本技术涉及一种智能型隧道复合衬砌结构及其隧道,包括连续排列的第一、第二和第三衬砌层。第三衬砌层由多个交替拼接的第一和第二管片环构成,每个管片环设有缺口并配备相应的封底块组。该结构设计允许快速更换损坏部分,提高隧道的维护效率和安全性。
背景技术
隧道具有缩短道路里程、减少行车时间和提高运营效益等优点,被广泛运用于公、铁路建设之中。随着我国公、铁路数量和里程的逐年增长,隧道建设面临的地质环境愈发恶劣。当前,公路隧道和铁路隧道主要采用传统复合衬砌结构,即外层为喷射型混凝土作初衬,内层为模筑混凝土作二衬,并在初衬和二衬之间铺设防水板,无论是现有复合衬砌结构还是防水板均为永久性结构,损坏后很难以及时有效更换。
工程实践表明,在断层地带、围岩破碎地带和岩溶富水地带等恶劣地质环境下所修建的隧道在运营期间病害频发,例如,地层不均匀沉降破坏结构整体性、冻融循环和温差变化等复杂地质作用导致衬砌开裂甚至造成隧道垮塌,进而,迫使隧道结构稳定性和耐久性经受巨大考验,并严重影响交通运行安全。由于传统复合衬砌结构不可及时修复和更换,使得其不是十分适用于这些复杂条件下的隧道建设。与此同时,统计结果表明,传统复合衬砌结构由混凝土现浇而成,混凝土振捣不充分和养护不规范等施工缺陷难以规避,进而导致衬砌背后空洞,并降低结构安全性,一旦传统复合衬砌结构出现损伤,则无其他安全储备措施作为备用,进而使得隧道在运营期间的安全性难以得到保障。
此外,传统复合衬砌结构利用初衬和二衬之间的永久性防水板作为隧道防水体系,一方面初衬和二衬之间不能完全做到紧密贴合,从而降低了防水板的防水性能,另一方面防水板需要现场施工,增加施工的难度和不便利性,也难以保证防水板施工质量,而且,一旦防水板因耐久性或内外部因素导致其失效或防水效果变差时,永久性防水板的无法更换特点会进一步加速隧道结构损坏,并极大地缩减隧道使用寿命。
在隧道衬砌结构病害监测和损伤修复方面,传统复合衬砌结构病害监测主要采用人工巡检,不仅耗费大量人力物力,还难以保证衬砌病害监测结果的可靠性,不利于衬砌病害的早期识别,也无法为隧道修复以及正常运营提供安全预警,与此同时,传统复合衬砌结构在已损衬砌修复上,目前主要采用灌浆和套衬等方式对衬砌表面进行局部修复,需进行周期较长的隧道封闭施工,难以实现隧道快速、高效、节能和低成本修复,也无法实现已损衬砌结构的有效补强。
实现思路