一种基于大型岩溶顶板的隧道底部回填路基沉降预压方法与流程

本发明属于地基施工领域，具体涉及一种基于大型岩溶顶板的隧道底部回填体预压方法。

背景技术：

随着地基处理技术的发展，应对沉降变形的施工方式呈现多样化。其中，堆载预压法具有施工简单，材料易取等特点。现有的施工技术包括传统的堆载预压、分级堆载预压以及真空预压。随着铁路建设里程增加，铁路隧道数量也不断增加，穿越可溶性岩体的隧道越来越多，特别是在中国西南地区修建的隧道，经常揭露大型溶洞，对于高位穿越隧道，路基回填处理是较为简单经济的处理方法。路基回填施工后，路基回填面临较大工后沉降，需要在施工期加速沉降，以便运营期隧道沉降稳定。采用堆载预压是回填路基常用的沉降处理措施，但由于隧道内空间的局限性，传统的堆载预压及分级堆载预压实施起来效果有限，往往不能达到需求的预压值，且堆卸载实施起来比较困难。真空预压等其他方法也不易实施。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种顶板稳定隧道的地基预压方式，使其不仅能在有限的空间内准确达到预压荷载设计值，而且能依据现场需求提供多种预压加载形式，实现精准、高效、多样加载。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于大型岩溶顶板的隧道底部回填路基沉降预压方法，在隧道路基板上布置成排钢管立柱，在每个所述的钢管立柱内灌注细砂，在所述钢管立柱顶部安装千斤顶，所述的千斤顶以溶洞顶板为稳定支撑获得预压反力，对路基板下回填路基进行预压加载，最终达到路基沉降加速完成及隧道运行后沉降稳定的目的。

进一步的，所有的千斤顶统由一个控制系统进行控制，既可以同时加载，又可以分步、分级加载；既可以等压力加载，也可以不等压力加载。

进一步的，所述的不等压加载方式：将预压加载与沉降数据结合，沉降小的地方采用大加载压力，沉降大的地方采用小压力加载；做到按需预压，从而调节路基板的不均匀沉降，使路基板整体沉降满足使用要求，各部分沉降变化为相同结果。

进一步的，所述的分步、分级加载的方式，根据隧道设计核算出隧道初支、二衬仰拱、二衬拱墙、轨道板的荷载，按照施工工序分级加载，相当于完全模拟隧道施工过程中沉降，有助于提前发现不可预测的沉降等技术问题；同时可以依据隧道设计计算出隧道内设备总重、列车满载时总重，利用预压系统分阶段进行加载，模拟隧道运营过程中的沉降状况，有助于提前发现隧道通车后可能产生的沉降问题。

进一步的，在隧道内，每2m×2m范围内布置一个钢管立柱；放线布点以后，在路基板上安装立柱底盘作为预压载荷板，在所述的预压载荷板上固定安装钢管立柱。

进一步的，所述的钢管立柱包括多段，其中各段钢管立柱通过接头连接。

进一步的，在所述的钢管立柱上端设置灌砂口，下端设置排砂口；预压系统连接完成后，从灌砂口向钢管立柱内灌注细砂，以增强立柱稳定性，提升立柱整体刚度，方便千斤顶预压，同时细砂可作为预压荷载的一部分；预压后打开排砂口放出细砂，可方便回收钢管。

进一步的，在所述的千斤顶上加装作动器，从而实现振动预压，模拟高速列车振动荷载对地基的扰动沉降。

进一步的，所述千斤顶的预压条件为：大型溶洞在长期发育过程中形成了稳定顶板或在施工过程中形成人工稳定顶板；路基回填到一定高度后，回填体与溶洞顶板之间距离应适宜。

进一步的，所述的千斤顶与隧道顶板之间加装垫块，并将垫块固定。

进一步的，具体的施工方法如下：

第一步，在已经固化后路基板上放线布点，初步确定钢管立柱安放位置；

第二步，安装钢管立柱底盘，即预压载荷板，固定钢立柱；

第三步，安装钢管立柱，立柱刚度不够时需要接长立柱；

第四步，利用升降机在钢管立柱顶部安装千斤顶，连接千斤顶与钢立柱，千斤顶与隧道顶板间加装垫板，固定垫板；

第五步，向钢管立柱内灌注细砂，千斤顶先进行一次预加载，消除施工间隙，核查钢管砂立柱、千斤顶和垫块稳定性，准备预压。

第六步，利用千斤顶加载程序控制预压荷载和预压沉降速度，逐步达到预压设计荷载，同步测量预压沉降，反馈预压效果并注意整体沉降稳定性。

第七步，预压到位后，保持预压荷载数日，根据预压效果逐步解放千斤顶，拆除垫板、千斤顶，放出立柱细砂，回收钢管立柱，完成预压。

本发明的有益效果如下：

(1)本发明提出了一种新型的顶板稳定隧道内的地基预压技术，能在顶板稳定的隧道内完成对地基的加载作用，达到预压加固、稳定沉降的目的。

(2)本发明提出了一种顶板稳定隧道内精准预压的加载方式，精确控制预压荷载大小，控制精度可达到1kn，可有效减少施工误差。

(3)本发明可以在隧道内空间有限的前提下，对地基施加约100t/m²的堆载作用。若用普通洞砟或弃土堆载，则需要50m高度堆载，从而节省了堆载用料，大大提升了预压效果。

(4)本发明可实现非均布预压加载，如此可以与沉降数据结合，真正实现按需预压，使整体沉降变化为相同结果，实现整体沉降稳定。

(5)本发明在千斤顶上加装作动器后，可实现振动预压，模拟高速列车振动荷载对地基的扰动沉降。

(6)本发明可依据堆载需求实现分阶段预压，施加计算得出的相应荷载值。第一阶段可以先施加和隧道衬砌结构相等大小的荷载，模拟隧道衬砌封顶时的状况；第二阶段可以再施加与隧道内固定设施、设备相等大小的荷载，模拟隧道完工后的状况；第三阶段可以再施加与列车满载相等大小的荷载，模拟隧道通车时的状况。并通过分阶段预压后的沉降结果绘制沉降变化曲线，以此预测沉降发展趋势和最终沉降量。

(7)可以实现不等压力加载，可调节路基板的不均匀沉降，达到路基板整体沉降满足使用要求。

(8)本发明所采用的钢管及千斤顶等构件在一次使用之后，可以回收用以二次利用，从而节约成本。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为整体方案结构图；

图2为构件连接示意图；

图3为预压剖面图；

图中：1—稳定顶板，2—垫块，3—千斤顶，4—钢管立柱，5—预压载荷板，6—路基板，7—掺水泥的级配碎石层，8—回填体，10—细砂，11—灌砂口，12—排砂口，13—钢管立柱接头。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在不足，由于大型溶洞在长期发育过程中逐渐形成稳定顶板或在施工过程中形成人工稳定顶板，路基回填到一定高度后，可以利用溶洞顶板作为预压反力的支撑点，为回填地基提供预压反力，提高预压沉降效果。为此，本发明提出一种基于大型岩溶顶板的隧道底部回填路基沉降预压技术，在隧道结构初支和二衬封顶前，通过钢管立柱、千斤顶等构件建立预压系统，钢管立柱布置在回填体表层路基混凝土板上，其上安装千斤顶，千斤顶支撑在溶洞顶板上，通过千斤顶加载获得预压反力，为增加钢管立柱稳定性，在钢管内充填细砂，由此对溶洞内回填地基进行预压加固，加速沉降。

本发明针对穿越大型岩溶空间的路基回填型隧道，提出充分利用岩溶顶板的稳定性，在隧道路基板上布置成排钢管立柱，在立柱顶部安装千斤顶等构件，以溶洞顶板为稳定支撑获得预压反力，对路基板下回填路基进行预压加载，最终达到路基沉降加速完成，隧道运行后沉降稳定的目的。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1-3所示，本发明提出了一种新型基于大型岩溶顶板的隧道底部回填路基沉降预压方法，在隧道结构初支和二衬封顶前，充分利用岩溶顶板1的稳定性，通过钢管立柱4、千斤顶3等构件建立预压系统，以溶洞顶板为稳定支撑获得预压反力，对路基板下回填路基进行预压加载，最终达到路基沉降加速完成及隧道运行后沉降稳定的目的。

利用岩溶顶板为支撑获得预压反力的预压结构连接方式；即每2m×2m范围内布置一个钢管立柱4；放线布点以后，在路基板6上安装立柱底盘作为预压载荷板5，固定钢管立柱4，其中各段钢管立柱通过钢管立柱接头13连接，立柱上端设置灌砂口11，下端设置排砂口12；在立柱上端连接千斤顶3，连接方式为螺栓连接；千斤顶与隧道顶板之间加装垫块2，并将垫块2固定；从灌砂口11向钢管立柱内灌注细砂10以提高立柱承载力和稳定性；将千斤顶统一编程控制，使其既可以同时均布加载，又可以分步加载；连接完成后千斤顶先进行一次预加载，消除施工间隙，具体连接方式如图2所示。

本发明提出的预压系统的预压条件，即大型溶洞在长期发育过程中形成了稳定顶板或在施工过程中形成人工稳定顶板；路基回填到一定高度后，回填体与溶洞顶板之间距离应适宜，一般不超过15m。

所述预压系统通过向钢管立柱内灌注细砂以及调节千斤顶施加荷载。可以精确控制预压荷载大小，控制精度可达到1kn。每一个钢管立柱联合千斤顶可产生200～400t的作用力，如此可对地基施加约50～100t/m²的堆载作用。若用普通洞砟或弃土堆载，假设容重20kn/m³，则需要25～50m高度的堆载，这在实际工程中是无法实现的。

本发明提出的反力预压非均布不等压力的加载方式。预压系统中千斤顶可以统一控制，也可以单独控制，可以实现各个千斤顶不同压力加载。将预压加载与沉降数据结合，沉降小的地方采用更大的加载压力，做到按需预压，控制精度可达到1kn，从而调节路基板的不均匀沉降，使路基板整体沉降满足使用要求，各部分沉降变化为相同结果。

本发明提出的反力预压分级预压的加载方式，根据隧道设计核算出隧道初支、二衬仰拱、二衬拱墙、轨道板等荷载，按照施工工序分级加载，相当于完全模拟隧道施工过程中沉降，有助于提前发现不可预测的沉降等技术问题。同时可以依据隧道设计计算出隧道内设备总重、列车满载时总重等，利用预压系统分阶段进行加载，模拟隧道运营过程中的沉降状况，有助于提前发现隧道通车后可能产生的沉降问题。

本发明中千斤顶上可加装作动器，从而实现振动预压，模拟高速列车振动荷载对地基的扰动沉降。如此在工程现场即可实现高速列车振动影响模拟，可以获得大量试验研究成果，辅助实验室研究，同时有助于提前发现不可预测的沉降等技术问题。

具体的施工方法如下：

第一步，在已经固化后路基板上放线布点，初步确定钢管立柱安放位置；

第二步，安装钢管立柱底盘，即预压载荷板，固定钢立柱；

第三步，安装钢管立柱，立柱刚度不够时需要接长立柱；

第四步，利用升降机在钢管立柱顶部安装千斤顶，连接千斤顶与钢立柱，千斤顶与隧道顶板间加装垫板，固定垫板；

第五步，向钢管立柱内灌注细砂，千斤顶先进行一次预加载，消除施工间隙，核查钢管砂立柱、千斤顶和垫块稳定性，准备预压。

第六步，利用千斤顶加载程序控制预压荷载和预压沉降速度，逐步达到预压设计荷载，同步测量预压沉降，反馈预压效果并注意整体沉降稳定性。

第七步，预压到位后，保持预压荷载数日，根据预压效果逐步解放千斤顶，拆除垫板、千斤顶，放出立柱细砂，回收钢管立柱，完成预压。

本发明的主要技术特点有：在隧道结构初支和二衬封顶前，通过钢管立柱、千斤顶等构件建立预压系统，钢管立柱布置在回填体表层路基混凝土板上，其上安装千斤顶，千斤顶支撑在溶洞顶板上，通过千斤顶加载获得预压反力，为增加钢管立柱稳定性，在钢管内充填细砂，由此对溶洞内回填地基进行预压加固，加速沉降。本技术利用隧道稳定顶板为地基预压施加反力，通过安装钢管立柱连接千斤顶等构件实现顶板对于地基的反力作用，通过调节千斤顶改变预压荷载大小，通过建立预压系统实现非均布预压、分阶段预压等加载方式。

本发明产生的效果如下：

本发明能在顶板稳定的隧道内完成对地基的加载作用，达到预压加固、稳定沉降的目的。

本发明提出的顶板稳定隧道内精准预压的加载方式，精确控制预压荷载大小，控制精度可达到1kn，可有效减少施工误差。

本发明可以在隧道内空间有限的前提下，对地基施加约100t/m²的堆载作用。若用普通洞砟或弃土堆载，则需要50m高度堆载，从而节省了堆载用料，大大提升了预压效果。

本发明可实现非均布预压加载，如此可以与沉降数据结合，真正实现按需预压，使整体沉降变化为相同结果，实现整体沉降稳定。

本发明在千斤顶上加装作动器后，可实现振动预压，模拟高速列车振动荷载对地基的扰动沉降。

本发明可依据堆载需求实现分阶段预压，施加计算得出的相应荷载值。第一阶段可以先施加和隧道衬砌结构相等大小的荷载，模拟隧道衬砌封顶时的状况；第二阶段可以再施加与隧道内固定设施、设备相等大小的荷载，模拟隧道完工后的状况；第三阶段可以再施加与列车满载相等大小的荷载，模拟隧道通车时的状况。并通过分阶段预压后的沉降结果绘制沉降变化曲线，以此预测沉降发展趋势和最终沉降量。

可以实现不等压力加载，可调节路基板的不均匀沉降，达到路基板整体沉降满足使用要求。

本发明所采用的钢管及千斤顶等构件在一次使用之后，可以回收用以二次利用，从而节约成本。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。