專利名稱：抗落石沖擊明洞、棚洞洞頂墊層結(jié)構(gòu)及其施工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種抗落石沖擊明洞、棚洞洞頂墊層結(jié)構(gòu)及其施工方法，屬于隧道エ程、地質(zhì)災(zāi)害防治工程領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前國(guó)內(nèi)外隧道進(jìn)出口明洞、棚洞頂部多為素填土墊層，如我國(guó)公路、鉄路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)均推薦采用不小于I. 5m以上的土 墊層以抵抗落石沖擊，實(shí)際工程中應(yīng)用效果欠佳，西部地區(qū)明洞被落石所毀的案例毎年均有數(shù)起發(fā)生。出于抵抗落石沖擊的目的，也有ー些隧道嘗試在頂部回填時(shí)加入土工格柵等加筋材料，但由于落石沖擊是ー種短時(shí)脈沖行為，僅通過加筋提高墊層的抗沖擊能力效果有限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供ー種抗落石沖擊明洞、棚洞洞頂墊層結(jié)構(gòu)，解決了現(xiàn)有明洞、棚洞洞頂用素填土墊層抗沖擊能力不佳，無法抵抗落石沖擊的技術(shù)問題。本發(fā)明還提供ー種上述墊層結(jié)構(gòu)的施工方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是
ー種抗落石沖擊明洞、棚洞洞頂墊層結(jié)構(gòu)，其自下而上依次包括防水層、抗沖擊墊層、粘土隔水層和種植土層，防水層與明洞或棚洞洞頂?shù)墓叭酉噜彛箾_擊墊層是由回填土層和抗沖擊板材間隔鋪設(shè)而成，抗沖擊板材至少設(shè)置ー層，抗沖擊墊層的上下表面均為回填土層。抗沖擊板材為一般的聚苯こ烯土工泡沫板。本發(fā)明在回填土層中增設(shè)聚苯こ烯土工泡沫板(抗沖擊板材)，充分利用該種材料在沖擊作用下的緩沖、變形、消能作用，從而大大延長(zhǎng)沖擊歷時(shí)，也就是說能夠有效降低沖擊力，從而保證了明洞、棚洞結(jié)構(gòu)在落石沖擊荷載作用下的安全，減小墊層厚度，降低墊層自重，從而帶來良好的經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、減災(zāi)效益。作為優(yōu)選，防水層由防水板和土工布組成。進(jìn)ー步優(yōu)選的是，所述的土工布與明洞或棚洞洞頂?shù)墓叭油ㄟ^浙青層粘結(jié)固定。作為優(yōu)選，回填土層厚度為25 30cm。作為優(yōu)選,粘土隔水層厚度為8 10cm。作為優(yōu)選,抗沖擊板材為2 3層,板材厚度為10cnTl5cm。ー種抗落石沖擊明洞、棚洞洞頂墊層結(jié)構(gòu)的施工方法，該方法具體包括如下步驟
1)在隧道明洞或棚洞洞頂上表面鋪設(shè)防水層防水層由防水板和土工布組成，明洞或棚洞洞頂上表面先鋪設(shè)ー層浙青，再鋪設(shè)ー層土工布，土工布通過浙青固定在明洞或棚洞洞頂上表面，土工布上方最后鋪設(shè)防水板；
2)在防水層表面鋪設(shè)第一層回填土利用就地開挖的原土，井清除摻入的有機(jī)雜質(zhì)和過大的顆粒；分層填筑并進(jìn)行夯實(shí)，洞身左右兩側(cè)同步回填，高度差不大于50cm，洞頂以上Im厚度范圍內(nèi)采用人エ夯填，虛鋪厚度不超過200mm，每層壓實(shí)遍數(shù)3 4次，壓實(shí)度不小于90%，第一層填土填筑至拱頂厚度30cm，然后壓實(shí)整平，準(zhǔn)備鋪設(shè)抗沖擊板材；
3)抗沖擊板材的鋪設(shè)鋪設(shè)前依據(jù)明洞頂部寬度、明洞長(zhǎng)度的特點(diǎn)分割制作成長(zhǎng)4. 5飛m，寬2nT3m的板材備用，抗沖擊板材采用人エ滿鋪，形成抗沖擊板材層；
4)“三明治”抗沖擊墊層結(jié)構(gòu)的形成鋪設(shè)抗沖擊板材后，進(jìn)行ー層回填土ー層抗沖擊板材間隔鋪設(shè)，形成“三明治”抗沖擊墊層結(jié)構(gòu)，回填土層每層填筑厚度不超過30cm ；
5)最上一層的回填土層表面依次鋪設(shè)粘土隔水層、種植土層回填土層上的粘土隔水層厚度不小于10cm。
本發(fā)明的施工順序是對(duì)明洞、棚洞洞頂上部進(jìn)行先期處理，做防水層，然后ー層素土(回填土層)、ー層抗沖擊材料分層施工，最上層的種植土層采用素土，以滿足緑化要求。素填土層要求達(dá)到一定的密實(shí)度，抗沖擊板材的鋪設(shè)范圍覆蓋整個(gè)拱頂、拱腰等可能受落石沖擊的范圍。作為優(yōu)選，抗沖擊板材選擇密度為15kg/n廣30kg/m3的聚苯こ烯土工泡沫板材,抗壓強(qiáng)度彡IOOkPa,板材厚度10cnTl5Cm，壓縮強(qiáng)度彡IOOKpa ;尺寸穩(wěn)定性彡3% ;吸水率(V/
V) く 4%。作為優(yōu)選，土工布采用彡350g/m2的無紡?fù)凉げ?，防水板采用I. 2 I. 5mm的ECB防水板。こ烯こ酸こ烯改性浙青共混(ECB)防水板是ー種合成樹脂高分子防水板，是以こ烯こ酸こ烯共聚物為主要原料，加入一定量的改性浙青共混，經(jīng)過ニ段擠出三輥壓延冷卻分卷等エ序制成的一種高檔土工防水防滲材，ECB防水板為現(xiàn)有產(chǎn)品，可購(gòu)得。本發(fā)明的關(guān)鍵技術(shù)為在隧道明洞、棚洞頂部回填土層中加設(shè)數(shù)層的抗沖擊材料，形成一種回填土和抗沖擊材料組成的類似干“三明治”的結(jié)構(gòu)，適用于崩塌落石災(zāi)害威脅地區(qū)的隧道進(jìn)出口工程，應(yīng)用部位為隧洞進(jìn)出口明洞，棚洞結(jié)構(gòu)頂部的緩沖墊層。本發(fā)明的有益效果是與現(xiàn)有技術(shù)相比，成型后墊層自重較同厚度素填土墊層減少20°/Γ40%，墊層自重的減小為抵抗落石沖擊留出了受載空間。增設(shè)的抗沖擊材料為ー種多孔、彈塑性介質(zhì)，在沖擊荷載作用下，可通過彈性、塑性變形吸收沖擊動(dòng)能，延長(zhǎng)整個(gè)沖擊過程的歷時(shí)，可提高墊層抗沖擊能力2倍以上。該材料為エ廠化生產(chǎn)、訂做的板材，可于土層填筑過程中直接鋪設(shè)；運(yùn)輸、鋪設(shè)無需大型機(jī)械設(shè)備，同等厚度回填土墊層相比，由于無需碾壓、夯實(shí)，エ期還略有縮短。盡管增設(shè)了緩沖材料，但考慮土方工程量以及抗沖擊能力增強(qiáng)導(dǎo)致的明洞結(jié)構(gòu)工程量的節(jié)約，綜合造價(jià)可降低59Γ15%。


圖I是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意 圖2是本發(fā)明與普通回填土墊層抗沖擊原理比較圖，A為普通回填土墊層，B為本發(fā)明墊層結(jié)構(gòu)。圖中1、拱圈層，2、防水層，3、回填土層，4、抗沖擊板材，5、粘土隔水層，6、種植土層。
具體實(shí)施例方式下面通過具體實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)ー步的具體說明。
實(shí)施例
如圖I所示的ー種抗落石沖擊明洞、棚洞洞頂墊層結(jié)構(gòu)，其自下而上依次包括防水層2、抗沖擊墊層、粘土隔水層5和種植土層6，防水層2與明洞或棚洞洞頂?shù)墓叭覫相鄰，抗沖擊墊層是由回填土層3和抗沖擊板材4間隔鋪設(shè)而成，抗沖擊墊層的上下表面均為回填土層。防水層2由防水板和土工布組成，所述的土工布與明洞或棚洞洞頂?shù)墓叭油ㄟ^浙青層粘結(jié)固定。本實(shí)施例中的抗沖擊板材為2層，板材厚度為15cm。施工時(shí)，回填土層厚度控制在25 30cm范圍內(nèi)，小于等于30cm比較適宜。粘土 _水層厚度為flOcm。抗沖擊墊層中沖擊板材的鋪設(shè)層數(shù)以抗沖擊能力需要所確定?；靥钔翆雍头N植土層采用素土。
上述抗落石沖擊明洞、棚洞洞頂墊層結(jié)構(gòu)的施工方法，該方法具體包括如下步驟
I)在隧道明洞或棚洞洞頂上表面鋪設(shè)防水層為防止洞內(nèi)滲漏水，在明洞或棚洞洞頂鋪設(shè)防水層，防水層由防水板和土工布組成，明洞或棚洞洞頂上表面先涂ー層熱浙青或乳化浙青。再鋪設(shè)ー層土工布，土工布通過浙青粘結(jié)在明洞或棚洞洞頂上表面，土工布上方最后鋪設(shè)防水板。土工布采用彡350g/m2的無紡?fù)凉げ迹浪宀捎肐. 2^1. 5mm的ECB防水板。防水層用于防止土里的水進(jìn)入隧道里，相當(dāng)于房頂上的防水處理。防水板和土工布兩種材料通過浙青粘在明洞頂。2)在防水層表面鋪設(shè)第一層回填土 利用就地開挖的原土，井清除摻入的有機(jī)雜質(zhì)和過大的顆粒；分層填筑并進(jìn)行夯實(shí)，洞身左右兩側(cè)同步回填，高度差不大于50cm，洞頂以上Im厚度范圍內(nèi)采用人エ夯填，虛鋪厚度不超過200mm，每層壓實(shí)遍數(shù)3 4次，壓實(shí)度不小于90%，第一層填土填筑至拱頂厚度30cm，然后壓實(shí)整平，準(zhǔn)備鋪設(shè)抗沖擊板材；
3)抗沖擊板材的鋪設(shè)鋪設(shè)前依據(jù)明洞頂部寬度、明洞長(zhǎng)度的特點(diǎn)分割制作成長(zhǎng)約5m,寬2nT3m的板材備用，抗沖擊板材采用人エ滿鋪，形成抗沖擊板材層?？箾_擊板材縱向、橫向接頭同一斷面不超過50%為宜，接頭間可用短鋼筋做水平向連接處理，每延米設(shè)I處連接即可，僅起板材鋪設(shè)、后續(xù)填土作業(yè)時(shí)的臨時(shí)固定作用，非傳カ構(gòu)件?？箾_擊板材選擇密度為15kg/m3 30kg/m3的聚苯こ烯土工泡沫板材，抗壓強(qiáng)度彡IOOkPa,板材厚度10cnTl5cm，壓縮強(qiáng)度彡IOOKpa ;尺寸穩(wěn)定性彡3% ;吸水率(V/V)彡4%。4) “三明治”抗沖擊墊層結(jié)構(gòu)的形成鋪設(shè)抗沖擊板材后，進(jìn)行ー層回填土ー層抗沖擊板材間隔鋪設(shè)，形成“三明治”抗沖擊墊層結(jié)構(gòu)，回填土層每層填筑厚度不超過30cm?？箾_擊墊層中沖擊板材的鋪設(shè)層數(shù)以抗沖擊能力需要所確定。最上ー層的回填土層施工同前述各層回填土層要求一致，控制頂標(biāo)高為設(shè)計(jì)標(biāo)高，范圍應(yīng)覆蓋抗沖擊板材，且包邊寬度不小于30cm。5)最上一層的回填土層表面依次鋪設(shè)粘土隔水層、種植土層回填土層上的粘土隔水層厚度不小于10cm，粘土隔水層可按前述壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)控制。粘土隔水層即采用粘土作為鋪筑原料，形成ー層隔水層。本發(fā)明與普通回填土墊層抗沖擊原理比較圖如圖2所示。采用本發(fā)明的墊層結(jié)構(gòu)，抗沖擊板材的存在能夠有效吸收落石沖擊過程中的動(dòng)能，增大沖擊歷時(shí)2倍以上，從而使作用在明、棚洞結(jié)構(gòu)頂部的沖擊カ急劇減小，進(jìn)而提高結(jié)構(gòu)抗落石沖擊能力。成型后的結(jié)構(gòu)自重比同厚度的素填土墊層減少2(Γ40%，結(jié)構(gòu)自重的減小，為抵抗落石沖擊留出了更多的承受荷載空間。以上兩個(gè)方面的效應(yīng)可以提高墊層結(jié)構(gòu)抗落石沖擊能力2倍以上。以上所 述的實(shí)施例只是本發(fā)明的一種較佳的方案，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，在不超出權(quán)利要求所記載的技術(shù)方案的前提下還有其它的變體及改型。
權(quán)利要求
1.ー種抗落石沖擊明洞、棚洞洞頂墊層結(jié)構(gòu)，其特征在于其自下而上依次包括防水層(2)、抗沖擊墊層、粘土隔水層(5)和種植土層(6)，防水層與明洞或棚洞洞頂?shù)墓叭?I)相鄰，抗沖擊墊層是由回填土層(3)和抗沖擊板材(4)間隔鋪設(shè)而成，抗沖擊板材至少設(shè)置ー層，抗沖擊墊層的上下表面均為回填土層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的抗落石沖擊明洞、棚洞洞頂墊層結(jié)構(gòu)，其特征在于防水層由防水板和土工布組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的抗落石沖擊明洞、棚洞洞頂墊層結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的土エ布與明洞或棚洞洞頂?shù)墓叭油ㄟ^浙青層粘結(jié)固定。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述的抗落石沖擊明洞、棚洞洞頂墊層結(jié)構(gòu)，其特征在于回填土層厚度為25 30cm。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述的抗落石沖擊明洞、棚洞洞頂墊層結(jié)構(gòu)，其特征在于粘土隔水層厚度為flOcm。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述的抗落石沖擊明洞、棚洞洞頂墊層結(jié)構(gòu)，其特征在于抗沖擊板材為2 3層,板材厚度為10cnTl5cm。
7.ー種抗落石沖擊明洞、棚洞洞頂墊層結(jié)構(gòu)的施工方法，其特征在于該方法具體包括如下步驟 1)在隧道明洞或棚洞洞頂上表面鋪設(shè)防水層防水層由防水板和土工布組成，明洞或棚洞洞頂上表面先鋪設(shè)ー層浙青，再鋪設(shè)ー層土工布，土工布通過浙青固定在明洞或棚洞洞頂上表面，土工布上方最后鋪設(shè)防水板； 2)在防水層表面鋪設(shè)第一層回填土利用就地開挖的原土，井清除摻入的有機(jī)雜質(zhì)和過大的顆粒；分層填筑并進(jìn)行夯實(shí)，洞身左右兩側(cè)同步回填，高度差不大于50cm，洞頂以上Im厚度范圍內(nèi)采用人エ夯填，虛鋪厚度不超過200mm，每層壓實(shí)遍數(shù)3 4次，壓實(shí)度不小于90%，第一層填土填筑至拱頂厚度30cm，然后壓實(shí)整平，準(zhǔn)備鋪設(shè)抗沖擊板材； 3)抗沖擊板材的鋪設(shè)鋪設(shè)前依據(jù)明洞頂部寬度、明洞長(zhǎng)度的特點(diǎn)分割制作成長(zhǎng)4.5飛m，寬2nT3m的板材備用，抗沖擊板材采用人エ滿鋪，形成抗沖擊板材層； 4)“三明治”抗沖擊墊層結(jié)構(gòu)的形成鋪設(shè)抗沖擊板材后，進(jìn)行ー層回填土ー層抗沖擊板材間隔鋪設(shè)，形成“三明治”抗沖擊墊層結(jié)構(gòu)，回填土層每層填筑厚度不超過30cm ； 5)最上一層的回填土層表面依次鋪設(shè)粘土隔水層、種植土層回填土層上的粘土隔水層厚度不小于10cm。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的施工方法，其特征在于抗沖擊板材選擇密度為15kg/m，30kg/m3的聚苯こ烯土工泡沫板材,抗壓強(qiáng)度彡IOOkPa,板材厚度10cnTl5cm,壓縮強(qiáng)度彡IOOKpa ;尺寸穩(wěn)定性彡3% ;吸水率(V/V)彡4%。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的施工方法，其特征在于土工布采用>350g/m2的無紡?fù)凉げ?，防水板采用I. 2^1. 5mm的ECB防水板。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種抗落石沖擊明洞、棚洞洞頂墊層結(jié)構(gòu)及其施工方法，屬于隧道工程、地質(zhì)災(zāi)害防治工程領(lǐng)域。一種抗落石沖擊明洞、棚洞洞頂墊層結(jié)構(gòu)，其自下而上依次包括防水層、抗沖擊墊層、粘土隔水層和種植土層，防水層與明洞或棚洞洞頂?shù)墓叭酉噜?，抗沖擊墊層是由回填土層和抗沖擊板材間隔鋪設(shè)而成，抗沖擊板材至少設(shè)置一層，抗沖擊墊層的上下表面均為回填土層。抗沖擊板材為一般的聚苯乙烯土工泡沫板。本發(fā)明在回填土層中增設(shè)聚苯乙烯土工泡沫板(抗沖擊板材)，充分利用該種材料在沖擊作用下的緩沖、變形、消能作用，從而大大延長(zhǎng)沖擊歷時(shí)，也就是說能夠有效降低沖擊力，從而保證了明洞、棚洞結(jié)構(gòu)在落石沖擊荷載作用下的安全。
文檔編號(hào)E02D31/02GK102677703SQ20111037480
公開日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2011年11月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月23日
發(fā)明者葉四橋, 王志義, 鄒善榮, 陳祥義 申請(qǐng)人:葉四橋, 浙江大地交通工程有限公司