阅读说明：本技术 铁路膨胀岩隧道的隧底修复结构 (Tunnel bottom repairing structure of railway expansion rock tunnel ) 是由 肖明清 焦齐柱 许建 何卫 刘斌 李树鹏 唐勃 于 2020-05-18 设计创作，主要内容包括：本申请实施例提供了一种铁路膨胀岩隧道的隧底修复结构,所述铁路膨胀岩隧道包括具有仰拱结构的衬砌,所述仰拱结构具有拆换区,所述铁路膨胀岩隧道底部的围岩中具有与所述拆换区连通的围岩换填区,所述隧底修复结构包括：基底围岩换填体、一体化浇筑体和锚固件；所述基底围岩换填体填充在所述围岩换填区中；所述一体化浇筑体填充在所述拆换区中,且与所述基底围岩换填体连接；所述锚固件的一端与所述一体化浇筑体连接,所述锚固件的另一端至少锚固在弱风化岩体中。本申请实施例的隧底修复结构具有足够的刚度与强度来抵抗膨胀围岩的膨胀力等外荷载的长期作用,由此,可以保证铁路膨胀岩隧道的安全运营。(The embodiment of the application provides structure is restoreed at bottom of tunnel in railway inflation rock tunnel, railway inflation rock tunnel is including the lining cutting that has the inverted arch structure, the inverted arch structure has and tears the district of trading open, have in the country rock of railway inflation rock tunnel bottom with tear the country rock of trading the district intercommunication and trade the district of filling out, the structure is restoreed at the bottom of the tunnel includes: the method comprises the following steps of replacing and filling a foundation surrounding rock, integrally pouring a body and anchoring parts; the basement surrounding rock backfill body is filled in the surrounding rock backfill area; the integrated pouring body is filled in the dismantling and replacing area and is connected with the foundation surrounding rock replacing and filling body; one end of the anchoring piece is connected with the integrated casting body, and the other end of the anchoring piece is at least anchored in a weakly weathered rock body. The tunnel bottom repairing structure provided by the embodiment of the application has enough rigidity and strength to resist the long-term action of external loads such as expansive force of the expansive surrounding rock, and therefore the safe operation of the railway expansive rock tunnel can be ensured.)

铁路膨胀岩隧道的隧底修复结构

技术领域

本发明涉及隧道衬砌病害整治领域，特别涉及一种铁路膨胀岩隧道的隧底修复结构。

背景技术

无砟轨道具有刚度均匀性好、结构耐久性强、维修工作量少等特点，因此，设计时速300km及以上的铁路，长度超过1km隧道及隧道群地段一般都采用无砟轨道结构。

无砟轨道主要采用混凝土结构的整体道床作为轨下基础，其扣件系统为对无砟轨道的几何尺寸进行调整的主要部件，但是，无砟轨道对几何精度的要求比较高，而扣件调整量的有限性决定了无砟轨道线路调整的局限性，当部分隧道受地下水、构造应力、膨胀力、施工质量及结构刚度不足等因素影响，而导致隧道底部围岩的支承能力与隧底结构支护抗力不足以抵抗外荷载作用产生的变形时，隧道内的无砟轨道会出现上拱的情况，当无砟轨道的上拱高度超过扣件调整量时，线路的平顺性将无法保障，此时，需要对无砟轨道的上拱病害进行专项整治，否则，可能会危及列车运营安全。

在实际工程中，针对地下水、膨胀岩、结构匹配性以及施工质量等因素造成的基底承载力不足，可以采取提高底部围岩承载能力、隔绝地下水、减弱或消除膨胀力以及强化结构设计等方法进行治理，而与这些治理方法对应地有“锚注一体化”、“轻型井点降水+注浆”、“换底技术”、“基底换填”等4类整治技术。对于基底存在膨胀岩且结构劣化破碎严重，隧底填充层及仰拱已发生结构性破坏的情况，其修复难度较大，一般采用“换底强化”方案，即利用纵横梁架空线路，整体拆除已破损结构，并增加隧底结构刚度与强度，以提高隧底结构抵抗围岩上拱变形的能力。

但是，相关技术中的“换底强化”方案仍然不能提供足够的刚度与强度来抵抗外荷载的长期作用，不能从本质上解决无砟轨道上拱的缺陷。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例的主要目的在于提供一种具有足够的刚度与强度来抵抗外荷载长期作用的铁路膨胀岩隧道的隧底修复结构。

为达到上述目的，本申请实施例的技术方案是这样实现的：

本申请一实施例提供了一种铁路膨胀岩隧道的隧底修复结构，所述铁路膨胀岩隧道包括具有仰拱结构的衬砌，所述仰拱结构具有拆换区，所述铁路膨胀岩隧道底部的围岩中具有与所述拆换区连通的围岩换填区，包括：

基底围岩换填体，所述基底围岩换填体填充在所述围岩换填区中；

一体化浇筑体，所述一体化浇筑体填充在所述拆换区中，且与所述基底围岩换填体连接；

锚固件，所述锚固件的一端与所述一体化浇筑体连接，所述锚固件的另一端至少锚固在弱风化岩体中。

进一步地，所述一体化浇筑体包括混凝土基体、以及埋设在所述混凝土基体中的第一钢筋网、第二钢筋网和多根箍筋；

所述第一钢筋网靠近所述混凝土基体的顶部，所述第二钢筋网靠近所述混凝土基体的底部，多根所述箍筋设置在所述第一钢筋网和第二钢筋网之间，以连接所述第一钢筋网和所述第二钢筋网。

进一步地，所述第一钢筋网包括两层第一横向钢筋层、以及一层第一纵向钢筋层，两层所述第一横向钢筋层沿所述混凝土基体的高度方向间隔设置，所述第一纵向钢筋层设置在两层所述第一横向钢筋层之间，且与两层所述第一横向钢筋层连接。

进一步地，所述第一横向钢筋层包括多根间隔设置的第一横向钢筋，所述第一横向钢筋的直径范围为22mm～28mm，相邻的两根所述第一横向钢筋之间的间距范围为100mm～200mm；和/或，

所述第一纵向钢筋层包括多根间隔设置的第一纵向钢筋，所述第一纵向钢筋的直径范围为22mm～32mm，相邻的两根所述第一纵向钢筋之间的间距范围为100mm～200mm；和/或，

所述箍筋的直径范围为10mm～16mm，沿所述混凝土基体的横向，相邻的两根所述箍筋之间的间距范围为100mm～200mm，沿所述混凝土基体的纵向，相邻的两根所述箍筋之间的间距范围为100mm～200mm。

进一步地，所述混凝土基体的底壁呈反拱形，所述第二钢筋网包括第二纵向钢筋层、以及与所述第二纵向钢筋层连接的环向钢筋层，所述环向钢筋层沿所述混凝土基体的底壁的环向布置，所述第二纵向钢筋层设置所述环向钢筋层靠近所述第一钢筋网的一侧。

进一步地，所述环向钢筋层包括多根间隔设置的环向钢筋，所述环向钢筋的直径范围为22mm～28mm，相邻的两根所述环向钢筋之间的间距范围为100mm～200mm；和/或，

所述第二纵向钢筋层包括多根间隔设置的第二纵向钢筋，所述第二纵向钢筋的直径范围为22mm～32mm，相邻的两根所述第二纵向钢筋之间的间距范围为100mm～200mm。

进一步地，所述基底围岩换填体的顶壁呈反拱形，所述基底围岩换填体的底壁为平面，所述基底围岩换填体的顶壁的最低点与所述底壁之间的距离范围为500mm～1000mm；和/或，

所述围岩换填区横向的两侧分别设置有边坡，所述基底围岩换填体横向的两侧分别设置有与同侧的所述边坡接触的倾斜面，所述倾斜面的垂直高度与水平宽度的比值范围为1:0.75～1:1.25。

进一步地，所述锚固件为抗拔锚杆，所述抗拔锚杆包括杆体、以及埋设在所述杆体中的四根锚杆钢筋，四根所述锚杆钢筋沿所述杆体的长度方向延伸。

进一步地，所述一体化浇筑体包括混凝土基体、以及埋设在所述混凝土基体中的第一钢筋网、第二钢筋网和多根箍筋；

所述第一钢筋网靠近所述混凝土基体的顶部，所述第二钢筋网靠近所述混凝土基体的底部，多根所述箍筋设置在所述第一钢筋网和第二钢筋网之间，以连接所述第一钢筋网和所述第二钢筋网；

四根所述锚杆钢筋与所述第一钢筋网连接。

进一步地，所述杆体的长度范围为8000mm～10000mm；和/或，

所述杆体的伸入所述弱风化岩体中的长度不小于5000mm。

进一步地，所述隧底修复结构包括两个抗拔锚杆组，每个所述抗拔锚杆组包括多个所述抗拔锚杆，沿所述一体化浇筑体的纵向，两个所述抗拔锚杆组的其中之一设置在所述一体化浇筑体的一端，两个所述抗拔锚杆组的其中另一设置在所述一体化浇筑体的另一端。

进一步地，每个所述抗拔锚杆组中的多个所述抗拔锚杆沿所述一体化浇筑体的纵向排成间隔设置的多排，相邻的两排所述抗拔锚杆中，其中一排的所述抗拔锚杆与另一排的所述抗拔锚杆交错布置。

进一步地，相邻的两排所述抗拔锚杆之间的排距范围为500mm～1500mm；和/或，

同一排所述抗拔锚杆中，相邻的两根所述抗拔锚杆之间的间距范围为500mm～1500mm。

本申请实施例提供了一种铁路膨胀岩隧道的隧底修复结构，通过将基底围岩换填体填充在围岩换填区中，将一体化浇筑体填充在拆换区中，且与基底围岩换填体连接，并将锚固件的一端与一体化浇筑体连接，锚固件的另一端至少锚固在弱风化岩体中，可以使得隧底修复结构能够具有足够的刚度与强度来抵抗膨胀围岩的膨胀力等外荷载的长期作用，进而可以保证铁路膨胀岩隧道的安全运营。

附图说明

图1为本申请一实施例提供的一种铁路膨胀岩隧道的底部结构的纵断面示意图，图中的一体化浇筑体仅示出了混凝土基体，省略了混凝土基体中埋设的第一钢筋网、第二钢筋网和箍筋等结构；

图2为图1中所示的隧底修复结构与衬砌的连接关系示意图，图中的一体化浇筑体仅示出了混凝土基体，省略了混凝土基体中埋设的第一钢筋网、第二钢筋网和箍筋等结构；

图3为图2中所示的一体化浇筑体的配筋设计示意图，图中的一体化浇筑体省略了混凝土基体；

图4为图3的A-A视图；

图5为图1中所示的锚固件的截面示意图；

图6为图1中所示的锚固件在弱风化岩体中的布置示意图。

附图标记：

铁路膨胀岩隧道100；隧底修复结构10；基底围岩换填体11；倾斜面11a；一体化浇筑体12；箍筋121；第一钢筋网122；第一横向钢筋1221；第一纵向钢筋1222；第二钢筋网123；环向钢筋1231；第二纵向钢筋1232；混凝土基体124；锚固件13；杆体131；锚杆钢筋132；洞身20；衬砌30；仰拱结构31；拆换区31a；仰拱初支311；仰拱312；仰拱填充层313；植筋40；破碎带围岩200；围岩换填区200a；弱风化岩体300。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合，具体实施方式中的详细描述应理解为本申请宗旨的解释说明，不应视为对本申请的不当限制。

在本申请的描述中，“纵向”方位或位置关系为基于附图1所示的方位或位置关系，“横向”方位或位置关系为基于附图2所示的方位或位置关系，需要理解的是，这些方位术语仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

本申请一实施例提供了一种铁路膨胀岩隧道的隧底修复结构，请参阅图1和图2，该铁路膨胀岩隧道100包括具有仰拱结构31的衬砌30，仰拱结构31具有拆换区31a，铁路膨胀岩隧道100底部的围岩中具有与拆换区31a连通的围岩换填区200a。隧底修复结构10包括：基底围岩换填体11、一体化浇筑体12和锚固件13。基底围岩换填体11填充在围岩换填区200a中，一体化浇筑体12填充在拆换区31a中，且与基底围岩换填体11连接。锚固件13的一端与一体化浇筑体12连接，锚固件13的另一端至少锚固在弱风化岩体300中。

具体地，请参阅图2，本实施例的铁路膨胀岩隧道100包括洞身20和围设在洞身20的周侧的衬砌30，其中，请参阅图1，衬砌30包括仰拱结构31，仰拱结构31包括仰拱初支311、仰拱312和仰拱填充层313，仰拱初支311、仰拱312和仰拱填充层313从仰拱结构31远离洞身20的一侧朝向仰拱结构31靠近洞身20的一侧依次设置，也就是说，本实施例的衬砌30为复合式衬砌。在其它实施方式中，衬砌30也可以是整体式衬砌等其它类型的衬砌。

本实施例所述的铁路膨胀岩隧道100主要是指一种会受到膨胀岩影响的铁路隧道，围岩换填区200a主要是指将铁路膨胀岩隧道100底部破碎带围岩200挖除之后形成的区域，而基底围岩换填体11的主要作用是换填铁路膨胀岩隧道100底部的破碎带围岩200，破碎带围岩200中含有具有膨胀性的断层，因此，用基底围岩换填体11换填破碎带围岩200之后，可以有效地增强铁路膨胀岩隧道100底部围岩的支承能力，避免膨胀力荷载与衬砌30直接接触，进而，可以减小铁路膨胀岩隧道100底部的外荷载的输入。本实施例的基底围岩换填体11主要由混凝土构成，具体地，按照《混凝土结构设计规范》的规定，可以选用强度等级为C25的混凝土。

本实施例所述的拆换区31a主要是指仰拱结构31中因破损等原因而拆除的区域，拆换区31a的纵向里程范围可以根据上拱病害程度、地质勘查平纵资料、施工可操作性等因素来确定。本实施例的一体化浇筑体12是在拆换区31a中整体浇筑而成，其实际上是替代了拆换区31a中所拆除的仰拱初支311、仰拱312和仰拱填充层313等结构，本实施例的一体化浇筑体12可以是钢筋混凝土结构，更具体地，可以选用强度等级为C35钢筋混凝土结构。整体浇筑而成的一体化浇筑体12可以避免相关的修复技术中，因分层浇筑仰拱和仰拱填充层等结构而产生的弱缝，由此，可以极大地保证隧底修复结构10的强度与刚度，进而可以使得隧底修复结构10一直保持安全可靠的状态。

本实施例所述的弱风化岩体300既包括弱风化围岩，也包括铁路膨胀岩隧道100附近位于重分布应力影响范围之外的其它弱风化岩体，锚固件13可以将一体化浇筑体12与弱风化岩体300连接在一起形成一个三维空间的整体，从而可以进一步增大隧底修复结构10的强度与刚度，使其具有更强的抵抗变形能力。

本实施例的隧底修复结构10具有足够的刚度与强度来抵抗膨胀围岩的膨胀力等外荷载的长期作用，能够从结构匹配性的方面解决铁路膨胀岩隧道100中的无砟轨道的上拱难题，进而可以保证铁路膨胀岩隧道100的安全运营。

请参阅图3和图4，本实施例的一体化浇筑体12包括混凝土基体124、以及埋设在混凝土基体124中的第一钢筋网122、第二钢筋网123和多根箍筋121。第一钢筋网122靠近混凝土基体124的顶部，第二钢筋网123靠近混凝土基体124的底部，多根箍筋121设置在第一钢筋网122和第二钢筋网123之间，以连接第一钢筋网122和第二钢筋网123。第一钢筋网122、第二钢筋网123和箍筋121可以提高一体化浇筑体12的强度与刚度。

具体地，本实施例的第一钢筋网122包括两层第一横向钢筋层、以及一层第一纵向钢筋层，第一横向钢筋层包括多根间隔设置的第一横向钢筋1221，第一纵向钢筋层包括多根间隔设置的第一纵向钢筋1222，两层第一横向钢筋层沿混凝土基体124的高度方向间隔设置，第一纵向钢筋层设置在两层第一横向钢筋层之间，且与两层第一横向钢筋层连接。

本实施例的第一横向钢筋1221沿混凝土基体124的横向延伸，第一横向钢筋1221的直径范围可以为22mm～28mm，相邻的两根第一横向钢筋1221之间的间距范围可以为100mm～200mm，可选地，第一横向钢筋1221的直径为28mm，相邻的两根第一横向钢筋1221之间的间距为100mm。

本实施例的第一纵向钢筋1222沿混凝土基体124的纵向延伸，第一纵向钢筋1222的直径范围可以为22mm～32mm，相邻的两根第一纵向钢筋1222之间的间距范围可以为100mm～200mm，可选地，第一纵向钢筋1222的直径为32mm，相邻的两根第一纵向钢筋1222之间的间距为100mm。

本实施例的混凝土基体124的底壁呈反拱形，即，混凝土基体124的底壁的形状与所拆除的仰拱初支311的底壁的形状一致，第二钢筋网123包括第二纵向钢筋层、以及与第二纵向钢筋层连接的环向钢筋层，第二纵向钢筋层包括多根间隔设置的第二纵向钢筋1232，环向钢筋层包括多根间隔设置的环向钢筋1231，环向钢筋层沿混凝土基体124的底壁的环向布置，第二纵向钢筋层设置环向钢筋层靠近第一钢筋网122的一侧。

本实施例的环向钢筋1231沿混凝土基体124的底壁的环向延伸，环向钢筋1231的直径范围为22mm～28mm，相邻的两根环向钢筋1231之间的间距范围为100mm～200mm，可选地，环向钢筋1231的直径为28mm，相邻的两根环向钢筋1231之间的间距为100mm。

本实施例的第二纵向钢筋1232沿混凝土基体124的纵向延伸，第二纵向钢筋1232的直径范围为22mm～32mm，相邻的两根第二纵向钢筋1232之间的间距范围为100mm～200mm，可选地，第二纵向钢筋1232的直径为32mm，相邻的两根第二纵向钢筋1232之间的间距为100mm。

本实施例的箍筋121的直径范围为10mm～16mm，沿混凝土基体124的横向，相邻的两根箍筋121之间的间距范围为100mm～200mm，沿混凝土基体124的纵向，相邻的两根箍筋121之间的间距范围为100mm～200mm，可选地，箍筋121的直径为16mm，在横向和纵向上，相邻的两根箍筋121之间的间距均可以为100mm。

本实施例的第一横向钢筋1221、第一纵向钢筋1222、环向钢筋1231、第二纵向钢筋1232以及箍筋121均可以选用型号为HRB400的钢筋。

本实施例所述的“间距”均为轴线与轴线之间的距离。

在其它实施方式中，第一钢筋网122中的第一横向钢筋层的层数和第一纵向钢筋层的层数可以根据需要进行调整，同样地，第二钢筋网123中的环向钢筋层和第二纵向钢筋层的层数也可以根据需要进行调整，在此不做限制。

请参阅图2，本实施例的基底围岩换填体11的顶壁呈反拱形，即，基底围岩换填体11的顶壁与混凝土基体124的底壁的形状一致，基底围岩换填体11的底壁为平面，基底围岩换填体11的顶壁的最低点与底壁之间的距离H1的范围为500mm～1000mm。

本实施例的围岩换填区200a横向的两侧分别设置有边坡，基底围岩换填体11横向的两侧分别设置有与同侧的边坡接触的倾斜面11a，倾斜面11a的垂直高度H2与水平宽度L的比值范围为H2:L＝1:0.75～1:1.25，可选地，倾斜面11a的垂直高度H2与水平宽度L的比值范围为H2:L＝1:1。也就是说，围岩换填区200a的放坡坡率范围为1:0.75～1:1.25，围岩换填区200a的底壁的横向范围根据放坡坡率进行确定。在实际施工中，边坡的坡面可以采用喷射混凝土的方式进行防护，喷射的混凝土可以是强度等级为C25的混凝土。

请参阅图1和图5，本实施例的锚固件13为抗拔锚杆，抗拔锚杆包括杆体131、以及埋设在杆体131中的四根锚杆钢筋132，四根锚杆钢筋132沿杆体131的长度方向延伸。抗拔锚杆可以抵抗破碎带围岩200向上的膨胀力，以使隧底修复结构10具有更强的抵抗变形能力。

在一种实施方式中，四根锚杆钢筋132可以与第一钢筋网122连接，以增加抗拔锚杆连接的牢固性。在一种实施方式中，每根抗拔锚杆的施工方式可以是先在一体化浇筑体12上钻出直径100mm左右的锚杆孔，具体的钻孔位置可以根据现场实际开挖揭露的围岩情况进行适当调整，以确保锚杆孔至少能够伸入弱风化岩体300中，然后在锚杆孔中设置四根直径32mm，型号为HRB400的锚杆钢筋132，然后采用强度为M40的水泥砂浆封堵，水泥砂浆凝固之后就形成抗拔锚杆的杆体131。

在其它实施方式中，抗拔锚杆的锚杆钢筋132的数量可以根据需要进行调整，在此不做限制。

本实施例所述的锚固件13并不限于为抗拔锚杆，在其它实施方式中，锚固件13可以是其它类型的锚杆或具有锚固功能的构件，在此不做限制。

请参阅图1和图6，本实施例的隧底修复结构10包括两个抗拔锚杆组，每个抗拔锚杆组包括多个抗拔锚杆，沿一体化浇筑体12的纵向，两个抗拔锚杆组的其中之一设置在一体化浇筑体12的一端，两个抗拔锚杆组的其中另一设置在一体化浇筑体12的另一端。

具体地，请参阅图6，在本实施例中，每个抗拔锚杆组中的多个抗拔锚杆沿一体化浇筑体12的纵向排成间隔设置的多排，更具体地，本实施例的每个抗拔锚杆组均设置了三排抗拔锚杆，相邻的两排抗拔锚杆中，其中一排的抗拔锚杆与另一排的抗拔锚杆交错布置。

在其它实施方式中，每个抗拔锚杆组件中的抗拔锚杆的排数可以根据需要进行调整。

本实施例的杆体131的长度范围为8000mm～10000mm，杆体131伸入弱风化岩体300中的长度不小于5000mm。相邻的两排抗拔锚杆之间的排距范围为500mm～1500mm。同一排抗拔锚杆中，相邻的两根抗拔锚杆之间的间距范围为500mm～1500mm，可选地，相邻的两排抗拔锚杆之间的排距为750mm，相邻的两根抗拔锚杆之间的间距为750mm。

本申请另一实施例还提供了一种铁路膨胀岩隧道100，铁路膨胀岩隧道100底部的围岩中具有围岩换填区200a，请参阅图1和图2，该铁路膨胀岩隧道100包括：洞身20、衬砌30和上述所述的隧底修复结构10。衬砌30围设在洞身20的周侧，衬砌30包括仰拱结构31，仰拱结构31具有拆换区31a，拆换区31a贯穿仰拱结构31，且与洞身20和围岩换填区200a连通。基底围岩换填体11填充在围岩换填区200a中，一体化浇筑体12填充在拆换区31a中。

具体地，请参阅图1和图2，本实施例的仰拱结构31包括仰拱初支311、仰拱312和仰拱填充层313，仰拱初支311、仰拱312和仰拱填充层313沿仰拱结构31远离洞身20的一侧向仰拱结构31靠近洞身20的一侧依次设置，一体化浇筑体12的上表面与仰拱填充层313的上表面平齐。

请参阅图3，本实施例的铁路膨胀岩隧道100还包括多根植筋40，一体化浇筑体12的周侧与衬砌30之间通过多根植筋40连接，以形成一个整体，每根植筋40植入衬砌30的深度不小于800mm。

上述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。