CN107905799A - 一种高铁隧底过水溶洞的加固结构及其施工方法 - Google Patents

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Abstract

一种高铁隧底过水溶洞的加固结构及其施工方法，加固结构包括溶洞、施工斜坡通道和出渣竖井，加固结构还包括喷锚网支护层，喷锚网支护层包括锚杆、钢筋挂网和混凝土喷射层，加固结构还包括拱涵，拱涵包括拱涵基础、拱涵边墙和拱涵拱圈，施工斜坡通道、出渣竖井和拱涵外部的涵洞采用回填混凝土密实。施工方法包括溶腔开挖和溶腔清理、出渣竖井开挖和出渣施工、拱涵施工和溶腔回填等步骤。本发明结构稳定可靠，排水效果良好，可以确保施工安全，适用于高速铁路隧底过水型岩溶处理，尤其是具有一定规模和尺度的有水岩溶。

Description

一种高铁隧底过水溶洞的加固结构及其施工方法
技术领域
本发明为隧道加固领域，特别是一种高速铁路隧底过水型岩溶的加固结构及其施工方法。
背景技术
在隧道施工过程中，溶洞使隧道的施工力学动态更为复杂，易造成围岩中应力的过度集中，隧道周边变形量增加，并可能引起隧道开挖中局部围岩的坍塌、掉块，影响隧道施工，直接危及施工人员和机械设备的安全。然而具有一定规模和尺度的过水型岩溶空洞，不仅影响隧道的结构稳定，危及隧道施工的安全，影响隧道施工的进度，还会因处理不当例如支撑加固不强、岩溶水通道堵水引起地下水压力过大，造成隧道凸起、坍塌等事故，严重影响隧道的运行安全。目前常用的下穿过水型岩溶隧道处理方法一般采用钢筋混凝土圆管涵或托梁搭配钢筋混凝土板的跨越结构，这种跨越结构对隧底过水型溶洞进行处理的方式存在施工周期长、隧底溶腔内施工安全风险较高的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种高铁隧底过水溶洞的加固结构及其施工方法，要解决下穿过水型岩溶隧道的采用钢筋混凝土圆管涵或托梁搭配钢筋混凝土板的跨越结构存在施工周期长隧底溶腔内施工安全风险较高的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种高铁隧底过水溶洞的加固结构，包括高铁隧道以及位于高铁隧道下方围岩内的溶洞，还包括在溶洞入口处开挖的施工斜坡通道和在溶洞的顶部与高铁隧道的底部贯通开挖的出渣竖井，施工斜坡通道位于高铁线路和高铁隧道边墙之间设置，
所述加固结构还包括溶洞的喷锚网支护层，所述喷锚网支护层包括锚杆、钢筋挂网和混凝土喷射层，所述锚杆打入溶腔壁顶部背侧的围岩内，所述钢筋挂网挂在溶腔壁全断面的表面，所述混凝土喷射层喷射于打锚杆部分的溶腔壁表面并覆盖该部分的钢筋挂网，
所述加固结构还包括与溶洞走向和溶洞高度相适应设置的钢筋混凝土的拱涵，所述拱涵包括拱涵基础、拱涵边墙和拱涵拱圈，所述拱涵边墙的底部嵌入涵洞底部的围岩内，所述拱涵拱圈的两端搭在拱涵边墙上，所述拱涵拱圈内嵌入有格栅钢架，所述拱涵的长度大于高铁隧道与溶洞空间交叠部分的长度，拱涵的底部形成过水通道，
所述施工斜坡通道、出渣竖井和拱涵外部的涵洞采用回填混凝土密实。
所述出渣竖井的横截面尺寸不小于1m×1m，所述出渣竖井的护壁为壁厚不小于0.3m的钢筋混凝土结构，其混凝土标号不小于C30。
所述锚杆在溶腔壁上呈梅花型布置，锚杆之间的布置间距不大于1.2m×1.2m，锚杆的直径不小于22mm，锚杆的长度不小于3m；
所述钢筋挂网的网孔大小为20cm×20cm，钢筋的直径不小于8mm；
所述混凝土喷射层的厚度不小于10m，其混凝土标号不小于C25。
所述回填混凝土的标号不小于C25。
所述拱涵的混凝土标号不小于C25，
所述格栅钢架包括沿拱涵纵向间隔设置的一组钢架和连接相邻两榀钢架的连接钢筋，所述格栅钢架设置，相邻两榀钢架的纵向间距不大于0.5m，连接钢筋沿拱涵拱圈周向的设置间距不大于0.5m；
所述拱涵边墙的底部底嵌入围岩的深度不小于0.5m。
所述溶洞的内部增设有支顶溶腔壁的钢支撑，所述钢支撑为钢管支撑或型钢支撑。
一种高铁隧底过水溶洞的加固结构的施工方法，施工步骤如下：
步骤一，溶腔开挖和溶腔清理：
在溶洞入口处开挖施工斜坡通道，施工斜坡通道的宽度及净高与需要进入的机械设备相适应，小型挖掘机从施工斜坡通道进入溶腔，对溶洞内的淤泥进行清除及溶洞危岩、孤石进行清理，确保施工安全；
步骤二，出渣竖井开挖和出渣施工：
自高铁隧道向下开挖至贯通至溶洞的顶部作为出渣竖井，出碴施工采用电动葫芦垂直提升，并加工钢板料斗运输，钢板料斗的下方设置活动开关，人工装碴，电动葫芦提升到井口上面后，通过运渣车运至弃土场；
步骤三，喷锚网支护层施工：在溶腔壁上按梅花型布置打锚杆孔，并锚入锚杆；然后在溶腔壁的表面挂钢筋挂网随后喷射混凝土形成混凝土喷射层；
步骤四，拱涵施工：先施工拱涵的拱涵基础，然后在拱涵基础上施工拱涵边墙，在溶腔壁的底部搭设拱涵拱圈的模板支架，在模板支架上搭设模板并在模板上安装格栅钢架，随后进行拱涵拱圈的混凝土的浇筑，最后拆除模板支架和模板。
步骤五：溶腔回填：施工斜坡通道、出渣竖井以及溶洞在拱涵施工完毕后采用回填混凝土密实。
所述步骤四中，格栅钢架包括拱涵纵向间隔设置的一组钢架和连接相邻两榀钢架的连接钢筋，钢架在工厂预先加工并运送至溶洞内，在溶洞内进行连接钢筋与钢架的连接施工。
与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：
本发明的加固结构采用对溶腔壁进行锚杆网喷混凝土进行第一道加固，同时溶洞还设置了拱涵对溶腔进行第二道加固，双重加固提高拱涵的稳定性，拱涵本身还可以确保流水通道，保证溶洞过水。
本发明施工周期较短，格栅钢架的钢架在场外加工现场安装能提高施工进度，喷锚网支护层和拱涵分段施工，减少施工时间，喷锚网支护层的第一道加固首先确保了工人的施工安全，降低施工安全风险，随着拱涵分段施工进一步确保涵洞的稳定性。
本发明结构稳定可靠，排水效果良好，可以确保施工安全，适用于高速铁路隧底过水型岩溶处理，尤其是具有一定规模和尺度的有水岩溶。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
图1溶腔平面示意图。
图2是图1中A-A溶腔纵断面示意图。
图3是图1中B-B溶腔纵断面示意图。
图4是图1中C-C溶腔纵断面示意图。
图5典型拱涵断面图。
附图标记：1－溶洞、2－高铁隧道、21－高铁线路左线、22－隧道中心线、23－高铁线路右线、24－高铁隧道左边墙线、25－高铁隧道右边墙线、3－出渣竖井、4－锚杆、5－钢筋挂网、6－混凝土喷射层、7－拱涵、71－拱涵边墙、72－拱涵拱圈、73－拱涵基础、74－格栅钢架、8－回填混凝土、9－拱涵纵向轴线、10－拱涵横截面中轴线、11－溶洞轮廓线、12－过水通道、13－施工斜坡通道、14－拱涵轮廓线。
具体实施方式
实施例参见图1-5所示，高铁隧道自左向右开挖，高铁隧道的底部具有一溶洞，溶洞轮廓线11、高铁隧道左边墙线24、高铁隧道右边墙线25、高铁线路左线21、隧道中心线22和高铁线路右线23如图1所示。高铁隧道和溶洞空间交叠。
针对这种溶洞的加固结构包括高铁隧道以及位于高铁隧道下方围岩内的溶洞，还包括在溶洞入口处开挖的施工斜坡通道13和在溶洞1的顶部与高铁隧道2的底部贯通开挖的出渣竖井3。施工斜坡通道13位于高铁线路和高铁隧道边墙之间设置，本实施例中位于高铁线路左线21和高铁隧道左边墙线24之间。在
所述出渣竖井3的横截面尺寸不小于1m×1m，所述出渣竖井的护壁为壁厚不小于0.3m的钢筋混凝土结构，其混凝土标号不小于C30。
所述加固结构还包括溶洞的喷锚网支护层，所述喷锚网支护层包括锚杆4、钢筋挂网5和混凝土喷射层6，所述锚杆打入溶腔壁顶部背侧的围岩内，所述钢筋挂网5挂在溶腔壁全断面的表面，所述混凝土喷射层6喷射于打锚杆部分的溶腔壁表面并覆盖该部分的钢筋挂网5。所述锚杆4在溶腔壁上呈梅花型布置，锚杆4之间的布置间距不大于1.2m×1.2m，锚杆4的直径不小于22mm，锚杆的长度不小于3m。所述钢筋挂网5的网孔大小为20cm×20cm，钢筋的直径不小于8mm。所述混凝土喷射层6的厚度不小于10m，其混凝土标号不小于C25。
所述加固结构还包括与溶洞走向和溶洞高度相适应设置的钢筋混凝土的拱涵7，拱涵轮廓线14如图1所示。参见图2-5所示，所述拱涵7包括拱涵基础、拱涵边墙71和拱涵拱圈72，所述拱涵边墙71的底部嵌入涵洞底部的围岩内，所述拱涵拱圈的两端搭在拱涵边墙上，所述拱涵拱圈72内嵌入有格栅钢架74，所述拱涵7的长度大于高铁隧道2与溶洞1空间交叠部分的长度。所述拱涵7的混凝土标号不小于C25。所述格栅钢架74包括沿拱涵纵向间隔设置的一组钢架和连接相邻两榀钢架的连接钢筋，所述格栅钢架采用同一竖向平面的双层设置，钢筋直径为22mm，间距为160mm，同一竖向平面的两层为一榀，相邻两榀钢架的纵向间距不大于0.5m，连接钢筋沿拱涵拱圈周向的设置间距不大于0.5m。
本实施例中拱涵为竖向轴对称，拱涵横截面中轴线10如图5所示，拱涵拱圈的横截面为扇环的一部分，拱涵拱圈的尺寸始终不变，拱涵边墙的高度随溶洞的地形进行改变，保证所述拱涵边墙71的底部底嵌入围岩的深度h不小于0.5m。拱涵的底部形成过水通道12。
所述溶洞的内部还可以根据需要增设支顶溶腔壁的钢支撑，进一步进行加固，所述钢支撑为钢管支撑或型钢支撑。
所述施工斜坡通道、出渣竖井和拱涵外部的涵洞采用回填混凝土8密实。所述回填混凝土8的标号不小于C25。
这种高铁隧底过水溶洞的加固结构的施工方法，施工步骤如下：
步骤一，溶腔开挖和溶腔清理：
在溶洞入口处开挖施工斜坡通道，施工斜坡通道的宽度及净高与需要进入的机械设备相适应，小型挖掘机从施工斜坡通道进入溶腔，对溶洞内的淤泥进行清除及溶洞危岩、孤石进行清理，确保施工安全。
步骤二，出渣竖井开挖和出渣施工：
自高铁隧道向下开挖至贯通至溶洞的顶部作为出渣竖井3，出碴施工采用电动葫芦垂直提升，并加工钢板料斗运输，钢板料斗的下方设置活动开关，人工装碴，电动葫芦提升到井口上面后，通过运渣车运至弃土场。
步骤三，喷锚网支护层施工：在溶腔壁上按梅花型布置打锚杆孔，并锚入锚杆4；然后在溶腔壁的表面挂钢筋挂网5随后喷射混凝土形成混凝土喷射层6。如果需要，在所述溶洞的内部还增设有支顶溶腔壁的钢支撑，所述钢支撑为钢管支撑或型钢支撑。
步骤四，拱涵施工：先施工拱涵的拱涵基础73，然后在拱涵基础上施工拱涵边墙71，在溶腔壁的底部搭设拱涵拱圈的模板支架，在模板支架上搭设模板并在模板上安装格栅钢架74，随后进行拱涵拱圈72的混凝土的浇筑，最后拆除模板支架和模板。格栅钢架74包括拱涵纵向间隔设置的一组钢架和连接相邻两榀钢架的连接钢筋，钢架在工厂预先加工并运送至溶洞内，在溶洞内进行连接钢筋与钢架的连接施工。
在实际施工中，拱涵和步骤三的喷锚网支护层可以同时进行，交替分段施工，减少施工作业时间。
步骤五：溶腔回填：施工斜坡通道、出渣竖井以及溶洞在拱涵施工完毕后采用回填混凝土8密实。

Claims (8)

1.一种高铁隧底过水溶洞的加固结构，包括高铁隧道以及位于高铁隧道下方围岩内的溶洞，其特征在于：还包括在溶洞入口处开挖的施工斜坡通道（13）和在溶洞（1）的顶部与高铁隧道（2）的底部贯通开挖的出渣竖井（3），施工斜坡通道（13）位于高铁线路和高铁隧道边墙之间设置，
所述加固结构还包括溶洞的喷锚网支护层，所述喷锚网支护层包括锚杆（4）、钢筋挂网（5）和混凝土喷射层（6），所述锚杆打入溶腔壁顶部背侧的围岩内，所述钢筋挂网（5）挂在溶腔壁全断面的表面，所述混凝土喷射层（6）喷射于打锚杆部分的溶腔壁表面并覆盖该部分的钢筋挂网（5），
所述加固结构还包括与溶洞走向和溶洞高度相适应设置的钢筋混凝土的拱涵（7），所述拱涵（7）包括拱涵基础（73）、拱涵边墙（71）和拱涵拱圈（72），全部拱涵基础（73）和拱涵边墙（71）底部嵌入涵洞底部的围岩内，所述拱涵拱圈的两端搭在拱涵边墙上，所述拱涵拱圈（72）内嵌入有格栅钢架（74），所述拱涵（7）的长度大于高铁隧道（2）与溶洞（1）空间交叠部分的长度，拱涵的底部形成过水通道（12），
所述施工斜坡通道、出渣竖井和拱涵外部的涵洞采用回填混凝土（8）密实。
2.根据权利要求1所述的高铁隧底过水溶洞的加固结构，其特征在于：所述出渣竖井（3）的横截面尺寸不小于1m×1m，所述出渣竖井的护壁为壁厚不小于0.3m的钢筋混凝土结构，其混凝土标号不小于C30。
3.根据权利要求1所述的高铁隧底过水溶洞的加固结构，其特征在于：所述锚杆（4）在溶腔壁上呈梅花型布置，锚杆（4）之间的布置间距不大于1.2m×1.2m，锚杆（4）的直径不小于22mm，锚杆的长度不小于3m；
所述钢筋挂网（5）的网孔大小为20cm×20cm，钢筋的直径不小于8mm；
所述混凝土喷射层（6）的厚度不小于10m，其混凝土标号不小于C25。
4.根据权利要求1所述的高铁隧底过水溶洞的加固结构，其特征在于：所述回填混凝土（8）的标号不小于C25。
5.根据权利要求1所述的高铁隧底过水溶洞的加固结构，其特征在于：
所述拱涵（7）的混凝土标号不小于C25，
所述格栅钢架（74）包括沿拱涵纵向间隔设置的一组钢架和连接相邻两榀钢架的连接钢筋，所述格栅钢架设置双层，相邻两榀钢架的纵向间距不大于0.5m，连接钢筋沿拱涵拱圈周向的设置间距不大于0.5m；
所述拱涵边墙（71）的底部底嵌入围岩的深度不小于0.5m。
6.根据权利要求1所述的高铁隧底过水溶洞的加固结构，其特征在于：所述溶洞的内部增设有支顶溶腔壁的钢支撑，所述钢支撑为钢管支撑或型钢支撑。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的高铁隧底过水溶洞的加固结构的施工方法，其特征在于，施工步骤如下：
步骤一，溶腔开挖和溶腔清理：
在溶洞入口处开挖施工斜坡通道，施工斜坡通道的宽度及净高与需要进入的机械设备相适应，小型挖掘机从施工斜坡通道进入溶腔，对溶洞内的淤泥进行清除及溶洞危岩、孤石进行清理，确保施工安全；
步骤二，出渣竖井开挖和出渣施工：
自高铁隧道向下开挖至贯通至溶洞的顶部作为出渣竖井（3），出碴施工采用电动葫芦垂直提升，并加工钢板料斗运输，钢板料斗的下方设置活动开关，人工装碴，电动葫芦提升到井口上面后，通过运渣车运至弃土场；
步骤三，喷锚网支护层施工：在溶腔壁上按梅花型布置打锚杆孔，并锚入锚杆（4）；然后在溶腔壁的表面挂钢筋挂网（5）随后喷射混凝土形成混凝土喷射层（6）；
步骤四，拱涵施工：先施工拱涵的拱涵基础（73），然后在拱涵基础上施工拱涵边墙（71），在溶腔壁的底部搭设拱涵拱圈的模板支架，在模板支架上搭设模板并在模板上安装格栅钢架（74），随后进行拱涵拱圈（72）的混凝土的浇筑，最后拆除模板支架和模板；
步骤五：溶腔回填：施工斜坡通道、出渣竖井以及溶洞在拱涵施工完毕后采用回填混凝土（8）密实。
8.根据权利要求7所述的高铁隧底过水溶洞的加固结构的施工方法，其特征在于：
所述步骤四中，格栅钢架（74）包括拱涵纵向间隔设置的一组钢架和连接相邻两榀钢架的连接钢筋，钢架在工厂预先加工并运送至溶洞内，在溶洞内进行连接钢筋与钢架的连接施工。
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