CN211080254U - 增加既有高填方隧道回填高度的结构 - Google Patents

Abstract

一种增加既有高填方隧道回填高度的结构，包括既有隧道、原始回填土体、原始回填顶面、既有隧道回填影响范围线及其现状地面边坡；沿既有隧道纵向原始回填顶面设置梯形基坑，梯形基坑的左、右两侧大致位于既有隧道回填影响范围线，梯形基坑内二次回填有第一轻型泡沫混凝土层，第一轻型泡沫混凝土层上面覆设有第二轻型泡沫混凝土层，第二轻型泡沫混凝土层的左右两侧与现状地面边坡之间设有二次回填土石结构。它解决目前增加既有高填方隧道回填高度方式中，二次回填影响隧道结构安全、减载措施结构荷载受力不明确、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。本实用新型不会引起隧道结构受荷下沉；受力明确,安全可靠；保证既有隧道的正常使用。

Description

增加既有高填方隧道回填高度的结构

技术领域

本实用新型属于隧道工程及地下工程技术领域，具体地说是一种增加既有高填方隧道回填高度的结构。

背景技术

有关增加既有高填方隧道回填高度的研究，主要有三种方式：一是采用自重较轻的轻型材料作为回填材料以增加回填高度；二是通过在隧道一定范围内铺设压缩性远大于填土的柔性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，进而增加填土高度；三是采用固化法通过对洞室周围土体进行加固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。

以上研究多是以室内模型试验为背景，得出半经验公式，具有一定的局限性。对既有高填方隧道回填存在以下问题：

1、既有高填方隧道自身已经承受较大荷载，无论何种方式增加回填高度都会对其造成二次加载，考虑到施工质量、运营期病害等多种不利因素，都会对既有隧道结构安全造成较大风险。

2、采用轻型材料作为回填目前多用于一次回填，作为二次回填材料研究的并未多见，且选用何种回填材料仍需进一步讨论。

3、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；其次是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。

4、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，该方法对既有高填方隧道实施起来困难较大，需要对运营隧道本体周边土体进行加固，影响运营，可操作性差；同时对固化范围难以精确确定，其能够有效减载作用在洞室顶部荷载量的多少难以计算。

实用新型内容

为了克服上述现有技术中存在的问题，本实用新型的目的是提供一种能够在工程实际应用、不对既有隧道增加任何荷载、安全可靠、保证既有隧道的正常使用的增加既有高填方隧道回填高度的结构。本实用新型主要解决目前增加既有高填方隧道回填高度方式中，二次回填影响隧道结构安全、减载措施结构荷载受力不明确、减载材料耐久性不能满足要求以及工程可实施性差等技术难题。

本实用新型实现上述目的所采用的技术原理如下：采用应力补偿原理，利用轻型泡沫混凝土容重小、流动性好的工程特性，用其置换部分下挖土方荷载，来达到回填后不增加既有明洞洞顶荷载的目的；示意如图5所示。

根据应力补偿原理，下挖土方荷载等于回填总荷载，公式如下：

γ₁×h＝γ₂×(h+D)+γ₃×d

式中：γ₁-既有回填土容重，KN/m³；

γ₂-回填轻型泡沫混凝土容重，KN/m³；

γ₃-回填顶盖材料容重，KN/m³；

h-下挖既有填土高度(等于原始回填顶面高程H2-梯形基坑底高程H1)， m；

D-既有回填高程以上轻型泡沫混凝土的高度，m；

d-回填顶盖厚度，m；

二次回填总高度为h+D+d(等于最终回填顶高程H3-梯形基坑底高程H1)；二次回填增加高度为D+d(等于最终回填顶高程H3-原始回填顶面高程H2)。由于轻型泡沫混凝土容重小，其容重范围为4～13KN/m³，故可根据实际回填高度要求，按照上式确定相应的下挖深度及采用何种容重的轻型泡沫混凝土。

本实用新型实现上述目的所采用的技术方案如下：一种增加既有高填方隧道回填高度的结构，包括既有隧道、原始回填土体、原始回填顶面、既有隧道回填影响范围线及其现状地面边坡；其特征在于：沿既有隧道纵向原始回填顶面设置梯形基坑，梯形基坑的左、右两侧大致位于既有隧道回填影响范围线，梯形基坑内二次回填有第一轻型泡沫混凝土层，第一轻型泡沫混凝土层上面覆设有第二轻型泡沫混凝土层，第二轻型泡沫混凝土层的左右两侧与现状地面边坡之间设有二次回填土石结构。

二次回填土石结构的顶部与第二轻型泡沫混凝土层的顶部相平齐；第二轻型泡沫混凝土层的左右两侧宽于第一轻型泡沫混凝土层的左右两侧、覆盖于原始回填顶面上面。

为加强隧道防水功能，第二轻型泡沫混凝土层的表面铺设有防水隔离层，也就是第二轻型泡沫混凝土层的顶部和两侧铺设有防水隔离层，防水隔离层包括位于下面的土工布，土工布上面设有防水板；左右两侧二次回填土石结构的顶面铺设有粘土隔水层。

为了保护防水隔离层及其轻型泡沫混凝土，防水隔离层上面设有钢筋混凝土顶盖，钢筋混凝土顶盖一般采用不小于30cm厚的C30钢筋混凝土板。钢筋混凝土顶盖表面设置一定的排水坡度，疏排顶部积水或流水。

本实用新型主要用于已有高填方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。本实用新型采用轻型泡沫混凝土进行高填方隧道明洞二次回填，受力形式明确，按照应力补偿原理不增加既有隧道荷载，在满足回填高度要求的同时，保护既有隧道结构安全。

本实用新型有益效果主要是：

1、不对既有隧道增加任何荷载；不会引起隧道结构受荷下沉；

2、轻型泡沫混凝土回填结构受力明确,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、根据应力补偿原理，可调整下挖既有回填深度以满足不同高度回填要求；

5、轻型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是下挖梯形基坑断面结构示意图；

图2是回填了轻型泡沫混凝土的示意图；

图3是制作了防水隔离层及钢筋混凝土顶盖的示意图；

图4是本实用新型的结构示意图；

图5为轻型泡沫混凝土应力补偿示意图。

图中：1—既有隧道，2—基坑开挖边坡控制线，3—原始回填土体，4—原始回填顶面，5—原始开挖线，6—既有隧道最大跨位置，7—既有隧道回填影响范围线，8—梯形基坑，9—现状地面边坡，10—第一轻型泡沫混凝土层，11—第二轻型泡沫混凝土层，12—防水隔离层，13—钢筋混凝土顶盖，14—二次回填土石结构，15—粘土隔水层，i—排水坡度，d—顶盖厚度，h—梯形基坑深度，即下挖既有填土高度，D—轻型泡沫混凝土的高度，H1—梯形基坑底高程，H2 —原始回填顶面高程，H3—最终回填顶高程。

具体实施方式

参见图1：既有高填方隧道1的底部左、右两侧向上延伸至原始回填顶面4 是原始开挖线5，原始回填顶面4与原始开挖线5对接的位置向上延伸为现状地面边坡9，在既有隧道最大跨位置6左、右两侧向上延伸至原始回填顶面4 是既有隧道回填影响范围线7。

如图4所示：本实用新型即一种增加既有高填方隧道回填高度的结构，包括既有隧道1、原始回填土体3、原始回填顶面4、既有隧道回填影响范围线7 及其现状地面边坡9；沿既有隧道1纵向原始回填顶面4设置梯形基坑8，梯形基坑8的左、右两侧大致位于既有隧道回填影响范围线7，梯形基坑8内二次回填有第一轻型泡沫混凝土层10，第一轻型泡沫混凝土层10上面覆设有第二轻型泡沫混凝土层11，第二轻型泡沫混凝土层11的左右两侧与现状地面边坡9 之间设有二次回填土石结构14。

二次回填土石结构14的顶部与第二轻型泡沫混凝土层11的顶部相平齐；第二轻型泡沫混凝土层11的左右两侧宽于第一轻型泡沫混凝土层10的左右两侧、覆盖于原始回填顶面4上面。

作为本实用新型的完善；为加强既有隧道防水功能，第二轻型泡沫混凝土层11的表面铺设有防水隔离层12，即在第二轻型泡沫混凝土层11的顶部和左右两侧铺设有防水隔离层12；防水隔离层12包括位于下面的土工布，土工布上面设有防水板；在左、右两侧二次回填土石结构14的顶面铺设有粘土隔水层15。

作为本实用新型的进一步完善；为了保护防水隔离层12及其下面的轻型泡沫混凝土层，防水隔离层12上面设有钢筋混凝土顶盖13；钢筋混凝土顶盖 13一般采用不小于30cm厚的C30钢筋混凝土板。钢筋混凝土顶盖13表面设置向一侧倾斜的排水坡度i，排水坡度i用于疏排顶部积水或流水。钢筋混凝土顶盖13表面与粘土隔水层15表面大致平齐。

本实用新型的实现方法；可按照下述步骤进行：

(1)、开挖既有回填土体基坑：参见图1；从原始回填顶面4向下、沿基坑开挖边坡控制线2下挖原始回填土体3，开挖出梯形基坑8，基坑开挖边坡控制线2为既有隧道回填影响范围线7的上段；既有隧道回填影响范围线7为既有隧道最大跨位置6向上1:1坡率线；梯形基坑深度h根据应力补偿原理计算得到；梯形基坑8两侧开挖边坡坡率大于1:1.5；

(2)、浇筑轻型泡沫混凝土：参见图2；从开挖好的梯形基坑8地面依次向上分块、分层回填泡沫混凝土制作第一轻型泡沫混凝土层10至梯形基坑深度h与第二轻型泡沫混凝土层11至轻型泡沫混凝土的高度D，第一轻型泡沫混凝土层顶面与原始回填顶面4平齐，第二轻型泡沫混凝土层11的左右两侧按 1:1坡度制作；第二轻型泡沫混凝土层11表面设置向一侧倾斜的坡度i(本实施例的坡度i为向左侧倾斜)；

(3)、制作防水隔离层及钢筋混凝土顶盖：参见图3；第二轻型泡沫混凝土层11的顶面及左、右两侧铺设防水隔离层12，先在下部铺设一层土工布、再在土工布上面铺设一层防水板，防水隔离层自第二轻型泡沫混凝土回填坡脚向现状地面伸出至少1.5m；在防水板的上面施做钢筋混凝土顶盖13；

(4)、回填土石与铺设粘土隔水层：参见图4；采用对称分层碾压回填的方式，利用普通土石将第二轻型泡沫混凝土层11左、右两侧与现状地面边坡9 之间，进行二次回填，制作回填土石结构14；并在回填土石结构14的顶面设置粘土隔水层15；

(5)、最终在钢筋混凝土顶盖13设置向一侧倾斜的坡度i进行排水。

Claims (8)

1.一种增加既有高填方隧道回填高度的结构，包括既有隧道、原始回填土体、原始回填顶面、既有隧道回填影响范围线及其现状地面边坡；其特征在于：沿既有隧道(1)纵向原始回填顶面(4)设置梯形基坑(8)，梯形基坑(8)的左、右两侧大致位于既有隧道回填影响范围线(7)，梯形基坑(8)内二次回填有第一轻型泡沫混凝土层(10)，第一轻型泡沫混凝土层(10)上面覆设有第二轻型泡沫混凝土层(11)，第二轻型泡沫混凝土层(11)的左右两侧与现状地面边坡(9)之间设有二次回填土石结构(14)。

2.如权利要求1所述的一种增加既有高填方隧道回填高度的结构，其特征在于：二次回填土石结构(14)的顶部与第二轻型泡沫混凝土层(11)的顶部相平齐；第二轻型泡沫混凝土层(11)的左右两侧宽于第一轻型泡沫混凝土层(10)的左右两侧、覆盖于原始回填顶面(4)上面。

3.如权利要求2所述的一种增加既有高填方隧道回填高度的结构，其特征在于：第二轻型泡沫混凝土层(11)的表面铺设有防水隔离层(12)。

4.如权利要求3所述的一种增加既有高填方隧道回填高度的结构，其特征在于：防水隔离层(12)包括位于下面的土工布，土工布上面设有防水板。

5.如权利要求4所述的一种增加既有高填方隧道回填高度的结构，其特征在于：防水隔离层(12)上面设有钢筋混凝土顶盖(13)。

6.如权利要求5所述的一种增加既有高填方隧道回填高度的结构，其特征在于：钢筋混凝土顶盖(13)采用不小于30cm厚的C30钢筋混凝土板；钢筋混凝土顶盖(13)表面设置向一侧倾斜的排水坡度i。

7.如权利要求6所述的一种增加既有高填方隧道回填高度的结构，其特征在于：二次回填土石结构(14)的顶面铺设有粘土隔水层(15)。

8.如权利要求7所述的一种增加既有高填方隧道回填高度的结构，其特征在于：钢筋混凝土顶盖(13)表面与粘土隔水层(15)表面大致平齐。

Images