CN101260806A - 前置式洞口工法 - Google Patents

Abstract

前置式洞口工法是公路隧道进洞的一种新型施工方法。公开技术是，明洞暗做法，采取保护山坡自然进洞的方法进行隧道洞口施工，在洞外不开挖山脚土体的情况下，采用拉槽施工的方法先修建临时明洞衬砌，然后在临时明洞衬砌暗挖明洞核心土，采用冲击破碎开挖进洞。这样既可保全洞口山坡及原生植被免遭破坏，减小洞口仰坡防护工程，也可缩短边仰坡的暴露时间，提高其稳定性。本发明特点主要有：(1)施工中尽量不切坡进洞，有效的保护隧道洞口自然生态环境；(2)利用洞外临时衬砌和边、仰坡临时防护及临时衬砌外回填反压，保证隧道洞口边、仰坡的稳定；(3)保留了左右洞间的原生岩土体，保证仰坡的稳定和保护该部原生植被。

Description

前置式洞口工法

一、技术领域

本发明涉及公路遂道洞口施工方法，尤其是一种前置式洞口工法。

二、背景技术

传统洞口施工方法是在洞口大挖大刷，先开挖出施工所需要的工作场地，然后进行暗洞施工。该方法的主要施工步序为：

第一步：修筑截水沟、洞口边仰坡开挖。

第二步：洞口边仰坡防护。

第三步：暗洞施工。

第四步：明洞衬砌施作。

第五步：明洞防排水系统施作。

第六步：洞顶反压回填。

第七步：洞顶绿化。

由此可见，洞口开挖至洞顶反压回填所需的时间较长，边仰坡的稳定要求较高，因此边坡的坡率一般较缓，支护参数较强。另外，隧道进洞时，为了保证仰坡的稳定，洞口顶部覆土要求越高越好，因此仰坡高度一般不会低于3m，由此造成仰坡大面积开挖，增加了开挖和支护工作量，并且破坏了大面积的自然植被；另外，由于仰坡大范围的切坡，破坏了山体的自然稳定状态，施工不慎容易产生洞口失稳，诱发山体滑坡，造成大量不必要的人力、物力损失，延误工期。

三、发明内容

本发明的目的是为了实现“自然生态系统良性循环，维护国家生态环境安全，确保国民经济和社会的可持续发展”的战略目标，不仅要求公路能够方便、迅达、安全、舒适、清洁，更注重公路的美观、公路与周围生态环境的和谐，以及公路建设引起的生态可持续性发展。

本发明采用自然进洞的方法进行隧道洞口施工，在洞外不开挖山脚土体的情况下，通过开槽施工的方法先修建临时明洞，然后反压回填，稳定边仰坡，再在临时明洞内开挖施工，采用冲击破碎等机械开挖法进洞，达到保护山坡的目的。这样既可保全洞口山坡及原生植被免遭破坏，减小洞口仰坡防护工程，也是保证仰坡稳定较为理想的方法。这种隧道洞口施工方法称为“前置式洞口工法”，其真正地实现“早进晚出”的设计施工理念。前置式洞口工法的应用可使洞口施工更加规范化、标准化，能较好地解决长期以来传统洞口施工方法造成的各种边仰坡病害。

本发明所采用技术方案，其施工步序为：

第一步：修筑截水沟、清表、修整仰坡浮土，该处仰坡厚度高度控制在0～5m，因开挖工作量较小，采用人工开挖即可；

第二步：前置式洞口段临时衬砌及管棚套拱两侧施工槽开挖；

第三步：前置式洞口段临时衬砌及管棚套拱两侧施工槽边仰坡防护；

第四步：按设计施工管棚套拱，钢拱架架立就位后，浇注套拱；若无超前大管棚，直接进行下一步；

第五步：超前大管棚或超前小导管预支护施工，若无超前预支护，直接进行下一步；

第六步：前置式洞口临时衬砌基础施工，在型钢拱脚部先浇注基础混凝土稳定拱架基脚，浇筑高度控制在5m以内；

第七步：前置式洞口临时衬砌施工，首先架立型钢拱架，并采用连接钢筋焊接牢靠；

第八步：洞顶回填反压，以保证临时衬砌和边仰坡的稳定，临时衬砌最大回填高度控制在3m内；

第九步：前置式洞口段临时衬砌内部洞口明洞段岩土体上台阶暗挖；

第十步：前置式洞口段临时衬砌内部洞口明洞段岩土体下台阶暗挖；

第十一步：前置式洞口段仰拱、仰拱回填以及矮边墙施工；

第十二步：前置式洞口明洞段防水层及排水管施工；

第十三步：明洞衬砌施工；

第十四步：洞顶绿化恢复。

本发明的特点主要有：(1)施工中尽量不切坡进洞，有效的保护隧道洞口自然生态环境；(2)利用洞外临时衬砌和边、仰坡临时防护及临时衬砌外回填反压，保证隧道洞口边、仰坡的稳定；(3)保留了左右洞间的原生岩土体，保证仰坡的稳定和保护该部原生植被。

四、具体实施方式

下面结合一个实施例子进一步说明本发明。

第一步：修筑截水沟、清表、修整仰坡浮土。采用人工开挖，将仰坡高度60cm范围内的浮土清除；

第二步：前置式洞口段临时衬砌及管棚套拱两侧施工槽开挖。槽口底端开挖宽度为1.0m，边坡开挖坡率为1∶0.2，仰坡开挖坡率为1∶0.5；

第三步：前置式洞口段临时衬砌及管棚套拱两侧施工槽边仰坡防护。边仰坡防护采用喷、锚、网联合支护手段，仰坡喷射混凝土采用15cmC20混凝土，内设φ6钢筋网，网格间距25×25cm，锚杆采用20MnSiΦ25砂浆锚杆，长度为3.0m，按1.5m×1.5m梅花形布设；边坡土层喷射混凝土采用15cmC20混凝土，内设φ6钢筋网，网格间距25×25cm，锚杆采用20MnSiΦ25砂浆锚杆，长度为4.0m，按1.5m×1.5m梅花形布设；边坡强风化灰岩层喷射混凝土采用10cmC20混凝土，内设φ6钢筋网，网格间距25×25cm，锚杆采用20MnSiΦ25砂浆锚杆，长度为3.0m，按1.5m×1.5m梅花形布设；边坡弱风化灰岩层喷射混凝土采用5cmC20混凝土；

第四步：施工管棚套拱，钢拱架架立就位后，浇注套拱。套拱采用80cmC25型钢混凝土结构；

第五步：超前大管棚施工。管棚采用25mφ108大管棚；

第六步：前置式洞口临时衬砌基础施工，在型钢拱脚部先浇注C15基础混凝土稳定拱架基脚，浇筑高度为281.4cm；

第七步：前置式洞口临时衬砌施工，首先架立型钢拱架，并采用连接钢筋焊接牢靠。临时明洞厚度为30cm厚C25型钢混凝土结构，型钢采用22b工字钢，间距为50cm，钢支撑在隧道纵向以φ22钢筋联接，联接钢筋沿隧道环向间踞取1.0米，钢支撑与钢筋间采用焊接联接，钢支撑与联接钢板、架立钢板也采用焊接联接，联接钢板间采用螺栓联接；

第八步：洞顶回填反压，以保证临时衬砌和边仰坡的稳定。拱顶最大回填高度为1.5m，采用砂袋回码；

第九步：前置式洞口段临时衬砌内部洞口明洞段岩土体上台阶暗挖。开挖高度6m左右；

第十步：前置式洞口段临时衬砌内部洞口明洞段岩土体下台阶暗挖。开挖高度4m左右，直至隧道仰拱底部；

第十一步：前置式洞口段仰拱、仰拱回填以及矮边墙施工；

第十二步：前置式洞口明洞段防水层及排水管施工；

第十三步：明洞衬砌施工；

第十四步：洞顶绿化恢复。

通过对“前置式洞口工法”的施工过程二维、三维数值模拟分析，表明高速公路隧道洞口采用前置式洞口工法时，使隧道洞口边仰坡在隧道洞口施工中的安全性得到了提高，有效地避免了洞口滑坡、崩塌等病害。虽然在洞口施工中局部存在拉应力区，但总体应力较小，洞口段施工对隧道洞口浅埋段影响较微弱。同时，洞口浅埋段施工时采用前置式洞口工法的洞口基本处于相对稳定状态，从边仰坡锚杆轴力分析，在洞口上部土层中地形较陡峻处临时支挡结构可作局部加强。

通过对前置式洞口工法的施工过程监测，可以得出如下结论：

(1)在临时洞门结构自重和部分边坡坍塌土体的荷载作用下，并综合混凝土结构的自身收缩徐变等因素，一般拱顶沉降位移在10mm以内，周边收敛位移在2mm以内。

(2)混凝土与钢支撑组成联合作用体系，在混凝土凝固初期，钢支撑是主要的承载体，随着混凝土强度的提高，钢支撑与混凝土内部应力重新调整，钢支撑内力有所下降，而混凝土内部应力有所增加，但总体上来说，混凝土和钢支撑内部应力都不大，混凝土内部应力最大值为800KPa，而钢支撑最大内力为60KN。

(3)临时衬砌混凝土基底应力较大，最大值达到1Mpa，因此对软弱地层情况下，应设置扩大式边墙或增设仰拱。

(4)由于边坡不是很高，按照1∶0.2的比率放坡，锚杆轴力最大值不超过10KN，说明锚杆对边坡岩体的约束力不太明显。

(5)围岩内部位移最大值不超过0.8mm，在临时衬砌的作用下，边坡稳定性较好。

Claims (1)

1、一种前置式洞口工法，其特征施工步序为：

第一步：修筑截水沟、清表、修整仰坡浮土，该处仰坡厚度高度控制在0～5m，因开挖工作量较小，采用人工开挖即可；

第二步：前置式洞口段临时衬砌及管棚套拱两侧施工槽开挖；

第三步：前置式洞口段临时衬砌及管棚套拱两侧施工槽边仰坡防护；

第四步：按设计施工管棚套拱，钢拱架架立就位后，浇注套拱；若无超前大管棚，直接进行下一步；

第五步：超前大管棚或超前小导管预支护施工，若无超前预支护，直接进行下一步；

第六步：前置式洞口临时衬砌基础施工，在型钢拱脚部先浇注基础混凝土稳定拱架基脚，浇筑高度控制在5m以内；

第七步：前置式洞口临时衬砌施工，首先架立型钢拱架，并采用连接钢筋焊接牢靠；

第八步：洞顶回填反压，以保证临时衬砌和边仰坡的稳定，临时衬砌最大回填高度控制在3m内；

第九步：前置式洞口段临时衬砌内部洞口明洞段岩土体上台阶暗挖；

第十步：前置式洞口段临时衬砌内部洞口明洞段岩土体下台阶暗挖；

第十一步：前置式洞口段仰拱、仰拱回填以及矮边墙施工；

第十二步：前置式洞口明洞段防水层及排水管施工；

第十三步：明洞衬砌施工；

第十四步：洞顶绿化恢复。