CN108547643B - 一种用于处理隧道顶部大型空腔溶洞护拱的施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于处理隧道顶部大型空腔溶洞护拱的施工方法,包括护拱基础施工、护拱外模和混凝土护拱施工和缓冲层施工等步骤。本发明的施工方法能够有效应对隧道顶部位置存在大型空腔溶洞的情况,且施工过程简单易行、施工方便,护拱连成整体受力稳定性好,并通过护拱基础将力分散至四周的围岩中,降低了溶洞对施工过程的影响,提高了隧道通过大型空腔溶洞时的施工效率和安全性,也提高了建成后的隧道质量。
Description
技术领域
本发明属于隧道施工大型空腔溶洞处治方法领域,尤其涉及一种用于处理隧道顶部大型空腔溶洞护拱的施工方法。
背景技术
溶洞的形成是石灰岩地区地下水长期溶蚀的结果,可能形成岩体内的空洞或有填充物的腔室。这种结构对于隧道施工影响大,若位于洞顶位置,容易造成拱顶坍塌,给施工带来巨大安全隐患。因此在隧道下穿溶洞过程中,对溶洞的合理处治是保证施工质量、安全和施工进度的必要措施。
针对隧道建设时顶部大型空腔溶洞的问题,还没有很好的处治措施,就目前技术而言,存在施工时间长、施工费用高、安全性不够、存在较大安全隐患等问题,还无法完全满足顶部存在大型空腔溶洞的隧道高效、高质量的安全施工要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足,提供一种施工时间短、安全、费用低、施工过程简单方便的用于处理隧道顶部大型空腔溶洞护拱的施工方法。
为解决上述技术问题,本发明提出的技术方案为:
一种用于处理隧道顶部大型空腔溶洞护拱的施工方法,包括以下步骤,
(a)护拱基础施工:从拱脚初期支护外轮廓线向外和向下开挖,并施作护拱基础;
(b)护拱外模和混凝土护拱施工:在施作隧道初期支护之前,在所述护拱基础上安装护拱工字钢拱架,用纵向连接筋连接所述护拱工字钢拱架,然后在所述护拱工字钢拱架的外侧铺设钢筋网,并喷射混凝土形成护拱外模,在隧道初期支护施工完成后,在所述护拱外模和所述隧道初期支护之间浇筑混凝土形成混凝土护拱;
(c)缓冲层施工:在所述护拱外模的外侧上部铺设砂子形成缓冲层。
上述的施工方法,优选的,在所述步骤(a)中,在所述护拱基础的顶部预留楔形槽,并在所述楔形槽的底部预埋用于与护拱工字钢拱架连接的连接钢筋。相比于直接在平面上预埋钢筋,楔形槽可以在水平方向上对护拱外模起到约束作用,防止护拱外模外侧水平荷载过大造成连接钢筋弯曲变形,进而避免护拱外模与护拱基础顶面在水平方向上错开导致整体稳定性变差,预埋连接钢筋可以起到定位工字钢的作用,同时预埋的连接钢筋通过与护拱工字钢拱架钢翼缘焊接的方式能将工字钢牢固地固定在楔形槽内,将护拱基础与护拱外模形成整体,提高护拱刚度,操作简单、可靠、安全。
上述的施工方法,优选的,在所述步骤(b)中,在所述护拱基础上安装护拱工字钢拱架的步骤包括将所述连接钢筋与所述护拱工字钢拱架焊接。直接焊接即可完成安装护拱工字钢拱架的过程,操作方便快捷,且无需再次定位,大幅提高施工效率。
上述的施工方法,优选的,在所述步骤(b)中,在对所述护拱外模和隧道初期支护喷射混凝土之前还包括在所述护拱工字钢拱架和隧道初期支护工字钢拱架上布设方向指向隧道圆心的护拱锚固钢筋的步骤。具体的,在护拱工字钢拱架安装就位后以及在隧道初期支护工字钢拱架安装完毕后,即开始在护拱工字钢拱架和隧道初期支护工字钢拱架上沿环向相同径向位置处布置方向指向隧道圆心的护拱锚固钢筋,护拱锚固钢筋的端头采用螺栓锚头锚固于护拱混凝土中,护拱锚固钢筋分别与护拱工字钢拱架、隧道初期支护工字钢拱架通过U型连接钢筋焊接连接为一体,并锚固于护拱混凝土中。护拱锚固钢筋能将护拱外模、隧道初期支护和混凝土护拱连接成整体,整体结构的安全性和稳定性更好,能更好地保护隧道本体,提高施工过程的安全性。
上述的施工方法,优选的,在所述步骤(b)中,在护拱外模的顶部预埋用于输送砂子的喷砂管。喷砂管便于在护拱施工完成后向护拱外模的顶部喷砂以铺设缓冲层,砂子缓冲层能够缓冲溶洞顶部坠落物对护拱产生的巨大冲击力。
上述的施工方法,优选的,在所述护拱外模的外缘布设透水盲管。具体的,在护拱外模的外侧按一定纵向间距设置软式环向透水盲管,在边墙底部对称设置软式纵向透水盲管并与环向透水盲管连接相通,沿纵向设置横向泄水管并与纵向透水盲管连接相通,环向透水盲管能够将溶洞腔体内的流水引至纵向透水盲管并通过横向泄水管排至初期支护外,防止流水对隧道造成冲蚀等影响。
上述的施工方法,优选的,在所述步骤(b)中,沿隧道的环向在隧道初期支护预埋用于排气或输送混凝土的粗钢管。部分粗钢管用于排气,其余的粗钢管用于输送混凝土,以在护拱外模和隧道初期支护之间填充混凝土护拱,提高护拱整体的强度。
上述的施工方法,优选的,在所述步骤(b)中,在施作混凝土护拱时,混凝土分3~5段浇筑,以避免大体积混凝土因内部水化热释放集中而产生温度裂缝,影响结构安全和正常使用。
上述的施工方法,优选的,在所述步骤(c)中,待混凝土护拱的混凝土强度达到85%后,通过所述喷砂管输送砂子形成缓冲层。由于砂子缓冲层存在一定的重量,在混凝土强度过低的时候输送会对护拱结构造成较大的承重负担,容易引起结构变形,因此需待混凝土强度达到85%后。
上述的施工方法,优选的,所述缓冲层的厚度不小于2.5m。缓冲层的厚度太小无法起到缓冲的作用,坠落物可能会对护拱造成直接的冲撞,严重影响施工过程的安全性。
与现有技术相比,本发明的优点在于:
本发明的用于处理隧道顶部大型空腔溶洞护拱的施工方法,包括护拱基础施工、护拱外模施工、隧道初期支护施工、混凝土护拱施工和缓冲层施工等步骤。护拱基础施工的步骤在隧道两侧的拱脚处建造了用于承载护拱的护拱基础,护拱基础能够有效将护拱的负载及自重传递到附近的围岩之中,提高了整体结构的安全稳定性和负载能力,最大程度降低溶洞结构对隧道施工过程的影响,同时护拱基础还有助于施工定位并提高施工效率;护拱外模施工建造得到起支撑和保护作用的护拱外模,减少溶洞结构的地质变化对隧道本体的影响;在有护拱外模的保护下进行隧道初期支护的施工更为安全;在护拱外模和隧道初期支护之间浇筑混凝土护拱能将护拱外模和隧道初期支护两者连成一个整体,进一步提高整体结构的稳定性和抗压能力;砂子缓冲层能够有效缓冲溶洞顶部坠落物对护拱产生的巨大冲击力,提高护拱结构的安全性能。
本发明的施工方法能够有效应对隧道顶部位置存在大型空腔溶洞的地形情况,且施工过程简单易行、施工方便,整体结构受力并分散至四周的围岩中,保证了围岩的稳定性,降低了施工过程对溶洞的影响,也减小了溶洞因地质变化对隧道本体的影响,提高了隧道通过大型空腔溶洞时的施工效率和安全性,也提高了建成后的隧道质量。
附图说明
图1是隧道顶部大型空腔溶洞护拱的结构示意图。
图2是护拱基础的横断面的结构示意图。
图3是护拱基础的纵断面的结构示意图。
图4是护拱锚固钢筋布置的示意图。
图5是透水盲管布置的示意图。
图例说明:
1、护拱基础;11、楔形槽;12、连接钢筋;2、护拱外模;21、护拱工字钢拱架;22、护拱锚固钢筋;23、喷砂管;24、透水盲管;241、环向透水盲管;242、纵向透水盲管;243、横向泄水管;25、U型连接钢筋;3、隧道初期支护;31、粗钢管;32、隧道初期支护工字钢拱架;4、混凝土护拱;5、缓冲层。
具体实施方式
为了便于理解本发明,下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明做更全面、细致地描述,但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。
如图1至图5所示,本实施例的用于处理隧道顶部大型空腔溶洞护拱的施工方法,包括以下步骤,
(a)护拱基础施工:分别从隧道左右两侧拱脚初期支护外轮廓线向外和向下两个方向开挖,开挖完后清理淤泥并处理基底,绑扎钢筋网,并用混凝土浇筑形成护拱基础1;在护拱基础1的顶部预留楔形槽11,并在楔形槽11的底部对应安装护拱拱架的位置预埋用于与护拱工字钢拱架21连接的连接钢筋12。具体的,四根连接钢筋12为一组,分别与护拱工字钢拱架21的四个角连接,沿隧道掘进的方向每0.5m设置一组连接钢筋12,连接钢筋12的一端埋于混凝土中,另一端从楔形槽11的底部伸出并外露于楔形槽11中;
(b)护拱外模施工和混凝土护拱施工:护拱工字钢拱架21按0.5米/榀安装,将护拱工字钢拱架21安放在护拱基础1顶部预留的楔形槽11内,将护拱工字钢拱架21与预埋的连接钢筋12焊牢,以实现在护拱基础1上安装护拱工字钢拱架21的过程;
采用Φ25钢筋作为纵向连接筋,在护拱工字钢拱架21的外侧铺设钢筋网,并与护拱工字钢拱架21焊接牢固;
在护拱工字钢拱架21上沿环向布设护拱锚固钢筋22,护拱锚固钢筋22的方向指向隧道圆心;具体的,在护拱工字钢拱架21安装就位后,即开始在护拱工字钢拱架21沿环向相同径向位置处布置方向指向隧道圆心的护拱锚固钢筋22,护拱锚固钢筋22与护拱工字钢拱架21通过U型连接钢筋25焊接连接为一体;
在护拱外模2的顶部沿纵向每4m预埋用于输送砂子的喷砂管23,喷砂管23的上部露出护拱外模2顶面2.5m,喷砂管23的下部端头沿隧道径向露出隧道初期支护内沿10cm,以便于之后向护拱上部输送砂子缓冲层5;
喷射早强混凝土,将护拱工字钢拱架21、钢筋网与护拱锚固钢筋22连接为一个整体,有效保障隧道正洞施工安全并兼做护拱外模2;
在护拱外缘按5米/环间距布设透水盲管24,透水盲管24的上部紧贴岩面,透水盲管24的下部与护拱墙身泄水孔连接,通过泄水孔将溶腔流水排至隧道初期支护3外;具体的,在护拱外模的外侧按一定纵向间距设置软式环向透水盲管241,在边墙底部对称设置软式纵向透水盲管242并与环向透水盲管241连接相通,沿纵向设置横向泄水管243并与纵向透水盲管242连接相通,环向透水盲管241能够将溶洞腔体内的流水引至纵向透水盲管242并通过横向泄水管243排至隧道初期支护3外;
隧道初期支护工字钢拱架32按0.5米/榀安装,然后铺设钢筋网和纵向连接筋,在隧道初期支护工字钢拱架32上沿环向相同径向位置处布置方向指向隧道圆心的护拱锚固钢筋22,护拱锚固钢筋22与隧道初期支护工字钢拱架32通过U型连接钢筋25焊接连接为一体,最后喷射混凝土形成隧道初期支护3;
在隧道初期支护3中按环向间距3米、纵向间距3米预埋用于输送混凝土的粗钢管31,用于输送混凝土的粗钢管31下部露出隧道初期支护3的内缘20cm;在正洞拱顶预埋用于排气的粗钢管31,用于排气的粗钢管31下部与隧道初期支护3的内缘齐平;
通过预埋的用于输送混凝土的粗钢管31泵送混凝土至护拱外模2和隧道初期支护3之间,混凝土分3~5段浇筑,形成混凝土护拱4;
(c)缓冲层施工:待混凝土护拱4的混凝土强度达到85%后,通过喷砂管23向护拱外模2的外侧上部吹入砂子缓冲层5,缓冲层5的厚度不小于2.5m。
采用本实施例的施工方法可以较好地处理隧道顶部存在大型溶洞的情况,施工过程安全稳定,护拱结构有效支撑起溶洞,并通过护拱基础将所受的力均匀分散至周围的围岩中,缓冲层能有效缓冲溶洞顶部坠落物的冲击,避免对隧道造成影响甚至发生事故。本实施例的施工方法操作简单方便、安全性能好、施工效率高成本低,最终建成的隧道质量好,满足隧道施工安全的需要。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围的情况下,都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰,或修改为等同变化的等效实施例。因此,凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰,均应落在本发明技术方案保护的范围内。
Claims (9)
1.一种用于处理隧道顶部大型空腔溶洞护拱的施工方法,其特征在于:包括以下步骤,
(a)护拱基础施工:从拱脚初期支护外轮廓线向外和向下开挖,并施作护拱基础(1);
(b)护拱外模和混凝土护拱施工:在施作隧道初期支护(3)之前,在所述护拱基础(1)上安装护拱工字钢拱架(21),用纵向连接筋连接所述护拱工字钢拱架(21),然后在所述护拱工字钢拱架(21)的外侧铺设钢筋网,并喷射混凝土形成护拱外模(2),在隧道初期支护(3)施工完成后,在所述护拱外模(2)和所述隧道初期支护(3)之间浇筑混凝土形成混凝土护拱(4);
(c)缓冲层施工:在所述护拱外模(2)的外侧上部铺设砂子形成缓冲层(5);
在所述步骤(b)中,在对所述护拱外模(2)和隧道初期支护(3)喷射混凝土之前还包括在所述护拱工字钢拱架(21)和隧道初期支护工字钢拱架(32)上布设方向指向隧道圆心的护拱锚固钢筋(22)的步骤。
2.根据权利要求1所述的用于处理隧道顶部大型空腔溶洞护拱的施工方法,其特征在于:在所述步骤(a)中,在所述护拱基础(1)的顶部预留楔形槽(11),并在所述楔形槽(11)的底部预埋用于与护拱工字钢拱架(21)连接的连接钢筋(12)。
3.根据权利要求2所述的用于处理隧道顶部大型空腔溶洞护拱的施工方法,其特征在于:在所述步骤(b)中,在所述护拱基础(1)上安装护拱工字钢拱架(21)的步骤包括将所述连接钢筋(12)与所述护拱工字钢拱架(21)焊接。
4.根据权利要求1至3任一项所述的用于处理隧道顶部大型空腔溶洞护拱的施工方法,其特征在于:在所述步骤(b)中,在护拱外模(2)的顶部预埋用于输送砂子的喷砂管(23)。
5.根据权利要求1至3任一项所述的用于处理隧道顶部大型空腔溶洞护拱的施工方法,其特征在于:在所述步骤(b)中,在所述护拱外模(2)的外缘布设透水盲管(24)。
6.根据权利要求1至3任一项所述的用于处理隧道顶部大型空腔溶洞护拱的施工方法,其特征在于:在所述步骤(b)中,沿隧道的环向在隧道初期支护(3)预埋用于排气或输送混凝土的粗钢管(31)。
7.根据权利要求1至3任一项所述的用于处理隧道顶部大型空腔溶洞护拱的施工方法,其特征在于:在所述步骤(b)中,在施作混凝土护拱(4)时,混凝土分3~5段浇筑。
8.根据权利要求4所述的用于处理隧道顶部大型空腔溶洞护拱的施工方法,其特征在于:在所述步骤(c)中,待混凝土护拱(4)的混凝土强度达到85%后,通过所述喷砂管(23)输送砂子形成缓冲层(5)。
9.根据权利要求8所述的用于处理隧道顶部大型空腔溶洞护拱的施工方法,其特征在于:所述缓冲层(5)的厚度不小于2.5m。
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