本實用新型涉及一種公路隧道行車減振降噪結(jié)構(gòu)施工領(lǐng)域，具體是指公路隧道行車減振降噪結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

城市軌道交通、地鐵在居民區(qū)通行居多，列車引起的振動和噪聲如何采用有效措施減振降噪對環(huán)境的影響成為熱點問題之一，現(xiàn)有多種方法解決行車的減振降噪，如使用軌道減振器扣件、橡膠浮置板道床、鋼彈簧浮置板道床、彈性短軌枕、高彈性模乳化瀝青水泥砂漿無砟軌道等。而公路隧道也常遇到行車穿越震動和噪聲敏感區(qū)域，由于公路隧道行車振動和噪聲比城市軌道交通、地鐵相對較小，以上方法由于適應性或造價等原因，不適用公路隧道行車的減振降噪，故研發(fā)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、使用方便、造價低廉、取料容易的公路隧道行車減振降噪結(jié)構(gòu)顯然是非常有必要的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷而提供一種結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、使用方便、造價低廉、取料容易、減振降噪效果優(yōu)異的公路隧道行車減振降噪結(jié)構(gòu)。

本實用新型的技術(shù)問題通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種公路隧道行車減振降噪結(jié)構(gòu)，包括構(gòu)成隧道結(jié)構(gòu)的初期支護、二次襯砌、仰拱、回填混凝土和人行道，及設(shè)置在隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)的排水系統(tǒng)，該排水系統(tǒng)具有沿隧道中軸線埋設(shè)在回填混凝土內(nèi)的中央排水管，沿著中央排水管四周設(shè)有橫截面呈倒梯形布設(shè)的砂石滲水層，所述的回填混凝土上設(shè)有逐層鋪設(shè)的級配碎石減振層和基層面層，該基層面層頂面供車輛荷載行駛；所述的級配碎石減振層頂部鋪設(shè)有上層瀝青封水層；所述的回填混凝土頂部、回填混凝土與砂石滲水層交接處均鋪設(shè)有下層瀝青封水層；所述的上層瀝青封水層與砂石滲水層頂部之間設(shè)有多根沿隧道軸線橫向間距埋設(shè)在級配碎石減振層內(nèi)的分倉隔梁，每根分倉隔梁頂部均設(shè)有嵌裝固定的橡膠條，該橡膠條支承所述基層面層。

所述的級配碎石減振層采用碎石質(zhì)地堅硬、級配良好、粒徑1～5cm的級配碎石壓實而成，厚度20～30cm，壓實度為85～90%。

所述的分倉隔梁為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，相鄰兩根分倉隔梁之間的間距為5～10m，分倉隔梁平均高度h₂=級配碎石減振層平均壓實厚度h–橡膠條有效厚度b₂，每根分倉隔梁頂部設(shè)有凹槽，在凹槽內(nèi)嵌入倒凸字形的橡膠條，分倉隔梁的長度與級配碎石減振層寬度相同，分倉隔梁的寬度a=10～20cm，凹槽槽底寬度a₁=3～5cm。

所述的橡膠條由適用溫度+60℃～-40℃的天然橡膠或適用溫度+60℃～-25℃的氯丁橡膠材料制成的倒凸字形條形構(gòu)件，總高度為b，凸部高度為b₁，橡膠條有效高度 b₂=總高度b-凸部高度b₁，橡膠條的凸部嵌入分倉隔梁的凹槽內(nèi)，在凹槽的槽底、頂部和兩側(cè)槽壁均涂刷環(huán)氧樹脂以將橡膠條粘貼牢固，橡膠條寬度與分倉隔梁寬度相同a=10～20cm，凸部底寬a₂=凹槽槽底寬度a₁-環(huán)氧樹脂厚度1～2mm。

所述的基層面層是由逐層鋪設(shè)的乳化瀝青穩(wěn)定碎石、瀝青混凝土和橡膠瀝青混凝土構(gòu)成；所述的乳化瀝青穩(wěn)定碎石是在普通穩(wěn)定碎石混合料中加入純?yōu)r青含量1～3%的乳化瀝青經(jīng)壓實而成，厚30～50cm；所述的瀝青混凝土是經(jīng)人工選配具有一定級配組成的碎石或軋碎礫石、石屑或砂、礦粉、添加劑等礦料與路用瀝青材料混合料，拌制并經(jīng)碾壓而成，厚度6～8cm；所述的橡膠瀝青混凝土為開級配或間斷級配普通瀝青混凝土中摻加一定量橡膠粉末添加劑，該橡膠瀝青混凝土可分單層或兩層，厚度視路面的荷載、碾壓設(shè)備和吸收噪聲的能力而定，單層時厚度5～6cm，兩層時總厚度10～12cm。

所述的排水系統(tǒng)包括中央排水管、緊貼人行道縱向延伸的縱向排水溝、分別連通基層面層和縱向排水溝的橫向排水管、及設(shè)置在基層面層頂面的路面橫向排水坡。

所述的縱向排水溝采用水泥混凝土澆筑而成，頂面設(shè)置雜物過濾格柵；所述的橫向排水管沿隧道軸線橫向每隔3～5m設(shè)置多個，每個橫向排水管的直徑8～10cm；所述的中央排水管為直徑80～120cm的鋼筋混凝土圓管，管壁四周預留多個0.5～1.0cm的滲透小孔，外包土工布防止堵塞管壁四周預留的多個滲透小孔；所述的路面橫向排水坡由隧道中央軸線對稱指向兩側(cè)邊緣的縱向排水溝形成傾斜，坡率為i₁=1.3～1.6%。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型設(shè)計了一種應用于公路隧道行車減振降噪的結(jié)構(gòu)，它主要包括在構(gòu)成隧道結(jié)構(gòu)的回填混凝土上設(shè)置逐層鋪設(shè)的級配碎石減振層和基層面層，再在級配碎石減振層頂部鋪設(shè)有上層瀝青封水層，回填混凝土頂部、回填混凝土與砂石滲水層交接處均鋪設(shè)有下層瀝青封水層，然后在上層瀝青封水層與砂石滲水層頂部之間設(shè)有多根沿隧道軸線橫向間距埋設(shè)在級配碎石減振層內(nèi)的分倉隔梁，以及在每根分倉隔梁頂部均設(shè)有嵌裝固定的橡膠條，則基層面層頂面供車輛荷載行駛，而橡膠條能用于支承基層面層，這種結(jié)構(gòu)可用于敏感區(qū)域公路隧道行車減振降噪，并具有構(gòu)造簡單、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、使用方便、造價低廉、取料容易等優(yōu)點，經(jīng)濟效益和社會效益顯著。

附圖說明

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)立面示意圖。

圖2為圖1的俯視圖。

圖3為分倉隔梁結(jié)構(gòu)圖。

圖4為圖3的I-I剖面圖。

圖5為隧道行車輪胎作用示意圖

圖6為圖5的受力計算圖式。

具體實施方式

下面將按上述附圖對本實用新型實施例再作詳細說明。

如圖1~圖6所示，1.隧道結(jié)構(gòu)、11.初期支護、12.二次襯砌、13.仰拱、14.回填混凝土、15.人行道、2.排水系統(tǒng)、21.縱向排水溝、22.橫向排水管、23.中央排水管、24.路面橫向排水坡、3.級配碎石減振層、4.基層面層、41.乳化瀝青穩(wěn)定碎石、42.瀝青混凝土、43.橡膠瀝青混凝土、5.砂石滲水層、6.上層瀝青封水層、7.下層瀝青封水層、8.分倉隔梁、9.橡膠條、10.車輛荷載。

公路隧道行車減振降噪結(jié)構(gòu)，如圖1、圖2所示，主要用于敏感區(qū)域公路隧道行車的減振降噪，其結(jié)構(gòu)包括構(gòu)成隧道結(jié)構(gòu)1的初期支護11、二次襯砌12、仰拱13、回填混凝土14和人行道15，以及設(shè)置在隧道結(jié)構(gòu)1內(nèi)的排水系統(tǒng)2，在回填混凝土14上設(shè)有逐層鋪設(shè)的級配碎石減振層3和基層面層4，以形成隧道內(nèi)的路面基本構(gòu)造，而基層面層4主要是由逐層鋪設(shè)的乳化瀝青穩(wěn)定碎石41、瀝青混凝土42和橡膠瀝青混凝土43構(gòu)成，為承受車輛荷載10的路面結(jié)構(gòu)層，故其頂面可用于供車輛荷載10行駛，同時還具有減振降噪的功能。

所述的初期支護11為隧道開挖后，為控制圍巖應力適量釋放和變形，增加結(jié)構(gòu)安全度和方便施工，隧道開挖后立即施作剛度較小并作為永久承載結(jié)構(gòu)一部分的結(jié)構(gòu)層；所述的二次襯砌12在初期支護11外側(cè)施作的模筑水泥混凝土或鋼筋混凝土襯砌，與初期支護11共同組成復合式襯砌，以達到加固支護、優(yōu)化路線防排水系統(tǒng)、美化外觀、方便設(shè)置通訊、照明、監(jiān)測等設(shè)施的作用；所述的仰拱13與拱橋的拱形方向相反，拱頂標高最低，拱腳標高最高，與二次襯砌12相連，為隧道結(jié)構(gòu)的水泥混凝土基礎(chǔ)，它一方面要將隧道上部的地層壓力通過隧道邊墻結(jié)構(gòu)或?qū)⒙访嫔系暮奢d有效的傳遞到地下，而且還有效的抵抗隧道下部地層傳來的反力；所述的回填混凝土14從仰拱13最低點使用水泥混凝土填筑在基層面層4寬度范圍內(nèi)至一定的水平高度，找平仰拱13的拱形外形，并與仰拱一起共同受力；所述的人行道15分別設(shè)置在隧道的兩側(cè)邊緣，可作為行人或維護、檢修人員通行的通道。

所述的排水系統(tǒng)2主要是由中央排水管23、縱向排水溝21、橫向排水管22和路面橫向排水坡24等構(gòu)成。

其中，中央排水管23是一根沿隧道中軸線設(shè)置在仰拱13上部并埋設(shè)在回填混凝土14內(nèi)的鋼筋混凝土圓管，直徑80～120cm，管壁四周預留多個0.5～1.0cm的滲透小孔，外包土工布防止堵塞管壁四周預留的多個滲透小孔，可用于排泄上層的滲透水；同時，沿著中央排水管23四周設(shè)有橫截面呈倒梯形布設(shè)的砂石滲水層5，滲透水通過砂石滲水層5過濾后滲透至中央排水管23內(nèi)，再排到隧道外的河道中。

所述的縱向排水溝21是沿隧道軸線分別設(shè)置在路面兩側(cè)邊緣，即緊貼人行道形成縱向延伸，主要用于排泄路面表面的水和面層基層4的滲透水，溝身采用水泥混凝土澆筑而成，頂面設(shè)置雜物過濾格柵。

所述的橫向排水管22沿隧道軸線橫向每隔3～5m設(shè)置多個，每個橫向排水管22的直徑8～10cm，可分別連通基層面層4和縱向排水溝21，并用于排泄基層面層4的滲透水至縱向排水溝21。

所述的路面橫向排水坡24是設(shè)置在基層面層4頂面，路面橫向排水坡24就是橡膠瀝青混凝土43頂面的橫向排水坡，由隧道中央軸線對稱指向兩側(cè)邊緣的縱向排水溝21形成傾斜，可用于排泄基層面層4的表面水，坡率為i₁=1.3～1.6%。

同時，級配碎石減振層3頂部設(shè)有上層瀝青封水層6，可用于封閉乳化瀝青穩(wěn)定碎石41的滲透水滲入級配碎石減振層3，上層瀝青封水層6頂面的排水坡對稱指向兩側(cè)邊緣的橫向排水管22，滲透水流至縱向排水溝21，坡率為i₁=1.3～1.6%；而回填混凝土14頂部、回填混凝土與砂石滲水層5交接處均鋪設(shè)有下層瀝青封水層7，該下層瀝青封水層頂面的排水坡對稱指向中央排水管23四周的砂石滲水層5，滲透水流至砂石滲水層，坡率為i₂=1.5～2.0%。

所述的級配碎石減振層3采用碎石質(zhì)地堅硬、級配良好、粒徑1～5cm的級配碎石壓實而成，厚度20～30cm，碎石壓實度為85～90%；在行車振動荷載作用下，級配碎石減振層3壓縮變形和碎石顆粒之間的摩擦運動能夠消耗一部分能量，級配碎石之間不連續(xù)的空隙也阻止了振動的傳遞，起到減振的作用；同時，隧道兩側(cè)邊緣的縱向排水溝21的溝身混凝土和分倉隔梁8也會限制級配碎石減振層3的水平變形而產(chǎn)生附加的粘聚力，從而滿足級配碎石減振層3對于行車振動荷載的承載力。

所述的分倉隔梁8如圖3、圖4所示為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，沿隧道軸線橫向間距埋設(shè)在級配碎石減振層3內(nèi)，并處于上層瀝青封水層6與砂石滲水層5頂部之間，相鄰兩根分倉隔梁8之間的間距為5～10m，每根分倉隔梁頂部設(shè)有凹槽，在凹槽內(nèi)嵌入倒凸字形的橡膠條9，具體是在凹槽的槽底、頂面和兩側(cè)槽壁均涂刷環(huán)氧樹脂以將橡膠條粘貼牢固，分倉隔梁8平均高度h₂=級配碎石減振層3平均壓實厚度h–橡膠條9有效厚度b₂，分倉隔梁8的長度與級配碎石減振層3寬度相同，分倉隔梁的寬度a=10～20cm，凹槽槽底寬度a₁=3～5cm。在分倉隔梁8上鋪筑基層面層4的乳化瀝青穩(wěn)定碎石41，以支承基層面層4。

所述的橡膠條9由適用溫度+60℃～-40℃的天然橡膠或適用溫度+60℃～-25℃的氯丁橡膠材料制成的倒凸字形條形構(gòu)件，總高度為b，凸部高度為b₁，橡膠條9有效高度 b₂=總高度b-凸部高度b₁，橡膠條的凸部嵌入分倉隔梁的凹槽內(nèi)，橡膠條有效高度 b₂和材料特性由計算初步參數(shù)后由試驗確定，凸部高度b₁由構(gòu)造確定，橡膠條寬度與分倉隔梁寬度相同a=10～20cm, 凸部底寬a₂=凹槽槽底寬度a₁-環(huán)氧樹脂厚度1～2mm。

另外，關(guān)于構(gòu)成路面基層4的乳化瀝青穩(wěn)定碎石41、瀝青混凝土42和橡膠瀝青混凝土43。

所述的乳化瀝青穩(wěn)定碎石41為路面基層4，是在普通穩(wěn)定碎石混合料中加入純?yōu)r青含量1～3%的乳化瀝青經(jīng)壓實而成，厚30～50cm，以增加材料柔性和提高極限抗拉應變量，并使乳化瀝青穩(wěn)定碎石41具有剛?cè)嵯酀奶攸c和減振的效果。

所述的瀝青混凝土42為路面下面層，經(jīng)人工選配具有一定級配組成的碎石或軋碎礫石、石屑或砂、礦粉、添加劑等礦料與一定比例的路用瀝青材料混合料，在嚴格控制條件下拌制，經(jīng)碾壓而成瀝青混凝土路面下面層，一般厚度6～8cm。

所述的橡膠瀝青混凝土43為開級配或間斷級配普通瀝青混凝土中摻加一定量的橡膠粉末添加劑，具有較大的彈性和彈性恢復能力，起到降低行車噪聲的作用，橡膠瀝青混凝土一般可分單層或兩層兩種，厚度視路面的荷載、碾壓設(shè)備和吸收噪聲的能力而定，單層時厚度5～6cm，兩層時總厚度10～12cm。橡膠瀝青混凝土的壓實需嚴格符合設(shè)計要求，過高的壓實度不利于吸收行車噪聲。

所述的車輛為振動和噪聲發(fā)生源，車輪的振動主要為發(fā)動機、車架以及與路面之間的接觸振動，噪聲主要為路面摩擦、發(fā)動機、制動噪聲和風噪聲等。一般隧道內(nèi)的噪聲主要由橡膠瀝青面層吸收，傳到隧道外的其余部分噪聲由隧道外設(shè)置的聲屏障、綠化等設(shè)施降低噪聲。行車振動由橡膠瀝青混凝土43、乳化瀝青穩(wěn)定碎石41和級配碎石減振層3吸收振動。

所述的車輛荷載10行駛在基層面層4頂面時，如圖5、圖6所示，輪胎著地長度為c, 荷載強度為 q₀，荷載擴散角為45⁰，經(jīng)基層面層4平均總厚度h₁荷載擴散后，荷載分布強度為q，級配碎石減振層3和橡膠條9產(chǎn)生壓縮沉降，車輛經(jīng)過級配碎石減振層3與橡膠條9交界處基層面層4頂面時行車平順舒適，要求級配碎石減振層3與橡膠條9的壓縮沉降相同。由此，級配碎石減振層3和橡膠條9有關(guān)參數(shù)由下列公式計算：

公式一、

公式二、

在公式一、公式二中

——車輛荷載10行駛在基層面層4頂面時，輪胎著地長度為c、著地寬度為d時的分布荷載強度，；

——車輛荷載10行駛在基層面層4頂面時，經(jīng)基層面層4荷載擴散后的分布荷載強度，；

——分別為順著車輛方向的車輛輪胎著地長度、橫著車輛方向的著地寬度，；

——當車輛荷載10行駛在基層面層4頂面時，分別為級配碎石減振層3單位面積的豎直壓縮沉降、橡膠條9和分倉隔梁8單位面積的豎直壓縮沉降，；

——分別為級配碎石減振層3平均壓實厚度、基層面層4平均總厚度、橡膠條9的有效高度，；

——分別為級配碎石減振層3的回彈壓縮模量、分倉隔梁8混凝土和橡膠條9的彈性模量，，。

由公式一、公式二可見，橡膠條9的有效高度與車輛荷載10強度大小無關(guān)，由級配碎石減振層3的平均壓實厚度和回彈壓縮模量、橡膠條9和分倉隔梁8混凝土的彈性模量確定，這就說明不管不同荷載的何種車輛通過基層面層4頂面時，均可使級配碎石減振層3與橡膠條9的壓縮沉降相同，確保行車平順舒適；由以上公式計算初步數(shù)據(jù)后，并通過試驗路最后確定級配碎石減振層3、橡膠條9和分倉隔梁8混凝土的有關(guān)參數(shù)。

所述的公路隧道行車減振降噪結(jié)構(gòu)的施工方法包括如下步驟：

步驟一、擬定公路隧道行車減振降噪結(jié)構(gòu)方案

①根據(jù)公路隧道地質(zhì)鉆探資料和敏感區(qū)域需要減振降噪的數(shù)據(jù)，擬定乳化瀝青穩(wěn)定碎石41、瀝青混凝土42和橡膠瀝青混凝土43的基層面層4厚度以及混合物材料組成和級配；

②按照公式二計算級配碎石減振層3、橡膠條9和分倉隔梁8的尺寸設(shè)計參數(shù)；

③通過試驗路最后確定基層面層4、級配碎石減振層3、橡膠條9和分倉隔梁8混凝土的有關(guān)設(shè)計參數(shù)；

步驟二、在完成的隧道結(jié)構(gòu)、排水系統(tǒng)后，施工分倉隔梁

①在回填混凝土14上安裝分倉隔梁鋼筋、澆筑分倉隔梁8混凝土；

②在分倉隔梁8頂部安放與橡膠條9厚度相同的木板，并臨時固定，以此確定級配碎石減振層3的壓實厚度；

步驟三、鋪筑級配碎石減振層3并壓實

①選擇符合要求的級配碎石減振層3材料，分層均勻鋪筑；

②選擇合適的壓實機械，壓實級配碎石減振層3；

③檢驗級配碎石減振層3壓實度，要求壓實度為85～90%；

步驟四、安裝橡膠條9

①拆除分倉隔梁8頂部臨時固定的木板；

②清理干凈分倉隔梁8的凹槽內(nèi)雜物，清水沖洗并晾干；

③分倉隔梁的凹槽內(nèi)壁和頂面涂刷環(huán)氧樹脂，要求厚度均勻；

④安裝橡膠條9，用小型機械壓平、粘結(jié)牢固；

步驟五、鋪筑壓實乳化瀝青穩(wěn)定碎石41：

①配料拌合乳化瀝青穩(wěn)定碎石41混合料并運至現(xiàn)場分層鋪筑均勻；

②選用合適的壓實機械壓實；

③檢驗乳化瀝青穩(wěn)定碎石41混合料的壓實度，要求壓實度94～95%；

步驟六、鋪筑壓實瀝青混凝土42

①配料拌合瀝青混凝土42混合料并運至現(xiàn)場鋪筑均勻；

②選用合適的壓實機械壓實；

③檢驗瀝青混凝土42混合料壓實度，要求壓實度96～97%；

步驟七、鋪筑壓實橡膠瀝青混凝土43

①配料拌合橡膠瀝青混凝土43混合料并運至現(xiàn)場鋪筑均勻；

②選用合適的壓實機械壓實；

③檢驗橡膠瀝青混凝土43混合料壓實度，要求壓實度95～96%。

本實用新型所述實施例僅用于說明本實用新型而不用于限制本實用新型的范圍。此外還應理解，在閱讀了本實用新型講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本實用新型作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍內(nèi)。