CN101603282A - 高速铁路湿陷性黄土隧道地基基础构造 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速铁路湿陷性黄土隧道基础加固构造，旨在有效地消除地基黄土湿陷性并满足高速铁路对线路高度平顺性的要求。它包括明挖段基底加固构造和暗挖段基底加固构造，所述明挖段基底加固构造和暗挖段基底加固构造均包括沿地基纵向、横向间隔成排设置的水泥土挤密桩(10)，各挤密桩(10)的下端穿过湿陷性黄土线进入老黄土地层。本发明的有益效果是，可有效地消除地基黄土湿陷性，并满足高速铁路对线路高度平顺性的要求，加固过程隧道初期支护结构安全、稳定性影响甚小，隧道初期支护表面无明显裂纹，拱顶下沉可控制在1～2mm，水平收敛可控制2～3mm。

Description

高速铁路湿陷性黄土隧道地基基础构造

技术领域

本发明涉及高速铁路隧道基础，特别涉及高速铁路湿陷性黄土隧道基础。

背景技术

郑州至西安铁路客运专线，线路全长458.8km，是我国在黄土地区新建的运营速度为350km/h的第一条铁路客运专线。全线隧道共计38座，总长约77km，其中黄土隧道总长50km。沿线湿陷性黄土的分布非常复杂，湿陷性黄土区段占全线总长度的65％，其中自重湿陷性黄土约占线路全长的27％，湿陷程度从轻微(I级)到很严重(IV级)，在整个专线路段均有分布。该客运专线隧道内铺设无砟轨道，要求隧道内线路有高度的平顺性，工后沉降要求不大于15mm，不同结构物间的差异沉降不应大于5mm。沉降控制标准高，必须采用有效基底处理措施，避免因为基底湿陷性黄土遇水湿陷产生较大的工后沉降。

到目前为止，我国较少有基底处于湿陷性黄土中的铁路隧道。对于少数铁路隧道部分区段的湿陷性黄土，由于列车运行速度低，对轨道沉降控制要求不高，因此也未作特殊处理。公路隧道的情况也基本如此。另一方面，就湿陷性黄土路基的处理而言，我国有较为成熟的工程技术和实践经验。主要的处理方法有：碾压、换填、强夯、(灰土、石灰、水泥土、碎石、砂土、排土和非排土)动力/振动挤密桩、静力挤密(预制)桩、CFG桩、注浆、高压灌浆、高压旋喷桩等。这些方法在隧道以外的土工工程中形成并得到广泛使用，但是尚缺乏在隧道初期支护条件下洞内实施的实例，当然也就在这方面没有任何经验和技术可言。

基于郑州至西安铁路客运专线隧道的特殊性，即围岩为干燥的砂质黄土，垂直节理发育，隧底自重湿陷性黄土厚度达8～9m，施工场地受隧道掌子面开挖的影响和洞室空间的限制，断面开挖-断面稳定-基底加固-开挖面支护之间在时间上和空间上的相互影响和干扰，现行的计算理论、处理方法、施工机械和施工工艺都难以满足要求，尤其是对施作空间和对初期支护/围岩的振动效应的要求，均无任何经验可借鉴。这对于开挖面积达164m²、只施作了初期支护的砂质黄土隧道显得特别突出。因此，为消除黄土隧道基底黄土的湿陷性，同时保障大断面砂质黄土隧道初期支护的安全稳定性，开展高速铁路湿陷性黄土隧道基础加固构造研究非常必要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高速铁路湿陷性黄土隧道基础加固构造，该基础加固构造可有效地消除地基黄土湿陷性，从而满足高速铁路对线路高度平顺性的要求。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明的高速铁路湿陷性黄土隧道基础加固构造，包括明挖段基底加固构造和暗挖段基底加固构造，其特征是：所述明挖段基底加固构造和暗挖段基底加固构造均包括沿地基纵向、横向间隔成排设置的水泥土挤密桩，各挤密桩的下端穿过湿陷性黄土线进入老黄土地层。

在上述技术方案中，所述明挖段基底加固构造还包括设置在地基表层下的水泥土夯实层。

本发明的有益效果是，水泥土挤密桩在成孔、夯实水泥土成桩过程中对桩孔周围土体进行侧向挤密，形成桩土复合地基，可有效地消除地基黄土湿陷性，从而满足高速铁路对线路高度平顺性的要求；加固施工方法简易、适应性强、挤密加固效果好；加固过程隧道初期支护结构安全、稳定性影响甚小，隧道初期支护表面无明显裂纹，拱顶下沉可控制在1～2mm，水平收敛可控制2～3mm。

附图说明

本说明书包括如下四幅附图：

图1是本发明高速铁路湿陷性黄土隧道基础加固构造的立面图；

图2是本发明高速铁路湿陷性黄土隧道基础加固构造中挤密桩的布设方式示意图；

图3是本发明高速铁路湿陷性黄土隧道基础加固构造中暗挖段的横断面结构示意图；

图4是本发明高速铁路湿陷性黄土隧道基础加固构造中明挖段的横断面结构示意图。

图中示出部位、部件名称及所对应的标记：水泥土挤密桩10、水泥土夯实层20。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

参照图1，本发明的高速铁路湿陷性黄土隧道基础加固构造，包括明挖段基底加固构造和暗挖段基底加固构造。参照图1、图2、图3和图4，所述明挖段基底加固构造和暗挖段基底加固构造均包括沿地基纵向、横向间隔成排设置的水泥土挤密桩10，各挤密桩10的下端穿过湿陷性黄土线进入老黄土地层。由于水泥土挤密桩10在成孔、夯实水泥土成桩过程中对桩孔周围土体进行侧向挤密，形成桩土复合地基，因此可有效地消除地基黄土湿陷性，从而满足高速铁路对线路高度平顺性的要求。加固施工方法简易、适应性强、挤密加固效果好。加固过程隧道初期支护结构安全、稳定性影响甚小，隧道初期支护表面无明显裂纹，拱顶下沉可控制在1～2mm，水平收敛可控制2～3mm。

参照图4，所述明挖段基底加固构造还包括设置在地基表层下的水泥土夯实层20。参照图2，所述各水泥土挤密桩10呈等边三角形布置。

经过大量的实验和研究，优化参数确定如下：

1.水泥土挤密桩的直径0.25～0.35m，间距为0.8m×0.8m；

2.水泥土挤密桩伸入至老黄土地层的长度为2m；

3.水泥土夯实层的厚度为0.8m～1.2m。

4.水泥土挤密桩、水泥土夯实层的水泥、黄土配比按重量为1∶7～1∶10。

以下以郑州至西安铁路客运专线凤凰岭隧道基础加固为例对本发明作进一步的说明：

1.概况

该隧道进口明挖段处理长度14m，深度为8～10m，暗挖处理长度36m，处理深度2～8m。水泥土挤密桩桩长共计6828m。

2.水泥土挤密桩的施工

施工步骤：①机械提升冲锤；②冲锤自由下落；③冲击地基成孔；④重复前三步骤，直至成孔至设计深度；⑤桩孔中分层回填松散填料(水泥、黄土混合物)；⑥冲锤自由下落；⑦夯实松散回填料；⑧重复⑤、⑥和⑦三步骤，直至成桩。

考虑到挤密桩作业时的振动较大，施工时共采用6套机械设备多工作面同时施工，每台机械平均成桩速度为4～5根(约30m)/天。为确保洞内基底处理施工时隧道初期支护的安全，在现场对挤密桩内基底处理施工时产生的振动进行了测试。测试结果表明：在成孔、成桩过程中，自桩顶以下1m范围内振动速率最大，最大值6～7cm/s，在1～4m范围振动速率也比较大，4～5cm/s，施工至4m以下时振动能满足规范要求。支护结构监控量测结果表明，水泥土挤密桩施工完毕，隧道初期支护表面无明显裂纹，对隧道初期支护结构变形的影响范围是拱顶下沉1～2mm，水平收敛2～3mm，即洞内施工水泥土挤密桩对隧道初期支护结构安全、稳定性影响甚小。在挤密桩施工完后，现场及时对基底处理质量进行了检测，检测结果表明，洞内基底新黄土的湿陷性已经消除，基底处理效果满足设计要求，达到了设计目的，即隧道内湿陷性基底采用水泥土挤密桩进行加固处理是行之有效的。

水泥土挤密桩的施工工艺、振动效应和挤密效果应满足下列要求：冲锤重量300～325kg，冲锤长度2.2m，冲锤直径15.4cm，冲锤头部扩大直径：17.8cm，地面以上冲锤最大提升高度1m，每次回填水泥土重量12kg，每次回填料夯击数12次。

3.水泥土挤密桩桩身材料强度试验

按规范对水泥和黄土的不同配比进行桩身材料强度试验和稳定性试验，尤其是遇水后的强度和稳定性试验。

(1)水泥土试样配合比

水泥土配合比即水泥与干土粒的质量比取为1∶7、1∶8、1∶9、1∶10及1∶11共5种(即5组)。水泥土含水量为最优含水量，即14％。

(2)水泥土试样及养护

养护时间：2006.07.28～2006.08.25

养护天数：28天

养护地点：中铁三局函谷关中心试验室

养护设备：YH-40B型标准恒温恒湿养护箱

养护条件：温度为20±1℃，湿度为97％

试样个数：30个

试样规格：直径为5cm，高度为5cm的圆柱体

表5-5单轴抗压强度与水泥土配比之间的关系近似简化表

鉴于水泥土的浸水强度和高速铁路对安全稳定的特殊要求，建议水泥土配比在1∶7～1∶10的范围内取值。

Claims (5)

1.高速铁路湿陷性黄土隧道基础加固构造，包括明挖段基底加固构造和暗挖段基底加固构造，其特征是：所述明挖段基底加固构造和暗挖段基底加固构造均包括沿地基纵向、横向间隔成排设置的水泥土挤密桩(10)，各挤密桩(10)的下端穿过湿陷性黄土线进入老黄土地层。

2.如权利要求1所述高速铁路湿陷性黄土隧道基础加固构造，其特征是：所述明挖段基底加固构造还包括设置在地基表层下的水泥土夯实层(20)。

3.如权利要求2所述高速铁路湿陷性黄土隧道基础加固构造，其特征是：所述各水泥土挤密桩(10)呈等边三角形布置，直径0.25～0.35m，间距为0.8m×0.8m。

4.如权利要求3所述高速铁路湿陷性黄土隧道基础加固构造，其特征是：所述水泥土挤密桩(10)伸入至老黄土地层的长度为2m；所述水泥土夯实层(20)的厚度为0.8m～1.2m。

5.如权利要求2所述高速铁路湿陷性黄土隧道基础加固构造，其特征是：所述水泥土挤密桩(10)、水泥土夯实层(20)的水泥、黄土配比按重量份为1∶7～1∶10。

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