍塌的风险，保证了隧道在施工期间的安全性。本发明所述施工方法合理安全，有效提升了施工效率，贯彻了“绿色环保施工”的要求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种穿越巨型溶洞的隧道简支拱明洞结构，其特征在于，包括U型基座(1)、拱部简支拱(2)、拱顶回填体(9)和桥梁梁板(4)；

所述拱顶回填体(9)充填于拱部简支拱于上部围岩之间；

所述U型基座(1)内壁一侧设有槽一，另一侧设有槽二；

所述拱部简支拱(2)两侧分别设有侧部基座一(21)和侧部基座二(22)；

所述侧部基座一(21)置于所述槽一中，并能在所述槽一中沿竖向和横向产生位移；

所述侧部基座二(22)置于所述槽二中，并能在所述槽二中沿竖向和横向产生位移；

所述桥梁梁板(4)布置于所述拱部简支拱(2)与所述U型基座(1)所围成的空间内，所述桥梁梁板(4)两端位于溶洞两端的稳定基础上。

2.根据权利要求1所述的穿越巨型溶洞的隧道简支拱明洞结构，其特征在于，所述槽一为U型槽(11)结构，所述槽二为L型槽(12)结构，且所述槽二的L形开口朝向所述隧道中部。

3.根据权利要求1或2所述的穿越巨型溶洞的隧道简支拱明洞结构，其特征在于，所述拱部简支拱(2)与所述槽一通过弹性支座一(31)和弹性支座二(33)相连，所述拱部简支拱(2)与所述槽二通过弹性支座三(32)和弹性支座四(34)相连。

4.根据权利要求1所述的穿越巨型溶洞的隧道简支拱明洞结构，其特征在于，所述拱部简支拱(2)为圆弧形混凝土结构。

5.根据权利要求1所述的穿越巨型溶洞的隧道简支拱明洞结构，其特征在于，还包括下部回填体(8)，所述下部回填体(8)置于所述溶洞中，所述U型基座(1)嵌设于所述下部回填体(8)顶部。

6.根据权利要求5所述的穿越巨型溶洞的隧道简支拱明洞结构，其特征在于，所述下部回填体(8)为隧道弃渣结构体。

7.一种穿越巨型溶洞的隧道简支拱明洞结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.对溶洞大厅(5)进行回填，回填至距溶洞大厅(5)顶板预设距离的平台(6)位置，从而形成下部回填体(8)；

S2.施作溶洞大厅(5)顶板的锚网喷支护；

S3.明洞施作范围内按预设坡率放坡开挖所述下部回填体(8)，坡面采用锚网喷进行防护；

S4.对基底进行注浆加固处理；

S5.施工桥梁梁板；

S6.分层浇筑U型基座(1)；

S7.施工拱部简支拱(2)；

S8.施作拱顶回填体(9)；

S9.待隧道底部沉降稳定后，对拱顶回填体(9)与围岩间空隙进行注浆充填密实。

8.根据权利要求7所述的穿越巨型溶洞的隧道简支拱明洞结构的施工方法，其特征在于，在所述步骤S1中，采用隧道弃渣对溶洞大厅(5)进行回填。

9.根据权利要求7所述的穿越巨型溶洞的隧道简支拱明洞结构的施工方法，其特征在于，在所述步骤S7中，沿隧道纵向每间隔预设距离设置一道变形缝。

10.根据权利要求7所述的穿越巨型溶洞的隧道简支拱明洞结构的施工方法，其特征在于，在所述步骤S6中，分层浇筑U型基座(1)后，安装弹性支座一(31)、弹性支座二(33)、弹性支座三(32)和弹性支座四(34)。

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