CN104653195A - 一种冲沟地貌隧道洞口结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冲沟地貌隧道洞口结构及其施工方法。所涉及的结构包括设在冲沟地貌山体上的仰坡和边坡，所述隧道洞口设在冲沟地貌仰坡坡底，所述冲沟地貌山顶设有截水沟，所述冲沟地貌边坡坡脚处设有边沟。所涉及的施工方法包括首先对冲沟内的表层风化岩体进行清除，在冲沟山顶施作隧道截水沟；接着自上而下开挖隧道边坡和仰坡，在隧道仰坡和边坡平台上施作平台截水沟；然后施作套拱及管棚，并在管棚的保护下施作隧道初期支护；最后进行施作隧道洞口外部的边沟。本发明不用延长隧道明洞，缩短了隧道整体长度，降低了工程造价，提高了经济效益。

Description

一种冲沟地貌隧道洞口结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及一种冲沟地貌隧道的进洞方式，具体涉及一种冲沟地貌隧道的进洞结构及其施工方法。

背景技术

随着我国公路交通事业的快速发展，在山区修建的公路隧道越来越多，在山岭地区隧道洞口位置的选择往往受到地形地貌的限制。冲沟地貌是隧道修建过程中较为常见的一种地质构造，多发生在坡度坡长较大、水流动力强、地表湿度较低的区域。冲沟土体往往风化严重，稳定性较差，其坡度也较大。隧道设计时，《公路隧道设计规范》JTG D70-2004对隧道仰坡坡度给出了限定值。为了保证隧道洞口的安全及仰坡的稳定性，隧道仰坡土体围岩条件越差，其允许的仰坡坡度则越小，因此，直接在冲沟沟底修建隧道时将会面临着对仰坡大挖大刷的问题，这对冲沟土体的稳定性极为不利。在现有技术当中，在冲沟地貌处修建隧道时一般会采用深路堑方案跨越冲沟，或采用长明洞加回填方案延长隧道的长度来保证隧道洞口的安全。

实践表明：当采用深路堑方案时能够缩短隧道的长度，露天操作施工简便，施工安全性高，但该方案需要对山体进行大量挖方，土方外运量大，对自然景观及山体植被的破坏较大。

当采用长明洞加回填方案时，能够避免对山体的大挖方，有利于保持原有的植被，后期运行时隧道整体结构也更为稳定。但明洞施工相比深路堑开挖对技术要求较高，投入材料较多，工期相对较长，工程造价较高。

综上，现有的冲沟地貌处隧道进洞方法主要存在以下问题：

(1)当采用深路堑方案时需要对山体进行大量挖方，土方外运量大，工程造价较高，对自然景观及山体植被的破坏较大。

(2)当采用长明洞加回填方案时，对施工技术要求较高，投入材料较多，工期相对较长，工程造价较高。

发明内容

针对现有技术的缺陷或不足，本发明提供了一种冲沟地貌隧道洞口结构，该结构包括：设在冲沟地貌山体上的仰坡和边坡，所述隧道洞口设在冲沟地貌仰坡坡底，所述冲沟地貌山顶设有截水沟，所述冲沟地貌边坡坡脚处设有边沟。

所述边坡和仰坡上设有平台截水沟。

所述仰坡坡脚位于隧道洞口上方，且AFGH区域的挖方量等于BDEF区域的挖方量，其中：A为隧道套拱最高点所在的水平面与冲沟坡面的交汇处，B为隧道仰坡坡脚，G为隧道洞口仰拱拱底位置，H为A所在的横断面与隧道仰拱拱底所在的水平面的交点，D为隧道仰坡坡顶开挖点，E为经过A点且斜率为仰坡坡度的斜剖面与冲沟山顶坡面的交点，F为经过AE的斜剖面与隧道洞口横断面的交汇处。

本发明同时还提供了上述结构的施工方法，以解决现有隧道进洞结构所存在的对山体破坏大、工程造价高、工期较长的问题。

本发明采用的技术方案如下：

步骤一，对冲沟内的表层风化岩体进行清除，在冲沟山顶施作隧道截水沟；

步骤二，自上而下开挖隧道边坡和仰坡，在隧道仰坡和边坡平台上施作平台截水沟；

步骤三，为了保证施工的安全，防止洞口施工过程中发生坍塌，在洞口位置施作套拱及管棚，并在管棚的保护下施作隧道初期支护；

步骤四，施作隧道洞口外部的边沟。

与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：

(1)不用延长隧道明洞，缩短了隧道整体长度，降低了工程造价，提高了经济效益。

(2)避免对原有冲沟大挖大刷，提高了工作效率，大大缩短了工期，并能保护自然景观及冲沟土体的稳定。

(3)本发明能够合理利用冲沟地形地貌，在冲沟沟底直接施作隧道洞口，通过缩进隧道暗洞洞口位置进而抬高仰坡坡脚高程，在保证仰坡坡度不变、洞口横断面前方挖方量与隧道仰坡挖方量之和不变的情况下减小隧道仰坡土体的挖方量，最大限度的减小对隧道冲沟仰坡土体的开挖，该方法安全可靠、操作简便、土体挖方量小。

附图说明

以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1为本发明的方法所建造的进洞结构整体开挖结构图；

图2为本发明的方法所建造的进洞结构的暗洞洞口主视图；

图3为实施例2隧道暗洞洞口进洞结构剖视图；

图4为本发明的方法所建造的进洞结构的暗洞洞口Ⅰ-Ⅰ剖视图；

图5为本发明的方法所建造的进洞结构的洞口仰坡开挖量剖视图；

图中各代码表示：1-隧道仰坡、2-隧道边坡、3-隧道截水沟、4-平台截水沟、5-边沟、6-管棚、7-套拱、8-锚喷网防护、9-隧道初期支护。

具体实施方式

本发明的冲沟地貌，当仰坡冲沟土体的围岩级别为Ⅳ级，且冲沟土体自然坡率小于等于1:0.75时；或者冲沟土体的围岩级别为Ⅴ级，且冲沟土体自然坡率小于等于1:1.25时，不需要对仰坡进行开挖，仰坡坡脚与隧道套拱顶部位于同一高度。当仰坡冲沟土体的围岩级别为Ⅳ级，且冲沟土体自然坡率大于1:0.75时；或者冲沟土体的围岩级别为Ⅴ级，且冲沟土体自然坡率大于1:1.25时，需要对仰坡进行开挖，使其坡度变缓。

本发明的山顶隧道截水沟的位置根据《公路隧道设计规范》JTG D70-2004要求确定。隧道截水沟的断面尺寸满足设计排水流量的要求，具体尺寸根据当地降雨量的大小计算确定。本发明的平台截水沟的尺寸和位置根据当地降雨量的大小以及仰坡汇水量计算确定。本发明边沟断面形式及尺寸根据地形地质条件、边坡高度及汇水面积等确定。

所述步骤二中通过缩进隧道暗洞洞口位置进而抬高仰坡坡脚高程，在保证仰坡坡度不变、洞口横断面前方挖方量与隧道仰坡挖方量之和不变的情况下减小隧道仰坡土体的挖方量，根据AFGH区域的挖方量等于BDEF区域的挖方量可计算出仰坡坡脚距离最高的管棚(6)孔口下缘的距离为2m。(不同的冲沟计算出的结果可能不同)

以下是发明人提供的具体实施例，以对本发明的技术方案作进一步解释说明。

实施例1：

该实施例的冲沟地貌特点是冲沟土体为强风化～中风化，围岩级别为Ⅳ级，仰坡冲沟土体的自然坡率较大，接近1:0.75，仰坡设计开挖高度为18m。按《公路隧道设计规范》JTG D70-2004规定，需对仰坡冲沟土体进行放坡开挖，减小其坡度至1:1。

参考图1、图2、图4和图5，该实施例的施工方法为：

步骤一，施工准备

根据施工图纸进行现场测量，确定边坡开挖轮廓线、仰坡开挖轮廓线、隧道轴线、管棚6及套拱7的施作边线、隧道截水沟3的中心线、平台截水沟4的中心线、边沟5的中心线。

步骤二，隧道边坡和仰坡施工

(1)对冲沟内的表层风化岩体进行清除，为截排冲沟顶仰坡外地表径流，使仰坡不受冲刷，保证隧道洞口结构的稳定，在冲沟山顶距离隧道洞顶仰坡开挖线5m位置处施作隧道截水沟3。隧道截水沟3的断面尺寸应满足设计排水流量的要求，隧道截水沟3的截面尺寸为90×80cm的矩形，侧壁厚和底壁厚为20cm。

(2)然后根据步骤一确定的轮廓线进行隧道边坡2和仰坡1的开挖。采用反铲式挖掘机沿测量组指定的开挖线开挖，开挖时自上而下分层开挖、分层支护，每层2m。并采取锚喷网防护8处理，支护参数为：采用Φ22砂浆锚杆，L-4m，间距1.2×1.2m，梅花形布置，喷射15cm厚C20混凝土；采用20×20cmΦ6.5网格钢筋网。

(3)为了防止雨季雨水过大，雨水汇集到冲沟内影响隧道洞口安全，在边坡平台上和距离隧道埋深5m的仰坡位置处施作平台截水沟4。断面尺寸应满足设计排水流量的要求，沟顶应高出沟内设计水面0.2m以上。平台截水沟4的截面尺寸为底宽120cm×高度110cm，坡度为1:0.5的倒梯形截面。侧壁厚和底壁厚为20cm。

步骤三，隧道洞口的施工

(1)洞口开挖。对冲沟底部风化土体进行清理，继续从上而下分层开挖。为了减少对隧道仰坡冲沟土体的开挖及扰动，通过缩进隧道暗洞洞口位置进而抬高仰坡坡脚高程，在保证仰坡坡度不变、洞口横断面前方挖方量与隧道仰坡挖方量之和不变的情况下能够实现减小隧道仰坡土体的开挖量，如图4和图5所示，通过缩进隧道暗洞洞口位置，仰坡坡脚从A点提高到B点，相应的仰坡开挖量为BCD区域。根据AFGH区域的开挖量等于BDEF区域的开挖量可计算出仰坡坡脚高程。本实施例中仰坡坡脚距离最高大管棚6孔口下缘的距离为2m，在开挖至距离套拱7外轮廓线2m位置时。采用预留核心土开挖，核心土作为套拱7内膜，半径为615cm，核心土以外基槽底高程为最低大管棚6孔口下100cm。对隧道周围的土体进行锚喷网防护8处理，支护参数同上。

(2)套拱施工。用隧道断面仪放出套拱7施工位置，套拱7基础尽可能的挖至基岩面，冲沟底部地基承载力要求达到250kPa。并在明洞衬砌轮廓线以外施作套拱7，套拱长2.0m，厚55cm，采用C30混凝土，内埋设4榀I20b工字钢、Φ16连接筋及Φ146*5导向套管，导向套管按设计沿拱圈环向布设，导向管外插角1～3°，固定钢筋与导向管采用双面焊接，焊接长度15cm。

(3)管棚施工。在洞口拱部120°范围内施作管棚6钢管，并对冲沟土体进行注浆加固。管棚6钢管采用Φ127*6热轧钢管，长33m，环向间距40cm，外插角1～3°，注浆采用水泥净浆，注浆压力0.5～2MPa，水泥浆水灰比W/C＝1:1，水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥。

(4)开挖中间预留的核心土，并施作隧道初期支护9，喷射混凝土至设计厚度。支护参数为：纵向0.6m/榀I20b型钢拱架支护，长4m的Φ25中空注浆锚杆，26cm厚的C20喷射混凝土，网格尺寸为15×15cm的Φ6.5双层钢筋网。

(5)根据步骤一确定的隧道洞口外部边沟5的中心线，在隧道边坡2坡脚处施作边沟5。边沟5断面形式及尺寸根据地形地质条件、边坡高度及汇水面积等确定。隧道边沟5的截面尺寸为140×125cm的矩形，两侧壁厚为40cm，底壁厚为30cm。

实施例2：

该实施例的冲沟地貌特点是冲沟土体为强风化～中风化，围岩级别为Ⅳ级，仰坡冲沟土体的自然坡率略大于1:1，仰坡设计开挖高度为18m。按《公路隧道设计规范》JTG D70-2004规定，仰坡冲沟土体允许的坡率为1:1，故只需对仰坡进行少量的挖方，对其整平处理，使其坡度达到1:1即可。

参考图1-3，其施工方法为：

步骤一，施工准备

根据施工图纸进行现场测量，确定边坡开挖轮廓线、仰坡开挖轮廓线、隧道轴线、管棚6及套拱7的施作边线、隧道截水沟3的中心线、平台截水沟4的中心线、边沟5的中心线。

步骤二，隧道边坡和仰坡施工

(1)对冲沟内的表层风化岩体进行清除，为截排冲沟顶仰坡外地表径流，使仰坡不受冲刷，保证隧道洞口结构的稳定，在冲沟山顶距离隧道洞顶仰坡开挖线5m位置处施作隧道截水沟3。隧道截水沟3的断面尺寸应满足设计排水流量的要求，隧道截水沟3的截面尺寸为90×80cm的矩形，侧壁厚和底壁厚为20cm。

(2)然后根据步骤一确定的轮廓线进行隧道边坡2和仰坡1的开挖。采用反铲式挖掘机沿测量组指定的开挖线开挖，开挖时自上而下分层开挖、分层支护，每层2m。并采取锚喷网防护8处理，支护参数为：采用Φ22砂浆锚杆，L-4m，间距1.2×1.2m，梅花形布置，喷射15cm厚C20混凝土；采用20×20cmΦ6.5网格钢筋网。

(3)为了防止雨季雨水过大，雨水汇集到冲沟内影响隧道洞口安全，在边坡平台上和距离隧道埋深5m的仰坡位置处施作平台截水沟4。断面尺寸应满足设计排水流量的要求，沟顶应高出沟内设计水面0.2m以上。平台截水沟4的截面尺寸为底宽120cm×高度110cm，坡度为1:0.5的倒梯形截面。侧壁厚和底壁厚为20cm。

步骤三，隧道洞口的施工

(1)洞口开挖。对冲沟底部风化土体进行清理，继续从上而下分层开挖。如图3所示，在开挖至设计仰坡坡脚位置A处时，采用预留核心土开挖，A点的高程与套拱外轮廓最高点高程相等，核心土作为套拱7内膜，半径为615cm，核心土以外基槽底高程为最低大管棚6孔口下100cm。对隧道周围的土体进行锚喷网防护8处理，支护参数同上。

(2)套拱施工。用隧道断面仪放出套拱7施工位置，套拱7基础尽可能的挖至基岩面，冲沟底部地基承载力要求达到250kPa。并在明洞衬砌轮廓线以外施作套拱7，套拱长2.0m，厚55cm，采用C30混凝土，内埋设4榀I20b工字钢、Φ16连接筋及Φ146*5导向套管，导向套管按设计沿拱圈环向布设，导向管外插角1～3°，固定钢筋与导向管采用双面焊接，焊接长度15cm。

(3)管棚施工。在洞口拱部120°范围内施作管棚6钢管，并对冲沟土体进行注浆加固。管棚6钢管采用Φ127*6热轧钢管，长33m，环向间距40cm，外插角1～3°，注浆采用水泥净浆，注浆压力0.5～2MPa，水泥浆水灰比W/C＝1:1，水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥。

(4)开挖中间预留的核心土，并施作隧道初期支护9，喷射混凝土至设计厚度。支护参数为：纵向0.6m/榀I20b型钢拱架支护，长4m的Φ25中空注浆锚杆，26cm厚的C20喷射混凝土，网格尺寸为15×15cm的Φ6.5双层钢筋网。

(5)根据步骤一确定的隧道洞口外部边沟5的中心线，在隧道边坡2坡脚处施作边沟5。边沟5断面形式及尺寸根据地形地质条件、边坡高度及汇水面积等确定。隧道边沟5的截面尺寸为140×125cm的矩形，两侧壁厚为40cm，底壁厚为30cm。

实施例3：

该实施例的冲沟地貌特点是冲沟土体为强风化，围岩级别为Ⅴ级，仰坡冲沟土体的自然坡率小于1:1.5，仰坡设计开挖高度为18m。按《公路隧道设计规范》JTG D70-2004规定，为了减小隧道施工对冲沟自然坡体的扰动，不需要对仰坡开挖，仰坡坡脚与隧道套拱位于同一高程处，仅需要对仰坡进行加固处理即可。

参考图1-3，其施工方法为：

步骤一，施工准备

根据施工图纸进行现场测量，确定边坡开挖轮廓线、仰坡坡脚位置高程、隧道轴线、管棚6及套拱7的施作边线、隧道截水沟3的中心线、平台截水沟4的中心线、边沟5的中心线。

步骤二，隧道边坡和仰坡施工

(1)对冲沟内的表层风化岩体进行清除，为截排冲沟顶仰坡外地表径流，使仰坡不受冲刷，保证隧道洞口结构的稳定，在冲沟山顶距离隧道洞顶仰坡边线5m位置处施作隧道截水沟3。隧道截水沟3的断面尺寸应满足设计排水流量的要求，隧道截水沟3的截面尺寸为90×80cm的矩形，侧壁厚和底壁厚为20cm。

(2)然后根据步骤一确定的轮廓线进行隧道边坡2开挖。采用反铲式挖掘机沿测量组指定的开挖线开挖，开挖时自上而下分层开挖、分层支护，每层2m。并采取锚喷网防护8对边坡2和仰坡1进行加固处理，支护参数为：采用Φ22砂浆锚杆，L-4m，间距1.2×1.2m，梅花形布置，喷射15cm厚C20混凝土；采用20×20cmΦ6.5网格钢筋网。

(3)为了防止雨季雨水过大，雨水汇集到冲沟内影响隧道洞口安全，在边坡平台上和距离隧道埋深5m的仰坡位置处施作平台截水沟4。断面尺寸应满足设计排水流量的要求，沟顶应高出沟内设计水面0.2m以上。平台截水沟4的截面尺寸为底宽120cm×高度110cm，坡度为1:0.5的倒梯形截面。侧壁厚和底壁厚为20cm。

步骤三，隧道洞口的施工

(1)洞口开挖。对冲沟底部风化土体进行清理。对仰坡1进行加固处理后参考图3，在步骤一确定出来的仰坡坡脚位置A处，采用预留核心土开挖，A点的高程与套拱外轮廓最高点高程相等，核心土作为套拱7内膜，半径为615cm，核心土以外基槽底高程为最低大管棚6孔口下100cm。对隧道周围的土体进行锚喷网防护8处理，支护参数同上。

(2)套拱施工。用隧道断面仪放出套拱7施工位置，套拱7基础尽可能的挖至基岩面，冲沟底部地基承载力要求达到250kPa。并在明洞衬砌轮廓线以外施作套拱7，套拱长2.0m，厚55cm，采用C30混凝土，内埋设4榀I20b工字钢、Φ16连接筋及Φ146*5导向套管，导向套管按设计沿拱圈环向布设，导向管外插角1～3°，固定钢筋与导向管采用双面焊接，焊接长度15cm。

(3)管棚施工。在洞口拱部120°范围内施作管棚6钢管，并对冲沟土体进行注浆加固。管棚6钢管采用Φ127*6热轧钢管，长33m，环向间距40cm，外插角1～3°，注浆采用水泥净浆，注浆压力0.5～2MPa，水泥浆水灰比W/C＝1:1，水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥。

(4)开挖中间预留的核心土，并施作隧道初期支护9，喷射混凝土至设计厚度。支护参数为：纵向0.6m/榀I20b型钢拱架支护，长4m的Φ25中空注浆锚杆，26cm厚的C20喷射混凝土，网格尺寸为15×15cm的Φ6.5双层钢筋网。

(5)根据步骤一确定的隧道洞口外部边沟5的中心线，在隧道边坡2坡脚处施作边沟5。边沟5断面形式及尺寸根据地形地质条件、边坡高度及汇水面积等确定。隧道边沟5的截面尺寸为140×125cm的矩形，两侧壁厚为40cm，底壁厚为30cm。

此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (5)

1.一种冲沟地貌隧道洞口结构，其特征在于，该结构包括：设在冲沟地貌山体上的仰坡和边坡，所述隧道洞口设在冲沟地貌仰坡坡底，所述冲沟地貌山顶设有截水沟，所述冲沟地貌边坡坡脚处设有边沟。

2.如权利要求1所述的冲沟地貌隧道洞口结构，其特征在于，所述边坡和仰坡上设有平台截水沟。

3.如权利要求1或2所述的冲沟地貌隧道洞口结构，其特征在于，所述仰坡坡脚位于隧道洞口上方，且AFGH区域的挖方量等于BDEF区域的挖方量，其中：A为隧道套拱最高点所在的水平面与冲沟坡面的交汇处，B为隧道仰坡坡脚，G为隧道洞口仰拱拱底位置，H为A所在的横断面与隧道仰拱拱底所在的水平面的交点，D为隧道仰坡坡顶开挖点，E为经过A点且斜率为仰坡坡度的斜剖面与冲沟山顶坡面的交点，F为经过AE的斜剖面与隧道洞口横断面的交汇处。

4.权利要求1所述冲沟地貌隧道洞口结构的施工方法，其特征在于，所述施工方法包括：

步骤一，对冲沟内的表层风化岩体进行清除，在冲沟山顶施作隧道截水沟；

步骤二，自上而下开挖隧道边坡和仰坡；

步骤三，在洞口位置施作套拱及管棚，并在管棚的保护下施作隧道初期支护；

步骤四，施作边沟。

5.权利要求2所述冲沟地貌隧道洞口结构的施工方法，其特征在于，所述施工方法包括：

步骤一，对冲沟内的表层风化岩体进行清除，在冲沟山顶施作隧道截水沟；

步骤二，自上而下开挖隧道边坡和仰坡，在隧道仰坡和边坡平台上施作平台截水沟；

步骤三，在洞口位置施作套拱及管棚，并在管棚的保护下施作隧道初期支护；

步骤四，施作边沟。