[發明專利]一種高填方隧道減載防護結構及其施工方法

在審

• 申請號: 201810136113.2
• 申請日: 2018-02-09
• 公開（公告）號: CN108560568A
• 公開（公告）日: 2018-09-21
• 發明（設計）人: 李明;趙錄學;李守剛;姬云平;喬登壽;吳若玉;馬玉春;陳秀義;張威;聞雁;王昭暉;王伯龍;王君順;蘭建;劉志誠;祁衛華
• 申請（專利權）人: 蘭州交通大學;蘭州鐵道設計院有限公司
• 主分類號: E02D17/18
• 分類號: E02D17/18;E02D31/00
• 代理公司: 甘肅省知識產權事務中心 62100
• 代理人: 劉繼春

本發明提供一種高填方隧道減載防護結構，包括隧道，原始回填土體；還包括鉆孔灌注樁、護拱、頂縱梁、橫向拉桿與加固土體；隧道外圍的左、右側設置加固土體，沿隧道長度方向、加固土體內側均勻布設多個鉆孔灌注樁，左、右側鉆孔灌注樁頂部分別設置頂縱梁，左、右側頂縱梁之間且與鉆孔灌注樁對應的位置設置橫向拉桿，頂縱梁的上端設置護拱，護拱下面與原始回填土體之間填充有輕質泡沫混凝土；護拱頂部填充有頂部輕質泡沫混凝土；加固土體上面且向外側延伸設有回填土石。本發明還提供高填方隧道減載防護結構的施工方法。本發明主要用于已有隧道明洞原始回填層以上的二次回填中，它采用灌注樁與護拱結構相結合的結構保護既有隧道，承擔上部回填荷載。

技術領域

本發明屬于隧道工程及地下工程技術領域，具體地說是一種高填方隧道減載防護結構；本發明還涉及高填方隧道減載防護結構的施工方法。

背景技術

有關高填方隧道減載措施研究方面：在國外，已采用離心模型試驗研究了埋設于砂中的柔性填料對箱涵的減載效果，研究結果表明，由于柔性填料的作用使得箱涵上的垂直壓力減小了，此外還借助于光彈試驗手段證明箱涵上方的成拱原理。其次利用聚苯乙烯塊作為減載材料研究了不同填方下剛性涵洞的減載與長期性能，通過長期觀測，其觀測結果表明作用于涵洞的垂直土壓力顯著減小。國內已研究的減荷措施主要為通過在涵洞一定范圍內鋪設壓縮性遠大于填土的材料以及通過構筑某種“減荷橋”充分發揮填土的拱效應來降低涵頂的豎向土壓力。其研究也多以模型研究為依據，得出半經驗公式，具有一定的局限性。王曉謀、顧安全等人研究了有關上埋式管道垂直土壓力減荷措施，該研究是以室內模型試驗為背景，以聚苯乙烯泡沫塑料的柔性材料作為減載材料，研究了柔性材料在填土的重力作用下，通過變形對應力的調整作用，得出了減荷效果與柔性填料的厚度、變形模量、填土高度變化以及管道突出地面的高度等因素變化之間的關系，同時還得出了減荷措施下管道垂直土壓力的計算方法等室內試驗成果。其次，固化法通過在洞室周圍裹上一層剛度較大的固化材料使原本由洞室體系承擔的土壓力荷載轉嫁至固化層來承擔，以實現減小洞室結構頂部的土壓力的目標。上述研究主要存在以下問題：

1、各種減載措施大多只是從考慮隧道結構本身能否承受荷載考慮，對上部荷載施加下由于地基下沉導致隧道整體沉降變形未充分考慮；

2、采用柔性材料等的塑性墊層法減載機理比較明確，問題是對于塑性層的厚度、壓縮模量的計算，墊層沉降量的控制難以把握，因此在工程實際中缺乏可操作性；其次對于柔性材料的耐久性有限，重要交通項目使用年限都是100年，柔性材料失效可能造成對下部隧道結構的破壞；

3、固化法的減載原理是基于提高洞室結構周圍填土自身剛度來達到減載目的的方法，該方法存在的主要問題是施工過程比較復雜，固化范圍難以精確確定，同時其能夠有效減載作用在洞室頂部荷載量的多少難以計算；因此在設計和施工中勢必也會帶來不可操作性難題。

發明內容

為了克服上述現有技術中存在的問題，本發明的目的是提供一種高填方隧道減載防護結構，本發明的另一目的是提供一種高填方隧道減載防護結構的施工方法；主要解決現有高填方隧道減載措施結構荷載受力不明確、會導致隧道結構整體下沉、減載材料耐久性不能滿足要求以及工程可實施性差等難題。

本發明實現上述目的所采用的技術方案如下：一種高填方隧道減載防護結構，包括既有隧道及其隧道外圍的原始回填土體；其特征在于：還包括鉆孔灌注樁、護拱、頂縱梁、橫向拉桿與加固土體；隧道外圍的左、右側設置加固土體，沿隧道長度方向、加固土體內側（近于隧道中心的一側，以下同）均勻布設多個鉆孔灌注樁，左、右側鉆孔灌注樁頂部分別設置頂縱梁，左、右側頂縱梁之間且與鉆孔灌注樁對應的位置設置橫向拉桿，頂縱梁的上端設置護拱，護拱下面與原始回填土體之間填充有輕質泡沫混凝土；護拱頂部填充有頂部輕質泡沫混凝土；加固土體上面且向外側延伸設有回填土石。

為了防止護拱受力變形后，對下方隧道產生附加荷載，護拱內表面與輕質泡沫混凝土之間預留有變形空間，變形空間填充有聚氨酯等柔性材料。