CN108412503A - 偏压浅埋隧道洞口施工防护结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明偏压浅埋隧道洞口施工防护结构及其施工方法，属于隧道施工领域，目的是实现洞口临时支护前的零开挖，避免刷坡对山体的扰动。包括设置于山体的外侧的护拱、重力式挡墙和管棚，重力式挡墙与浅埋侧拱脚外侧并紧贴浅埋侧拱脚。其施工方法为顺序进行边坡预处理、施工拱顶段、管棚施工、浅埋侧拱脚施工、重力式挡墙施工、深埋侧拱脚施工以及回填。拱顶段安装前及安装中无需对山体进行开挖，浅埋侧拱脚和深埋侧拱脚安装时，仅在拱脚处进行开挖，从而减少了开挖的工程量，降低了洞口防护时对山体的扰动。抵抗山体偏压的重力式挡墙的设置，开挖量小，对山体的扰动小，施工方便，该施工顺序能够及时获得抗山体偏压作用，抗偏压作用获取周期短。

Description

偏压浅埋隧道洞口施工防护结构及其施工方法

技术领域

本发明属于隧道施工领域，具体的是偏压浅埋隧道洞口施工防护结构及其施工方法。

背景技术

近年来，随着高速公路、铁路的大规模建设，傍山、浅埋、偏压隧道大量增加。由于偏压隧道洞口处埋深浅，隧道洞口段开挖时，对山体的扰动大，且在深埋侧的侧向偏压下，易造成隧道侧向边坡坡体滑坡、隧道坍塌或者洞口段整体移动等安全问题，因此，偏压隧道洞口的施工安全是隧道施工的重点。

目前，在偏压隧道洞口开挖前，长采用管棚进行提前支护。如申请号为CN201310290868.5，名称为一种偏压隧道斜交进洞的施工方法的专利申请，公开了一种偏压浅埋隧道洞口施工防护方法，其采用梯形大管棚作为提前预支护，具体操作为：首先进行洞口明挖施工，形成斜交进洞成洞面和临时边坡；再施工洞口超大管棚；然后进行梯形套拱上部的回填施工，以便在隧道外侧形成反压，以抵抗围岩偏压。

但是，上述方法存在以下缺陷：

1、管棚施工前，对山体进行洞口明挖，对原生态产生破坏，会扰动原始山体，影响原始山体的稳定性。

2、仅采用回填土的方式平衡隧道洞口段的偏压，抗偏压能力有限，不适用于大偏压隧道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种偏压浅埋隧道洞口施工防护结构及其施工方法，以实现洞口临时支护前的零开挖，避免刷坡对山体的扰动。

本发明采用的技术方案是：偏压浅埋隧道洞口施工防护结构，包括护拱和管棚，所述管棚包括一组注满水泥浆的钢管；所述护拱设置于山体的外侧，护拱内端延伸至山体的边坡表面；所述护拱沿其环向包括顶部的拱顶段以及两侧的浅埋侧拱脚和深埋侧拱脚；在拱顶段沿其环向设置有一组由其外端贯通内端的导向孔，所述注浆钢管穿过导向孔伸入山体内；在山体的外侧还设置有重力式挡墙，所述重力式挡墙设置于浅埋侧拱脚的外侧并紧贴浅埋侧拱脚。

进一步的，所述重力式挡墙与浅埋侧拱脚之间设置有连接钢筋，所述连接钢筋一端与重力式挡墙固定连接，另一端与连接钢筋固定连接。

进一步的，所述重力式挡墙包括与浅埋侧拱脚相邻的内端面、与内端面相对的外端面、顶端面和底端面；所述内端面沿竖向设置，所述外端面由底端面所在侧向顶端面所在侧延伸并逐渐靠近内端面。

进一步的，所述重力式挡墙的墙顶所处的位置高于护拱的拱顶。

偏压浅埋隧道洞口施工防护结构的施工方法，包括顺序进行的以下步骤：

一、对山体原边坡进行预处理；

二、施工护拱的拱顶段，所述拱顶段内端延伸至山体的边坡表面，外端置于山体之外；

三、管棚施工：在护拱的拱顶段沿其外端向内端方向钻孔；接着，在孔内安装注浆钢管，注浆钢管穿过拱顶段延伸至山体内；最后，向注浆钢管内灌注满水泥浆液；

四、浅埋侧拱脚施工：根据隧道浅埋情况，在拱顶段与隧道浅埋侧对应的一端的下方开挖第一坑道，在第一坑道内浇筑浅埋侧拱脚，并使浅埋侧拱脚与拱顶段的对应端相连接；

五、重力式挡墙施工：紧贴浅埋侧拱脚向外开挖基坑槽，并在基坑槽内浇筑重力式挡墙的挡墙基础；然后，在挡墙基础上浇筑重力式挡墙的墙身；

六、深埋侧拱脚施工：在拱顶段与隧道深埋侧对应的一端的下方开挖第二坑道，在第二坑道内浇筑深埋侧拱脚，并使深埋侧拱脚与拱顶段的对应端相连接；

七、回填由重力式挡墙、护拱及洞口端面包围形成的三角形区域。

进一步的，在浅埋侧拱脚与重力式挡墙之间设置有连接钢筋；所述连接钢筋一端在步骤四中与深入浅埋侧拱脚内与浅埋侧拱脚浇筑成一体；另一端在步骤五中与挡墙浇筑成一体。

进一步的，所述浅埋侧拱脚进行分段施工，每个分段长度为1-2米；所述深埋侧拱脚也进行分段施工，每个分段长度为1-2米。

进一步的，所述重力式挡墙的挡墙基础采用分段浇筑，每个分段长度为1-2米；所述重力式挡墙的墙身采用分层浇筑。

本发明的有益效果是：该偏压浅埋隧道洞口施工防护结构，由于护拱设置于山体的外侧，护拱内端延伸至山体的边坡表面，使得在护拱安装前无需对山体进行开挖，从而减少了开挖的工程量，避免了开挖对山体的扰动。通过重力式挡墙抵挡山体的偏压，避免了在偏压的作用下，隧道洞口整体向浅埋侧发生偏移。

该偏压浅埋隧道洞口施工防护结构的施工方法，护拱的拱顶段安装前及安装中无需对山体进行开挖，浅埋侧拱脚和深埋侧拱脚安装时，仅在拱脚处进行开挖，从而减少了开挖的工程量，降低了洞口开挖对山体的扰动。通过依靠重力式挡墙的重力抵抗山体偏压，重力式挡墙的设置，开挖量小，对山体的扰动小，施工方便。通过施工浅埋侧拱脚后，施工深埋侧拱脚之间施工重力式挡墙，能够及时获得抗山体偏压的作用，缩短了抗偏压作用获取周期。

附图说明

图1为偏压浅埋隧道洞口施工防护结构主视图；

图2为偏压浅埋隧道洞口施工防护结构俯视图；

图3为图1的A处局部放大图。

图中，护拱1、拱顶段11、浅埋侧拱脚12、深埋侧拱脚13、导向孔14、注浆钢管2、边坡表面3、重力式挡墙4、内端面41、外端面42、顶端面43、底端面44、连接钢筋5。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明如下：

如图1、图2和图3所示，偏压浅埋隧道洞口施工防护结构，包括护拱1和管棚，所述管棚包括一组注满水泥浆的注浆钢管2；所述护拱1设置于山体的外侧，护拱1内端延伸至山体的边坡表面3；所述护拱1沿其环向包括顶部的拱顶段11以及两侧的浅埋侧拱脚12和深埋侧拱脚13；在拱顶段11沿其环向设置有一组由其外端贯通内端的导向孔14，所述注浆钢管2穿过导向孔14伸入山体内；在山体的外侧还设置有重力式挡墙4，所述重力式挡墙4设置于浅埋侧拱脚12的外侧并紧贴浅埋侧拱脚12。

该偏压浅埋隧道洞口施工防护结构，由于护拱1设置于山体的外侧，护拱1内端延伸至山体的边坡表面3，使得在护拱1安装前无需对山体进行开挖，从而减少了开挖的工程量，避免了开挖对山体的扰动，由于对山体的扰动降低，故，在满足对山体同等支护作用要求下，深入山体内的管棚长度可更短，护拱1的长度可更短，进而减少了边坡防护的工程量。通过重力式挡墙4设置于浅埋侧拱脚12的外侧并紧贴浅埋侧拱脚12，使得通过重力式挡墙4抵挡山体的偏压，防止在偏压的作用下，隧道洞口整体向浅埋侧发生偏移，从而影响洞口的支护能力。

为了进一步增强对偏压的抵抗作用，优选的，所述重力式挡墙4与浅埋侧拱脚12之间设置有连接钢筋5，所述连接钢筋5一端与重力式挡墙4固定连接，另一端与连接钢筋5固定连接。通过连接钢筋5将重力式挡墙4与浅埋侧拱脚12连接在一起，使得重力式挡墙4与护拱1为一整体结构，相当于提高了重力式挡墙4的重量，从而提高了其抗偏压能力。

重力式挡墙4的端面可以呈方形等，优选的，所述重力式挡墙4包括与浅埋侧拱脚12相邻的内端面41、与内端面41相对的外端面42、顶端面43和底端面44；所述内端面41沿竖向设置，所述外端面42由底端面44所在侧向顶端面43所在侧延伸并逐渐靠近内端面41。

内端面41沿竖向设置，外端面42由底端面44所在侧向顶端面43所在侧延伸并逐渐靠近内端面41，即，重力式挡墙4呈下厚上薄的梯形，从而提高了重力式挡墙4的稳定性；而内端面41沿竖向设置，缩小了其与护拱1拱顶段11之间的空隙，从而减少了回填土的土方，缩小了由下至上土方对内端面41作用力的差距，使得重力式挡墙4受力情况良好，稳定性更好。

为了进一步保证重力式挡墙4的抗偏压效果，优选的，所述重力式挡墙4的墙顶所处的位置高于护拱1的拱顶。

偏压浅埋隧道洞口施工防护结构的施工方法，包括顺序进行的以下步骤：

一、对山体原边坡进行预处理；

二、施工护拱1的拱顶段11，所述拱顶段11内端延伸至山体的边坡表面3，外端置于山体之外；

三、管棚施工：在护拱1的拱顶段11沿其外端向内端方向钻孔；接着，在孔内安装注浆钢管2，注浆钢管2穿过拱顶段11延伸至山体内；最后，向注浆钢管2内灌注满水泥浆；

四、浅埋侧拱脚12施工：根据隧道浅埋情况，在拱顶段11与隧道浅埋侧对应的一端的下方开挖第一坑道，在第一坑道内浇筑浅埋侧拱脚12，并使浅埋侧拱脚12与拱顶段11的对应端相连接；

五、重力式挡墙4施工：紧贴浅埋侧拱脚12向外开挖基坑槽，并在基坑槽内浇筑重力式挡墙4的挡墙基础；然后，在挡墙基础上浇筑重力式挡墙4的墙身；

六、深埋侧拱脚13施工：在拱顶段11与隧道深埋侧对应的一端的下方开挖第二坑道，在第二坑道内浇筑深埋侧拱脚13，并使深埋侧拱脚13与拱顶段11的对应端相连接；

七、回填由重力式挡墙4、护拱1及洞口端面包围形成的三角形区域。

步骤一中，对边坡进行预处理，即，对隧道洞口先施作截水沟，然后进行边坡清表、喷锚防护，并严禁对山体进行大开挖。此步骤中，山体原边坡为山体自身边坡，并非开挖形成的边坡，即，在此过程中，未对山体进行开挖，山体保持原地形地貌。

步骤二中，依据山体的边坡形状，并以地面为支撑支模浇筑护拱1的拱顶段11。拱顶段11位于山体之外，其内端延伸至山体的边坡表面3。此步骤中，拱顶段11位于山体之外，其内端延伸至山体的边坡表面3，在拱顶段11施工时，并未对山体进行开挖，拱顶段11的施工仅依靠原山体的边坡及地面。

拱顶段11施工完成后进行步骤三的管棚施工，使得，管棚对拱顶段11起到临时支撑作用，以便进行后续的步骤四。步骤四中，在拱顶段11与隧道浅埋侧对应的一端的下方开挖第一坑道，在第一坑道内浇筑浅埋侧拱脚12，并使浅埋侧拱脚12与拱顶段11的对应端相连接。浅埋侧拱脚12在浅埋侧对拱顶段11起到支撑作用。待拱顶段11施工完毕后再开挖第一坑道，施工浅埋侧拱脚12，使得可根据拱顶段11的浅埋侧的宽度及长度进行第一坑道的挖设，更够更好更容易的控制开挖的土方量及开挖位置。浅埋侧拱脚12施工完毕后，再紧贴浅埋侧拱脚12向外开挖基坑槽，并在基坑槽内浇筑重力式挡墙4的挡墙基础，然后，在挡墙基础上浇筑重力式挡墙4的墙身。避免了一次性开挖较大的土方对山体造成干扰。而重力式挡墙4的浇筑，依靠重力式挡墙4自身的重量抵抗山体偏压，避免在偏压作用下，隧道洞口整体向浅埋侧发生偏移，从而影响洞口的支护能力。而通过先施工重力式挡墙4，再施工深埋侧拱脚13，避免了开挖第二坑道时，因对深埋侧山体的扰动，造成深埋侧山体对浅埋侧的偏压加强，使得在深埋侧拱脚13施工时，重力式挡墙4已投入使用，缩短抗偏压作用获取周期。最后，通过回填由重力式挡墙4、护拱1及洞口端面包围形成的三角形区域，利用回填反压进一步抵抗偏压。

该偏压浅埋隧道洞口施工防护结构的施工方法，护拱1的拱顶段11安装前及安装中无需对山体进行开挖，浅埋侧拱脚12和深埋侧拱脚13安装时，仅在拱脚处进行开挖，从而减少了开挖的工程量，降低了洞口防护时对山体的扰动。通过依靠重力式挡墙4的重力抵抗山体偏压，重力式挡墙4的设置，开挖量小，对山体的扰动小，施工方便。通过施工浅埋侧拱脚12后，施工深埋侧拱脚13之间施工重力式挡墙4，能够及时获得抗山体偏压的作用，缩短了抗偏压作用获取周期，且抗偏压能力强，可用于大偏压隧道。

可以直接采取浅埋侧拱脚12外侧面凿毛处理后，浇筑重力式挡墙4，使重力式挡墙4与浅埋侧拱脚12通过浇筑工艺连接成一体。但是，该种方式对工艺要求高，且施工缝影响重力式挡墙4与浅埋侧拱脚12连成一体的整体性。为了提高重力式挡墙4与浅埋侧拱脚12连成一体的整体性，优选的，在浅埋侧拱脚12与重力式挡墙4之间设置有连接钢筋5；所述连接钢筋5一端在步骤四中与深入浅埋侧拱脚12内与浅埋侧拱脚12浇筑成一体；另一端在步骤五中与挡墙浇筑成一体。通过重力式挡墙4与浅埋侧拱脚12连成一体，增大了重力式挡墙4的抗偏压能力。

为了进一步减小第一坑道开挖以及浅埋侧拱脚12浇筑时，对山体的扰动，优选的，所述浅埋侧拱脚12进行分段施工，每个分段长度为1-2米；所述深埋侧拱脚13也进行分段施工，每个分段长度为1-2米。

采用分段施工，即分段开挖第一坑道，分段进行浅埋侧拱脚12浇筑，使得每一次开挖的土方量减少，分散了整体开挖对山体的扰动，且在其中某段开挖时，其它未开挖段以及已浇筑段依然起到抗压作用。再则，第一坑道分段开挖与浅埋侧拱脚12分段浇筑交替进行，能够有效利用混凝土养护时间进行开挖，缩短了浅埋侧拱脚12的施工工期，从而缩短了重力式挡墙4的施工等待时间，更进一步缩短了抗偏压作用获取周期。

优选的，所述重力式挡墙4的挡墙基础采用分段施工，每个分段长度为1-2米；所述重力式挡墙4的墙身采用分层浇筑。

采用分段施工，即分段开挖基坑槽，分段进行挡墙基础浇筑，使得每一次开挖的土方量减少，分散了整体开挖对山体的扰动，且在其中某段开挖时，其它未开挖段以及已浇筑段依然起到抗压作用。再则，基坑槽分段开挖与挡墙基础浇筑交替进行，能够有效利用混凝土养护时间进行开挖，缩短了重力式挡墙4的施工工期，更进一步缩短了抗偏压作用获取周期。重力式挡墙4的墙身采用分层浇筑，能有效避免温度裂缝，提高重力式挡墙4的质量。

Claims (8)

1.偏压浅埋隧道洞口施工防护结构，包括护拱(1)和管棚，所述管棚包括一组注满水泥浆的注浆钢管(2)；其特征在于：所述护拱(1)设置于山体的外侧，护拱(1)内端延伸至山体的边坡表面(3)；所述护拱(1)沿其环向包括顶部的拱顶段(11)以及两侧的浅埋侧拱脚(12)和深埋侧拱脚(13)；在拱顶段(11)沿其环向设置有一组由其外端贯通内端的导向孔(14)，所述注浆钢管(2)穿过导向孔(14)伸入山体内；在山体的外侧还设置有重力式挡墙(4)，所述重力式挡墙(4)设置于浅埋侧拱脚(12)的外侧并紧贴浅埋侧拱脚(12)。

2.如权利要求1所述的偏压浅埋隧道洞口施工防护结构，其特征在于：所述重力式挡墙(4)与浅埋侧拱脚(12)之间设置有连接钢筋(5)，所述连接钢筋(5)一端与重力式挡墙(4)固定连接，另一端与连接钢筋(5)固定连接。

3.如权利要求2所述的偏压浅埋隧道洞口施工防护结构，其特征在于：所述重力式挡墙(4)包括与浅埋侧拱脚(12)相邻的内端面(41)、与内端面(41)相对的外端面(42)、顶端面(43)和底端面(44)；所述内端面(41)沿竖向设置，所述外端面(42)由底端面(44)所在侧向顶端面(43)所在侧延伸并逐渐靠近内端面(41)。

4.如权利要求1-3任意一项权利要求所述的偏压浅埋隧道洞口施工防护结构，其特征在于：所述重力式挡墙(4)的墙顶所处的位置高于护拱(1)的拱顶。

5.如权利要求1所述的偏压浅埋隧道洞口施工防护结构的施工方法，其特征在于：包括顺序进行的以下步骤：

一、对山体原边坡进行预处理；

二、施工护拱(1)的拱顶段(11)，所述拱顶段(11)内端延伸至山体的边坡表面(3)，外端置于山体之外；

三、管棚施工：在护拱(1)的拱顶段(11)沿其外端向内端方向钻孔；接着，在孔内安装注浆钢管(2)，注浆钢管(2)穿过拱顶段(11)延伸至山体内；最后，向注浆钢管(2)内灌注满水泥浆；

四、浅埋侧拱脚(12)施工：根据隧道浅埋情况，在拱顶段(11)与隧道浅埋侧对应的一端的下方开挖第一坑道，在第一坑道内浇筑浅埋侧拱脚(12)，并使浅埋侧拱脚(12)与拱顶段(11)的对应端相连接；

五、重力式挡墙(4)施工：紧贴浅埋侧拱脚(12)向外开挖基坑槽，并在基坑槽内浇筑重力式挡墙(4)的挡墙基础；然后，在挡墙基础上浇筑重力式挡墙(4)的墙身；

六、深埋侧拱脚(13)施工：在拱顶段(11)与隧道深埋侧对应的一端的下方开挖第二坑道，在第二坑道内浇筑深埋侧拱脚(13)，并使深埋侧拱脚(13)与拱顶段(11)的对应端相连接；

七、回填由重力式挡墙(4)、护拱(1)及洞口端面包围形成的三角形区域。

6.如权利要求5所述的偏压浅埋隧道洞口施工防护结构的施工方法，其特征在于：在浅埋侧拱脚(12)与重力式挡墙(4)之间设置有连接钢筋(5)；所述连接钢筋(5)一端在步骤(4)中与深入浅埋侧拱脚(12)内与浅埋侧拱脚(12)浇筑成一体；另一端在步骤五中与挡墙浇筑成一体。

7.如权利要求5所述的偏压浅埋隧道洞口施工防护结构的施工方法，其特征在于：所述浅埋侧拱脚(12)进行分段施工，每个分段长度为1-2米；所述深埋侧拱脚(13)也进行分段施工，每个分段长度为1-2米。

8.如权利要求5所述的偏压浅埋隧道洞口施工防护结构的施工方法，其特征在于：所述重力式挡墙(4)的挡墙基础采用分段浇筑，每个分段长度为1-2米；所述重力式挡墙(4)的墙身采用分层浇筑。