CN109838240A - 过河隧道拱盖盖挖施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了过河隧道拱盖盖挖施工方法，步骤包括：先对地表进行测量放样，依地形测设出拱顶、拱脚位置；清除过河隧道地表范围内的树木、杂草，开挖拱槽，施作截排水沟；开挖纵向托梁沟槽并绑扎钢筋，按设计衬砌的外轮廓标高往上1 m修葺成拱形状，施作水泥砂浆抹面；安设拱形钢架，拱形钢架拱脚伸入纵向托梁并与纵向托梁钢筋绑扎形成整体，沿着拱形钢架上纵向设置管棚，在拱形钢架上绑扎钢筋并浇铸混凝土；当拱盖达到设计强度后在拱盖上铺设土工膜、防水板；采用C组填料分层填筑，分层压实，回填区域地表采用钢筋混凝土铺砌；进行过河隧道暗挖施工。本发明解决了岩石层过河隧道施工过程中易渗水、易突水、扰动大、易坍塌的技术问题。

Description

过河隧道拱盖盖挖施工方法

技术领域

本发明涉及隧道施工，具体涉及过河隧道拱盖盖挖施工方法。

背景技术

过河隧道通常是指穿越河流的隧道，目前，过河隧道主要采用墙顶开挖式明挖法施工。然而，采用明挖法施工具有诸多缺点：明挖过程中需要在明挖段临时边仰坡做防护，放坡临时边仰坡、直立开挖面开挖轮廓线内、外采用喷锚网防护，当最高边仰坡高度超10m，且存在明显的土石分界线时，滑塌风险较大，若考虑明洞结构施作及回填的滞后（至少滞后4个月），则需放缓边坡，相应的开挖和回填工程量成倍增加；明洞衬砌外部需铺设防水层，由于边墙处临时边坡垂直，该处防水层的施工难度大，且横纵向明暗交界处防水层的搭接不易，防水层和明洞衬砌做不到严格意义上的密贴，给运营安全留下安全隐患；明挖法施工不利于环保，排水沟范围内地表植被将被大面积破坏，明挖土石需征地临时取、弃土场，并对取、弃土场施作防排水系统及防护；过河隧道段还需筑围堰，进行截流和导流，工程量较大，且明挖法施工受气候影响大，若在雨季施工或在旱季施工中遇大雨，则临时边坡失稳的概率增大，同时也会造成基坑内大量积水，严重影响隧道施工及作业人员的安全。

针对明挖施工方法存在的缺点，有文献公开了盖挖施工方法，例如，岩土工程界第12卷第1期第61页公开了地铁隧道穿越河流盖挖施工，该方案是在枯水季节来临前，做好充分的准备工作，一到枯水季节，先占用河流东半幅，施工围护结构，再在河床底施工东半幅盖板，在盖板两侧施工挡墙，东半幅恢复过流，再围堰西半幅，施工围护结构，在河床底施工西半幅盖板，河流恢复全断面过流后，利用盖板作为支撑，再开挖盖板下土方，施工隧道结构。其中，盖板采用空心梁板结构，底板和顶板厚度均为300mm，梁宽为800mm，梁高为1600mm。两侧及中间挡墙厚度为400mm，挡墙高度为4400mm，盖板施工完成后，实际上就是在隧道上方形成一个过水明渠。采用如前所述盖挖施工方法虽然适用于软土层过河地铁隧道施工，但其仍然不能解决岩石层过河隧道施工中存在的问题，不适用于岩石层过河隧道施工。

此外，岩石层过河隧道施工需要进行大量爆破，而爆破造成的渗水、扰动、振动、坍塌等都会严重影响施工安全和施工进度，这也导致岩石层过河隧道施工一直是隧道施工领域亟待解决的一大技术难点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于岩石层过河隧道的拱盖盖挖施工方法。

除特殊说明外，本发明所述上、下、纵向、横向等方位术语是基于说明书附图定义的。

本发明的目的是采用如下所述技术方案实现的。

过河隧道拱盖盖挖施工方法，步骤包括：

步骤1：先对地表进行测量放样，按每5-10 m一个断面现场放样，依地形测设出拱顶、拱脚位置；

步骤2：根据放样，清除过河隧道地表范围内的树木、杂草，开挖拱槽，在开挖边坡刷坡线外施作截排水沟；

步骤3：按照设计要求开挖纵向托梁沟槽并绑扎钢筋，按设计衬砌的外轮廓标高往上1m修葺成拱形状，施作一层水泥砂浆抹面，作为浇筑拱盖的内模；

步骤4：安设拱形钢架，拱形钢架拱脚伸入纵向托梁并与纵向托梁钢筋绑扎形成整体，沿着拱形钢架上纵向设置管棚，在拱形钢架上绑扎钢筋并浇铸混凝土，由纵向托梁、拱形钢架、管棚、钢筋和混凝土共同构成拱盖；

步骤5：拱盖养护，当拱盖达到设计强度后在拱盖上铺设土工膜、防水板；

步骤6：回填，回填采用C组填料分层填筑，采用夯机分层压实，回填区域地表采用钢筋混凝土铺砌；

步骤7：采用台阶法和/或全断面法进行过河隧道暗挖施工。

进一步地，步骤4中，拱形钢架的拱脚部位预留0.15-0.2m伸入纵向托梁，沿着拱形钢架纵向、在拱形钢架上按照环向间距1.0m内外交错绑扎φ22mm的钢筋。采用这样的结构能够保证拱形钢架更加稳固于地基上，进一步提高拱盖的承载力，增强拱盖的整体稳定性。

进一步地，纵向托梁采用向上延伸至地表的C35钢筋混凝土结构。

作为优选，步骤3中，纵向托梁长度为8-10 m/段。

作为优选，步骤5中，拱形钢架采用I 18型钢弯制而成，相邻拱形钢架的纵向间距为1m，管棚采用Ф89*8mm碳钢管，拱盖的主筋采用HPB400*Ф16mm钢筋。

作为优选，步骤3中，土层表面采用M10水泥砂浆抹面；步骤4中，拱形钢架上采用C35钢筋混凝土浇铸；步骤6中，回填区域地表采用厚30cm的C25钢筋混凝土铺砌。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：本发明采用由纵向托梁、拱形钢架、管棚、钢筋和混凝土共同构成的整体拱盖，并结合截排水沟、分层回填，不仅解决了岩石层过河隧道施工过程中易渗水、易突水的技术问题，而且解决了岩石层过河隧道爆破施工过程中扰动大、易坍塌的技术问题，在隧道下穿河道时每天多次进行观测，通过沉降位移观测得出，拱盖无下沉、无变形；采用本发明进行岩石层过河隧道施工，当拱盖施工完成后，即可在拱盖下方1米处进行单线隧道、双线隧道或三线隧道爆破施工，且能承受的爆破施工断面炸药用量可达300kg，爆破施工对拱盖无影响；采用本发明进行过河隧道施工，还能够大幅缩短施工周期，对于长度为30米的河道段，拱盖施工约15天，过河隧道暗挖施工约20天（爆破施工每天进尺约1.8米），即采用本发明施工方法可以将长度为30米的过河隧道施工周期缩短至35天。

附图说明

图1是本发明实施例中过河隧道拱盖施工示意图；

图2是本发明实施例中过河隧道拱盖平面示意图；

图3是本发明实施例中过河隧道采用台阶法进行暗挖施工示意图；

图中：1-河道铺砌C35钢筋混凝土，2-φ16mm钢筋、@25X25mm，3-I18型钢钢架，4-C组填料，5-纵向托梁（C35钢筋混凝土），6-φ89mm中管棚，7-φ42小导管超前周边注浆，8-锁脚锚杆，9- I18临时横撑或临时仰拱（必要时施作），10-径向锚杆，11-超前支护，12河道。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，在此指出以下实施例不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域普通技术人员根据本发明的内容作出一些非本质的改进和调整，均在本发明保护范围内。

实施例

本发明过河隧道拱盖盖挖施工方法已在兴泉铁路项目进行验证，具体如下。

项目概况：新建兴泉铁路宁泉段为兴国至泉州的单线客货共线铁路，设计时速为160Km/h，戴云山一号隧道全长13720m，为全线第一长隧道。隧道断面尺寸为7.1m×6.3m。隧道出口端DK369+715～DK369+685段为浅埋段下穿河道，埋深为4.2m（其中河床以下3m为砂夹卵石，剩余1.2m为强风化花岗岩，岩石破碎～极破碎，节理裂隙极发育）。该河道宽度约30m（过河隧道长30米），通过咨询地方气象部门往年数据，该河道20年一遇水位541.52m，洪峰流量207m³/s，50年一遇水位542m，洪峰流量245m³/s。50年一遇的水位超出了水利工程的设计范围。通过实施性施工组织的分析，该浅埋段下穿河道施工时间为6月份-7月份，正值雨季，设计图纸对浅埋段下穿河道采取明挖法施工，在雨季无法采用该方法在河道开挖深基坑存在重大安全隐患。因此只能将停工至10月底雨季过后再进行施工，若采用此方法施工将延误工期5个月以上。

拱盖设计：如图1和图2所示，拱形钢架采用I18型钢，拱形钢架由3个单元组成，各单元在钢构厂加工，运输到施工现场组装，拱形钢架单元之间采用螺栓连接，边墙脚设置钢垫板。拱形钢架之间按环向间距1.0m设置Φ22纵向连接筋。喷射混凝土采用C25喷射混凝土，厚度25cm。拱形钢架在开挖初喷砼4cm后架设，并复喷砼将钢架覆盖，其保护层厚度不小于3cm；复喷支护面达到强度后，施作衬砌钢筋，衬砌钢筋主筋采用HRB400Φ16钢筋，纵向分布钢筋采用HPB300Φ12钢筋，钩筋采用HPB300Φ8钢筋，钢筋间距@25cm×25cm。钢筋保护层厚度为5.5cm。衬砌混凝土采用C35混凝土，厚度为45cm。纵向托梁主筋采用HRB400Φ16钢筋，箍筋采用HPB300Φ8钢筋，纵向托梁混凝土采用C35混凝土。待纵向托梁和拱盖混凝土达到设计强度后回填片石至河床表面，铺床铺砌钢筋采用HPB300Φ8钢筋，钢筋间距@25cm×25cm，河床铺砌采用C25钢筋混凝土，厚30cm。

施工步骤：

步骤1：先对地表进行测量放样，按每5-10 m一个断面现场放样，依地形测设出拱顶、拱脚位置；

步骤2：根据放样，清除过河隧道地表范围内的树木、杂草，开挖拱槽，在开挖边坡刷坡线外施作截排水沟；

步骤3：按照设计要求开挖纵向托梁沟槽并绑扎钢筋，按设计衬砌的外轮廓标高往上1m修葺成拱形状，施作一层水泥砂浆抹面，作为浇筑拱盖的内模；

步骤4：安设拱形钢架，拱形钢架拱脚伸入纵向托梁并与纵向托梁钢筋绑扎形成整体，沿着拱形钢架上纵向设置管棚，在拱形钢架上绑扎钢筋并浇铸混凝土，由纵向托梁、拱形钢架、管棚、钢筋和混凝土共同构成拱盖；其中，拱形钢架采用I 18型钢在加工厂弯制加工，拱形钢架的纵向间距为1m，I 18横撑连接处或与拱形钢架连接处均设置钢垫板（240mm×200m×16mm），拱盖的主筋采用HPB400Ф16钢筋，拱盖混凝土采用C35钢筋混凝土，泵送入模；

步骤5：拱盖养护，当拱盖施工完成混凝土达到35MPa强度后在拱盖上铺设土工膜、防水板，进一步防止水流下渗；

步骤6：对拱盖上方进行回填，回填方式采用C组填料分层填筑，采用夯机分层压实，回填区域地表采用C25钢筋混凝土铺砌，厚30cm，即采用C25钢筋混凝土对河床上游50m，下游25m范围铺设，厚度30cm，防止地表水通过裂隙渗入主洞；回填时应加强防排水，侧墙采用与衬砌同级的C35混凝土回填，回填至与拱顶齐平时，应两侧对称分层夯实回填土，每层厚度不得大于0.3m，两侧回填面的高差不得大于0.5m，以避免造成施工偏压，夯填超过拱顶1m以上后方可采用大型机械施工；

步骤7：采用台阶法和全断面法进行过河隧道暗挖施工；开挖过程中采用控制爆破开挖，根据岩石层类型和实际情况，确定爆破振率控制在2.5m/s，爆破施工断面炸药用量50-300Kg，每次开挖控制在1榀拱形钢架间距，拱形钢架间距为0.6m/榀。当采用台阶法进行隧道暗挖施工时，爆破施工断面炸药用量控制为约70Kg；当采用全断面法进行隧道暗挖施工时，爆破施工断面炸药用量最高控制为300Kg。

步骤4中，安设拱形钢架如图2所示，具体为：

拱形钢架按设计分节预先加工，现场拼装安装设置，位置应垂直隧道中线，拱形钢架之间用φ22mm纵向连接钢筋焊接牢固；

拱形钢架采用型钢弯制机按照断面曲率分节进行弯制，弯制完成后，先在加工场地上进行试拼，各节钢架拼装，要求尺寸准确，弧形圆顺，沿周边轮廓误差不大于3cm；平放时平面翘曲小于2cm；

拱形钢架安装在开挖拱槽完成后立即进行，安装拱形钢架前要控制拱形钢架中心及半宽尺寸、高度，对拱脚支垫填实，每节之间采用4个螺栓进行连接，连接板应密贴；

拱形钢架安装完成后，及时进行混凝土浇筑，浇筑混凝土时分层、分段进行，以确保钢架被覆盖，满足保护层厚度要求。

为进一步保证拱形钢架置于稳固地基上，施工中在拱形钢架基脚部位预留0.15-0.2m伸入纵向托梁，以增加其承载力；当拱形钢架和基岩之间有较大间隙时设置同强度的混凝土垫块；为进一步增强拱形钢架的整体稳定性，拱形钢架间设置φ22mm的纵向连接钢筋，并按环向间距1.0m内外层交错设置。

拱形钢架安设好后尽快浇筑混凝土，并将其全部覆盖，使拱形钢架与混凝土共同受力；混凝土浇筑分层进行，每层厚度5-10cm左右，先从拱脚处向上浇筑，以防止上部浇筑混凝土虚掩拱脚，造成拱脚浇筑不密实，强度不够而失稳。

步骤4中，钢筋加工及绑扎具体为：

钢筋在钢筋加工厂制作成半成品，编号后分类堆存，根据现场需要，钢筋由随车吊运输至现场，由人工安装、绑扎。钢筋的接长应顺直、绑扎应牢固；钢筋安装质量严格按照规定进行执行；

钢筋进厂 ：钢筋进厂后，必须出具出厂质量证明书和试验报告单，并及时进行钢筋抽检，钢筋力学性能合格后方可进厂，进厂后钢筋按类型堆放，钢筋下面垫枕木等与地面悬空，标明钢筋的名称、型号、产地、检验情况等；

钢筋去污、调直 ：钢筋表面油渍、漆污、浮皮、铁锈用人工除净。对于锈蚀严重损伤的钢筋，应降级使用；对于粗钢筋局部弯折可用自行加工的“F”形矫正工具矫正，对于细钢筋或弯曲的粗钢筋可用钢筋调直机进行调直；

钢筋下料成型 ：根据过河隧道设计图，在钢筋加工厂用钢筋加工机械加工成型；

钢筋接长 ：根据下料实际情况，可以将短节钢筋接长使用；

成型钢筋堆放 ：钢筋加工完成后，按照设计图纸的尺寸和规格堆放钢筋，钢筋下面垫设枕木，设置标识牌，标明钢筋尺寸、用处及数量，避免出现钢筋错用；

钢筋运输 ：加工好的钢筋用吊车分类吊放入运输车，运输到施工现场；

钢筋绑扎允许偏差为：受力钢筋顺长度方向的全长允许偏差±10 mm，弯起钢筋的弯折位置允许偏差20 mm，箍筋内净尺寸允许偏差±3 mm。

步骤3、4、6中混凝土施工

混凝土配合比要求 ：过河隧道混凝土为泵送混凝土，其配合比须经严格试配，满足要求后才允许进行混凝土浇筑；

混凝土浇筑 ：过河隧道混凝土由混凝土拌和站集中拌制，经混凝土罐车运输至浇筑现场，混凝土拖泵直接输送入仓浇筑；

混凝土振捣采用插入式振捣器进行振捣。振捣时，避免振捣钢筋、及其他预埋件。混凝土振捣应密实，不漏振、欠振或过振。混凝土浇筑前，对支架系统、模板、钢筋、其它预埋件进行认真检查。混凝土浇筑过程中，必须对支架系统全过程监控，发现问题及时处理；

混凝土施工方法：灌筑混凝土，必须连续施工不留施工缝，混凝土的拌制在混凝土拌和站进行，拌制混凝土时，采用自动计量系统按设计配合比配料，混凝土罐车运输，泵送入模；灌筑混凝土时，先纵向托梁后拱形钢架； 混凝土终凝后开始养护，以保持良好的硬化条件，采用洒水养护；施工缝和伸缩缝：施工缝在DK369+685处埋设中埋式橡胶止水带。

步骤7中，采用台阶法进行过河隧道暗挖施工如图3所示，具体为：

开挖①部，施作①部台阶周边的初期支护，初喷4cm厚混凝土，铺设钢筋网，架立钢架（设锁脚锚管），钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度，施作下一循环超前支护；

架设①底部临时横撑，并喷混凝土（厚20cm）封闭临时仰拱；

在滞后于①部一段距离后，开挖②部，施作边墙初期支护，初喷4cm厚混凝土，铺设钢筋网，接长钢架（设锁脚锚管），钻设径向锚杆后复喷混凝土至设计厚度；

在滞后于②部一段距离后，开挖③部，施作隧底喷混凝土；

在滞后于③一段距离后，灌筑IV部仰拱及边墙基础；

灌筑仰拱填充V部至设计高度；

施工防排水工程，一次性灌筑VI部（拱墙）衬砌。

对于本实施例中过河隧道（隧道出口端DK369+715～DK369+685段），拱盖施工周期为15天，过河隧道暗挖施工为20天，爆破施工每天进尺约1.8米，除去前期进场和收尾阶段，该过河隧道施工周期为35天，工程造价约30万元（相比于明挖施工至少可节约工程造价约500万元），在采用台阶法进行开挖施工过程中，均未出现渗水、突水情况。爆破施工过程中，根据岩石层类型不同和实际情况，爆破断面炸药的用量最小为50 Kg 、最大为300Kg，在爆破施工后，通过沉降位移观测得出，拱盖无下沉、无变形、无损坏、无坍塌，爆破施工对拱盖无影响，且该过河隧道完成至今，也未出现渗水、突水情况。

Claims (6)

1.过河隧道拱盖盖挖施工方法，其特征在于，步骤包括：

步骤1：先对地表进行测量放样，按每5-10 m一个断面现场放样，依地形测设出拱顶、拱脚位置；

步骤2：根据放样，清除过河隧道地表范围内的树木、杂草，开挖拱槽，在开挖边坡刷坡线外施作截排水沟；

步骤3：按照设计要求开挖纵向托梁沟槽并绑扎钢筋，按设计衬砌的外轮廓标高往上1m修葺成拱形状，施作一层水泥砂浆抹面，作为浇筑拱盖的内模；

步骤4：安设拱形钢架，拱形钢架拱脚伸入纵向托梁并与纵向托梁钢筋绑扎形成整体，沿着拱形钢架上纵向设置管棚，在拱形钢架上绑扎钢筋并浇铸混凝土，由纵向托梁、拱形钢架、管棚、钢筋和混凝土共同构成拱盖；

步骤5：拱盖养护，当拱盖达到设计强度后在拱盖上铺设土工膜、防水板；

步骤6：回填，回填采用C组填料分层填筑，采用夯机分层压实，回填区域地表采用钢筋混凝土铺砌；

步骤7：采用台阶法和/或全断面法进行过河隧道暗挖施工。

2.根据权利要求1所述的过河隧道拱盖盖挖施工方法，其特征在于：拱形钢架的拱脚部位预留0.15-0.2m伸入纵向托梁，沿着拱形钢架纵向、在拱形钢架上按照环向间距1.0m内外交错绑扎φ22mm的钢筋。

3.根据权利要求2所述的过河隧道拱盖盖挖施工方法，其特征在于：纵向托梁采用向上延伸至地表的C35钢筋混凝土结构。

4.根据权利要求3所述的过河隧道拱盖盖挖施工方法，其特征在于：纵向托梁长度为8-10 m/段。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的过河隧道拱盖盖挖施工方法，其特征在于：拱形钢架采用I 18型钢弯制而成，相邻拱形钢架的纵向间距为1m，管棚采用Ф89*8mm碳钢管，拱盖的主筋采用HPB400*Ф16mm钢筋。

6.根据权利要求5所述的过河隧道拱盖盖挖施工方法，其特征在于：土层表面采用M10水泥砂浆抹面，拱形钢架上采用C35钢筋混凝土浇铸，回填区域地表采用厚30cm的C25钢筋混凝土铺砌。