[发明专利]增加既有高填方隧道回填高度的结构与方法

说明书

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。本发明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。

技术领域

本发明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；本发明还提供增加既有高填方隧道回填高度的方法。

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。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的问题，本发明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；本发明的另一目的是提供一种增加既有高填方隧道回填高度的方法。本发明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。

本发明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；