一种高填方隧道减载防护结构及其施工方法技术

本发明专利技术提供一种高填方隧道减载防护结构，包括隧道，原始回填土体；还包括钻孔灌注桩、护拱、顶纵梁、横向拉杆与加固土体；隧道外围的左、右侧设置加固土体，沿隧道长度方向、加固土体内侧均匀布设多个钻孔灌注桩，左、右侧钻孔灌注桩顶部分别设置顶纵梁，左、右侧顶纵梁之间且与钻孔灌注桩对应的位置设置横向拉杆，顶纵梁的上端设置护拱，护拱下面与原始回填土体之间填充有轻质泡沫混凝土；护拱顶部填充有顶部轻质泡沫混凝土；加固土体上面且向外侧延伸设有回填土石。本发明专利技术还提供高填方隧道减载防护结构的施工方法。本发明专利技术主要用于已有隧道明洞原始回填层以上的二次回填中，它采用灌注桩与护拱结构相结合的结构保护既有隧道，承担上部回填荷载。

A high fill tunnel load reduction protection structure and its construction method

The invention provides a load-reducing protective structure for a high-fill tunnel, including a tunnel and a primitive backfill soil body, a bored cast-in-place pile, an arch protection, a top longitudinal beam, a transverse tie rod and a reinforced soil body, a reinforced soil body is arranged on the left and right sides of the tunnel periphery, and a plurality of bored cast-in-place piles are evenly arranged along the length direction of the tunnel and the side of the reinforced soil body. The top side of the left and right bored cast-in-situ piles are respectively provided with top longitudinal beams, and the transverse rods are arranged between the left and the right longitudinal beams and the positions corresponding to the bored cast-in-place piles. The upper ends of the top longitudinal beams are provided with protective arches, and lightweight foamed concrete is filled between the underneath the retaining arch and the original backfilled soil; The soil is reinforced and backfilled with earth rock. The invention also provides a construction method for the high fill tunnel load reduction protection structure. The invention is mainly used for the secondary backfilling above the original backfilling layer of the existing tunnel, which adopts the structure of the combination of the cast-in-place pile and the arch protection structure to protect the existing tunnel and bear the upper backfilling load.

【技术实现步骤摘要】
一种高填方隧道减载防护结构及其施工方法
本专利技术属于隧道工程及地下工程
，具体地说是一种高填方隧道减载防护结构；本专利技术还涉及高填方隧道减载防护结构的施工方法。
技术介绍
有关高填方隧道减载措施研究方面：在国外，已采用离心模型试验研究了埋设于砂中的柔性填料对箱涵的减载效果，研究结果表明，由于柔性填料的作用使得箱涵上的垂直压力减小了，此外还借助于光弹试验手段证明箱涵上方的成拱原理。其次利用聚苯乙烯块作为减载材料研究了不同填方下刚性涵洞的减载与长期性能，通过长期观测，其观测结果表明作用于涵洞的垂直土压力显著减小。国内已研究的减荷措施主要为通过在涵洞一定范围内铺设压缩性远大于填土的材料以及通过构筑某种“减荷桥”充分发挥填土的拱效应来降低涵顶的竖向土压力。其研究也多以模型研究为依据，得出半经验公式，具有一定的局限性。王晓谋、顾安全等人研究了有关上埋式管道垂直土压力减荷措施，该研究是以室内模型试验为背景，以聚苯乙烯泡沫塑料的柔性材料作为减载材料，研究了柔性材料在填土的重力作用下，通过变形对应力的调整作用，得出了减荷效果与柔性填料的厚度、变形模量、填土高度变化以及管道突出地面的高度等因素变化之间的关系，同时还得出了减荷措施下管道垂直土压力的计算方法等室内试验成果。其次，固化法通过在洞室周围裹上一层刚度较大的固化材料使原本由洞室体系承担的土压力荷载转嫁至固化层来承担，以实现减小洞室结构顶部的土压力的目标。上述研究主要存在以下问题：1、各种减载措施大多只是从考虑隧道结构本身能否承受荷载考虑，对上部荷载施加下由于地基下沉导致隧道整体沉降变形未充分考虑；2、采用柔性材料等的塑性垫层法减载机理比较明确，问题是对于塑性层的厚度、压缩模量的计算，垫层沉降量的控制难以把握，因此在工程实际中缺乏可操作性；其次对于柔性材料的耐久性有限，重要交通项目使用年限都是100年，柔性材料失效可能造成对下部隧道结构的破坏；3、固化法的减载原理是基于提高洞室结构周围填土自身刚度来达到减载目的的方法，该方法存在的主要问题是施工过程比较复杂，固化范围难以精确确定，同时其能够有效减载作用在洞室顶部荷载量的多少难以计算；因此在设计和施工中势必也会带来不可操作性难题。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中存在的问题，本专利技术的目的是提供一种高填方隧道减载防护结构，本专利技术的另一目的是提供一种高填方隧道减载防护结构的施工方法；主要解决现有高填方隧道减载措施结构荷载受力不明确、会导致隧道结构整体下沉、减载材料耐久性不能满足要求以及工程可实施性差等难题。本专利技术实现上述目的所采用的技术方案如下：一种高填方隧道减载防护结构，包括既有隧道及其隧道外围的原始回填土体；其特征在于：还包括钻孔灌注桩、护拱、顶纵梁、横向拉杆与加固土体；隧道外围的左、右侧设置加固土体，沿隧道长度方向、加固土体内侧（近于隧道中心的一侧，以下同）均匀布设多个钻孔灌注桩，左、右侧钻孔灌注桩顶部分别设置顶纵梁，左、右侧顶纵梁之间且与钻孔灌注桩对应的位置设置横向拉杆，顶纵梁的上端设置护拱，护拱下面与原始回填土体之间填充有轻质泡沫混凝土；护拱顶部填充有顶部轻质泡沫混凝土；加固土体上面且向外侧延伸设有回填土石。为了防止护拱受力变形后，对下方隧道产生附加荷载，护拱内表面与轻质泡沫混凝土之间预留有变形空间，变形空间填充有聚氨酯等柔性材料。为加强隧道防水，在回填土石内部沿隧道横截面设置第一硬式透水管，在顶部轻质泡沫混凝土内部沿隧道横截面设置第二硬式透水管，第一硬式透水管与第二硬式透水管连接。在顶部轻质泡沫混凝土上表面与回填土石上表面设置防水隔离层，并设置一定坡度进行排水。一种高填方隧道减载防护结构的施工方法；其特征在于按照下述步骤进行：开挖基坑与土体加固、制作钻孔灌注桩与顶纵梁、安装拉杆、制作护拱、护拱内填充、回填土石、护拱顶部填充与设置防水隔离层；具体方法如下：（1）、开挖基坑与土体加固：从原始回填顶面向下、沿基坑开挖线开挖基坑，基坑深度2m～5m；在基坑底部对既有隧道的两侧土体进行加固，制作出加固土体；材料和方式可根据地层情况选择；（2）、制作钻孔灌注桩与顶纵梁：在两侧加固土体内侧、沿隧道长度方向均匀制作钻孔灌注桩，且在钻孔灌注桩的顶部制作顶纵梁，并在两侧顶纵梁内侧预留拉杆嵌固接口；（3）、安装拉杆：在顶纵梁之间、拉杆嵌固接口位置设置横向拉杆；（4）、制作护拱：在顶纵梁上表面制作护拱；（5）、护拱内填充：护拱内部填充轻质泡沫混凝土，且护拱内表面与轻质泡沫混凝土之间预留出变形空间，并在变形空间填充聚氨酯等柔性材料。（6）、回填土石：护拱两侧沿回填分界线外侧用普通土石进行二次回填，制作出回填土石结构；采用对称分层碾压回填，并在回填土石结构内、护拱的上方沿隧道横截面设置第一硬式透水管。（7）、护拱顶部填充：在护拱顶部回填分界线内侧二次回填顶部轻质泡沫混凝土，并在顶部轻质泡沫混凝土内沿横截面设置第二硬式透水管，将第二硬式透水管与回填土石结构内设置的第一硬式透水管连接。（8）、设置防水隔离层：二次回填普通土石与二次回填顶部轻质泡沫混凝土的上面设置防水隔离层，并设置向一侧倾斜的坡度i%进行排水。本专利技术提供的隧道高填方减载主要用于已有隧道明洞原始回填层以上的二次回填中，适用于铁路、公路、地铁、市政、冶金、煤炭、水电、水利、人防、国防等隧道、巷道、坑道等地下隧道应用。本专利技术采用灌注桩与护拱结构相结合的结构形式保护既有隧道，承担上部回填荷载。即在既有回填标高处设置护拱，护拱将后续填土荷载通过顶纵梁传递给桩基，以达到高填方回填，保护下方既有隧道的目的。本专利技术有益效果主要是：1、不对既有隧道增加任何荷载，增加的部分荷载可根据下挖基坑的深度进行置换；不会引起隧道结构受荷下沉；2、灌注桩+护拱形式结构受力明确,安全可靠；3、不会影响既有隧道的正常使用，保证营业线正常运营；4、可调整护拱和桩的结构尺寸满足不同高度回填要求；5、轻质泡沫混凝土具有容重小、耐久性高、自密性好等特点；6、施工简便，周期较短。附图说明图1是本专利技术横断面的结构示意图；图2是本专利技术的平面结构示意图；图3是图1的A—A剖面图；图4是开挖基坑与土体加固的结构示意图；图5是制作钻孔灌注桩与顶纵梁的结构示意图；图6是安装拉杆的结构示意图；图7是制作护拱的结构示意图；图8是护拱内填充的结构示意图；图9是回填土石的结构示意图；图10是护拱顶部填充的结构示意图；图11是设置防水隔离层的结构示意图。图中：1—既有隧道，2—开挖边坡线，3—原始回填土体，4—原始回填顶面，5—原始开挖线，6—现状地面边坡，7—加固土体，8—钻孔灌注桩，9—顶纵梁，10—横向拉杆，11—护拱，12—轻型泡沫混凝土，13—柔性材料，14—回填土石结构，15—回填分界线，16—第一硬式透水管，17—防水隔离层，18—顶部轻质泡沫混凝土，19—第二硬式透水管，i%—坡度。具体实施方式隧道高填方减载常用于已有隧道明洞原始回填层以上的二次回填中，常见的隧道明洞开挖及回填方式参见图1，从隧道两侧沿原始开挖线5开挖基坑，在基坑内进行隧道施工，待隧道施工完成，在其上进行原始回填构成原始回填土体3，回填至原始回填顶面4。原始回填顶面4以上的两侧刷坡线为现状地面边坡6。下面将结合附图对本专利技术提供的技术方案进行进一步本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高填方隧道减载防护结构，包括既有隧道及其隧道外围的原始回填土体；其特征在于：还包括钻孔灌注桩（8）、护拱（11）、顶纵梁（9）、横向拉杆（10）与加固土体（7）；隧道（1）外围的左、右侧设置加固土体（7），沿隧道（1）长度方向、加固土体（7）内侧均匀布设多个钻孔灌注桩（8），左、右侧钻孔灌注桩（8）顶部分别设置顶纵梁（9），左、右侧顶纵梁（9）之间且与钻孔灌注桩（8）对应的位置设置横向拉杆（10），顶纵梁（9）的上端设置护拱（11），护拱（11）下面与原始回填土体（3）之间填充有轻质泡沫混凝土（12）；护拱（11）顶部填充有顶部轻质泡沫混凝土（18）；加固土体（7）上面且向外侧延伸设有回填土石结构（14）。

【技术特征摘要】
1.一种高填方隧道减载防护结构，包括既有隧道及其隧道外围的原始回填土体；其特征在于：还包括钻孔灌注桩（8）、护拱（11）、顶纵梁（9）、横向拉杆（10）与加固土体（7）；隧道（1）外围的左、右侧设置加固土体（7），沿隧道（1）长度方向、加固土体（7）内侧均匀布设多个钻孔灌注桩（8），左、右侧钻孔灌注桩（8）顶部分别设置顶纵梁（9），左、右侧顶纵梁（9）之间且与钻孔灌注桩（8）对应的位置设置横向拉杆（10），顶纵梁（9）的上端设置护拱（11），护拱（11）下面与原始回填土体（3）之间填充有轻质泡沫混凝土（12）；护拱（11）顶部填充有顶部轻质泡沫混凝土（18）；加固土体（7）上面且向外侧延伸设有回填土石结构（14）。2.如权利要求1所述的一种高填方隧道减载防护结构，其特征在于：护拱（11）内表面与轻质泡沫混凝土（12）之间预留有变形空间，变形空间填充有柔性材料（13）。3.如权利要求2所述的一种高填方隧道减载防护结构，其特征在于：柔性材料（13）是聚氨酯。4.如权利要求1至3任意一项所述的一种高填方隧道减载防护结构，其特征在于：在回填土石结构（14）内部沿隧道横截面设置第一硬式透水管（16），在顶部轻质泡沫混凝土（18）内部沿隧道横截面设置第二硬式透水管（19），第一硬式透水管（16）与第二硬式透水管连接（19）。5.如权利要求4所述的一种高填方隧道减载防护结构，其特征在于：在顶部轻质泡沫混凝土（18）上表面与回填土石结构（14）上表面设置防水隔离层（17）...

【专利技术属性】
技术研发人员：李明，赵录学，李守刚，姬云平，乔登寿，吴若玉，马玉春，陈秀义，张威，闻雁，王昭晖，王伯龙，王君顺，兰建，刘志诚，祁卫华，
申请(专利权)人：兰州交通大学，兰州铁道设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：甘肃,62