CN109853399A - 用于拱桥的大截面倾斜隧道式拱座结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于拱桥的大截面倾斜隧道式拱座结构及其施工方法，包括拱座本体，所述拱座本体包括沿倾斜方向开挖于路基面的隧洞腔室和设置于隧洞腔室内的回填层，所述隧洞腔室包括沿纵向设置的洞身段和洞口段，所述洞身段为单层衬砌结构，洞口段为双层衬砌结构，且洞口段外壁设置有洞口防护棚。本发明能够避免拱座基础大开挖、高边坡，降低在建设过程中的施工风险和潜在的运营风险，同时提升环境保护品质。

Description

用于拱桥的大截面倾斜隧道式拱座结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及拱桥施工领域，特别涉及一种用于拱桥的大截面倾斜隧道式拱座结构及其施工方法。

背景技术

通常拱桥的拱座有三种形式：明挖扩大基础、复合桩基础、嵌岩基础。其中明挖扩大基础施工步序简单，应用十分普遍；但是存在如下缺点：

1.基坑或边坡开挖量大，往往会形成高边坡；

2.拱座回填的圬工量大；

3.施工期间对周边生态环境影响较大。

4.在一些深切沟谷地带或者对环保要求较高的库岸区域，拱座若采取明挖扩大基础方式，将会出现高陡边坡、土石方量弃渣困难；

5.运营后期的安全风险高。

因此，急需开发一种能够避免拱座基础大开挖、高边坡，降低在建设过程中的施工风险和潜在的运营风险，同时提升环境保护品质的用于拱桥的大截面倾斜隧道式拱座结构。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种用于拱桥的大截面倾斜隧道式拱座结构及其施工方法，能够避免拱座基础大开挖、高边坡，降低在建设过程中的施工风险和潜在的运营风险，同时提升环境保护品质。

本发明的用于拱桥的大截面倾斜隧道式拱座结构，包括拱座本体，所述拱座本体包括沿倾斜方向开挖于路基面的隧洞腔室和设置于隧洞腔室内的回填层，所述隧洞腔室包括沿纵向设置的洞身段和洞口段，所述洞身段为单层衬砌结构，洞口段为双层衬砌结构，且洞口段外壁设置有洞口防护棚。

进一步，所述隧洞腔室的横截面包括平底、位于平底两侧的直墙以及位于两侧直墙之间的曲拱，所述直墙与平底和曲拱之间的连接处均采用圆滑过渡连接。

进一步，所述洞身段为由格栅钢架和锚喷网构成的单层衬砌结构，所述格栅钢架上固定有倾斜设置的锁脚锚杆。

进一步，所述洞口段包括内层衬砌和外层衬砌，所述内层衬砌为钢筋混凝土结构，所述外层衬砌包括超前注浆小导管、钢拱架以及锚喷网。

进一步，所述洞口防护棚为设置于外层衬砌外的倒削竹式帽檐。

进一步，所述回填层设置于洞身段内，所述回填层位于靠近洞口段的一端设有用于与拱桥桁架连接的拱座基础。

进一步，所述回填层采用补偿收缩混凝土。

本发明还公开了一种用于拱桥的大截面倾斜隧道式拱座结构的施工方法，包括以下步骤：

S1.进入待施工场地对洞口刷坡，完成洞口边仰坡的临时防护，通过超前小导管预支护开挖进洞，避免洞口大开挖；

S2.按隧洞腔室设计图纸进行开挖以及支护，其中洞口段采用钢拱架支撑，洞身采用格栅钢架支撑；

S3.对隧洞腔室的腔壁进行检测，若发现有空洞和裂隙，进行补注浆加固地层；

S4.采用补偿收缩混凝土回填开挖的隧洞腔室，同时预埋桩基钢筋笼和拱桥的拱座基础；

S5.完成拱桥的桩孔混凝土浇筑和拱桥的架设；

S6.完成洞口仰坡的防护网安装。

进一步，在步骤S1与S2之间，若需要施工桩基钻孔，则需要完成拱座本体上方的桩基钻孔施工。

本发明的有益效果是：采用本发明的用于拱桥的大截面倾斜隧道式拱座结构，具有以下优点：

1、山体对拱座本体同比明挖式拱座隧道而言，其提供的约束力更强，对拱桥更有利。

2、首次将拱桥一侧的拱座当成整体结构考虑，即将拱桥拱座的两条腿放在一个大断面的隧道里。

3、隧道结构一般由初期支护、二衬、防水层三部分构成；本发明中隧洞腔室沿洞室纵向分成两种结构形式，确保施工期间开挖洞室的安全稳定，并满足拱桥基础使用要求；洞口段地质条件较差，且位于回填混凝土界面之上，采用双层永久衬砌；洞身段为单层临时支护，以便回填的混凝土与开挖隧道洞室能够充分贴合，填充密实。因为拱桥的受力特性要求拱座承受压应力，满足拱桥的拱座必须要求是稳定、变形小、密实的功能需求，以便能提供足够的承载力；钢支撑分为洞口段的钢拱架和洞身段的钢格栅两种型号。洞口段采用钢拱架支撑是因为钢拱架强度大，确保进洞安全；洞身采用钢格栅支撑是因为相比钢拱架，洞壁的喷射混凝土容易密实，若用钢拱架喷射混凝土背后容易产生空洞。所以洞身采用钢格栅更容易实现喷射混凝土密实。本发明考虑并执行了环保理念：洞口采用超前小导管预支护实现贴壁进洞，减少了洞口大开挖、破坏环境；并采用倒削竹形式的帽檐(洞口防护棚)防止运营期间洞顶落石的滚落。

4、提出了隧道拱座位置(平、纵)的确定方法。

5、提出了采取临时支护背后注浆填充空腔、裂隙的预防措施。

6、提出了采用补偿收缩混凝土这种材料作为拱座回填材料，确保了回填拱座无空洞。

7、提出了拱桥桥墩同时与拱座交互施工的先后顺序。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明拱座本体平面图；

图3为本发明洞口段结构示意图；

图4为本发明洞身段结构示意图。

具体实施方式

如图1至图4所示：本实施例的用于拱桥的大截面倾斜隧道式拱座结构，包括拱座本体1，所述拱座本体1包括沿倾斜方向开挖于路基面8的隧洞腔室和设置于隧洞腔室内的回填层2，所述隧洞腔室包括沿纵向设置的洞身段3和洞口段4，所述洞身段3为单层衬砌结构，洞口段4为双层衬砌结构，且洞口段4外壁设置有洞口防护棚5。采用以上结构，本发明具有以下优点：

1、山体对拱座本体1同比明挖式拱座隧道而言，其提供的约束力更强，对拱桥更有利。

2、首次将拱桥一侧的拱座当成整体结构考虑，即将拱桥拱座的两条腿放在一个大断面的隧道里。

3、隧道结构一般由初期支护、二衬、防水层三部分构成；本发明中隧洞腔室沿洞室纵向分成两种结构形式，确保施工期间开挖洞室的安全稳定，并满足拱桥基础使用要求；洞口段4地质条件较差，且位于回填混凝土界面之上，采用双层永久衬砌；洞身段3为单层临时支护，以便回填的混凝土与开挖隧道洞室能够充分贴合，填充密实。因为拱桥的受力特性要求拱座承受压应力，满足拱桥的拱座必须要求是稳定、变形小、密实的功能需求，以便能提供足够的承载力；钢支撑分为洞口段4的钢拱架和洞身段3的钢格栅两种型号。洞口段4采用钢拱架支撑是因为钢拱架强度大，确保进洞安全；洞身采用钢格栅支撑是因为相比钢拱架，洞壁的喷射混凝土容易密实，若用钢拱架喷射混凝土背后容易产生空洞。所以洞身采用钢格栅更容易实现喷射混凝土密实。本发明考虑并执行了环保理念：洞口采用超前小导管预支护实现贴壁进洞，减少了洞口大开挖、破坏环境；并采用倒削竹形式的帽檐(洞口防护棚5)防止运营期间洞顶落石的滚落。

4、提出了隧道拱座位置(平、纵)的确定方法。

5、提出了采取临时支护背后注浆填充空腔、裂隙的预防措施。

6、提出了采用补偿收缩混凝土这种材料作为拱座回填材料，确保了回填拱座无空洞。

7、提出了拱桥桥墩同时与拱座交互施工的先后顺序。

本实施例中，所述隧洞腔室的横截面包括平底、位于平底两侧的直墙以及位于两侧直墙之间的曲拱，所述直墙与平底和曲拱之间的连接处均采用圆滑过渡连接，拱座范围边仰坡开挖范围小，避免出现高边坡潜在施工风险，对山体破坏小。

本实施例中，所述洞身段3为由格栅钢架6和锚喷网7构成的单层衬砌结构，所述格栅钢架6上固定有倾斜设置的锁脚锚杆，洞身段3采用格栅钢架6支撑是因为相比钢拱架，洞壁的喷射混凝土容易密实，若用钢拱架喷射混凝土背后容易产生空洞，因此洞身段3采用格栅钢架6更容易实现喷射混凝土密实。

本实施例中，所述洞口段4包括内层衬砌和外层衬砌，所述内层衬砌为钢筋混凝土结构9，所述外层衬砌包括超前注浆小导管10、钢拱架11以及锚喷网12，使得洞口段4支撑强度大，确保进洞安全。

本实施例中，所述洞口防护棚5为设置于外层衬砌外的倒削竹式帽檐，以最大限度减小洞口边仰坡开挖、防落石滚落。

本实施例中，所述回填层2设置于洞身段3内，所述回填层2位于靠近洞口段4的一端设有用于与拱桥桁架14连接的拱座基础13，实现与拱桥桁架14的连接，且连接牢靠。

本实施例中，所述回填层2采用补偿收缩混凝土，确保了回填拱座无空洞。

本发明还公开了一种用于拱桥的大截面倾斜隧道式拱座结构的施工方法，包括以下步骤：

S1.进入待施工场地对洞口刷坡，完成洞口边仰坡的临时防护，通过超前小导管预支护开挖进洞，避免洞口大开挖；

S2.按隧洞腔室设计图纸进行开挖以及支护，其中洞口段4采用钢拱架11支撑，洞身采用格栅钢架6支撑；

S3.对隧洞腔室的腔壁进行检测，若发现有空洞和裂隙，进行补注浆加固地层；

S4.采用补偿收缩混凝土回填开挖的隧洞腔室，同时预埋桩基钢筋笼和拱桥的拱座基础13；

S5.完成拱桥的桩孔混凝土浇筑和拱桥的架设；

S6.完成洞口仰坡的防护网安装。

为最大限度保障库岸稳定，桩基成孔或隧道开挖都应采用非爆开挖；洞口斜交段的初支钢架和二衬钢筋应逐步调整间距，顺利过渡到正常段，使其与隧道轴线正交；初期支护喷混后、二衬浇筑后，都应对结构进行雷达检测，确保初支、二衬及其两者之间的界面都必须浇筑密实；如存在空洞，应进行补注浆；被动防护网防护应根据现场地形、地质及桩位关系具体设置。

本实施例中，在步骤S1与S2之间，若需要施工桩基钻孔，则需要完成拱座本体1上方的桩基钻孔施工。

本发明在进行施工前，首先对拟建大桥拱座的位置区域进行坡体稳定性分析和拱座隧道建设的适宜性评价。当确定拟建拱座位置的坡体适合修建拱座隧道后，根据路线走向和拱桥桥型确定拱座的准确位置。拱座隧道平面轴线与拱桥平面轴线重合。拱座隧道纵断面线型为直线段，倾斜角度根据拱桥的线型确定。根据钢管拱(或其他形式的拱桥)横截面的尺寸，考虑吊装空间、洞室开挖操作空间、施工安全及工程造价等因素拟定拱座隧道的内轮廓。根据地勘资料确定拱座隧道临时支护参数(主要是用于洞室开挖和施工期间的洞室稳定)。

在半山腰上的修建拱桥的拱座基础13，往往施工区域地形陡峭，安全风险极大。本发明与现有技术相比，具有如下有优点和积极效果：

1、拱座基础13采用隧道结构形式，洞口采用倒削竹形式的帽檐(洞口防护棚5)，拱座范围边仰坡开挖范围小，避免出现高边坡潜在施工风险，对山体破坏小；

2、拱座隧道采取分段结构形式，满足桥梁拱座需求和施工安全，节约工程投资；

3、混凝土回填前进行补注浆充填密实拱座的底座，增强桥梁整体的可靠性；

4、拱座回填的圬工量同比其他结构形式小；

5、对周边生态环境影响最小、环保示范效应好；

6、拱座隧道方案具有很强的可实施性，施工步序简单，施工技术成熟；

7、同比其他拱座形式，工程造价相对较低，工期短，施工风险可控；

8、运营后期的安全风险低。

总之，本发明环保、安全、经济、可行、可靠。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种用于拱桥的大截面倾斜隧道式拱座结构，其特征在于：包括拱座本体，所述拱座本体包括沿倾斜方向开挖于路基面的隧洞腔室和设置于隧洞腔室内的回填层，所述隧洞腔室包括沿纵向设置的洞身段和洞口段，所述洞身段为单层衬砌结构，洞口段为双层衬砌结构，且洞口段外壁设置有洞口防护棚。

2.根据权利要求1所述的用于拱桥的大截面倾斜隧道式拱座结构，其特征在于：所述隧洞腔室的横截面包括平底、位于平底两侧的直墙以及位于两侧直墙之间的曲拱，所述直墙与平底和曲拱之间的连接处均采用圆滑过渡连接。

3.根据权利要求1所述的用于拱桥的大截面倾斜隧道式拱座结构，其特征在于：所述洞身段为由格栅钢架和锚喷网构成的单层衬砌结构，所述格栅钢架上固定有倾斜设置的锁脚锚杆。

4.根据权利要求1所述的用于拱桥的大截面倾斜隧道式拱座结构，其特征在于：所述洞口段包括内层衬砌和外层衬砌，所述内层衬砌为钢筋混凝土结构，所述外层衬砌包括超前注浆小导管、钢拱架以及锚喷网。

5.根据权利要求4所述的用于拱桥的大截面倾斜隧道式拱座结构，其特征在于：所述洞口防护棚为设置于外层衬砌外的倒削竹式帽檐。

6.根据权利要求1所述的用于拱桥的大截面倾斜隧道式拱座结构，其特征在于：所述回填层设置于洞身段内，所述回填层位于靠近洞口段的一端设有用于与拱桥桁架连接的拱座基础。

7.根据权利要求6所述的用于拱桥的大截面倾斜隧道式拱座结构，其特征在于：所述回填层采用补偿收缩混凝土。

8.一种应用权利要求1-7任一项所述的用于拱桥的大截面倾斜隧道式拱座结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.进入待施工场地对洞口刷坡，完成洞口边仰坡的临时防护，通过超前小导管预支护开挖进洞，避免洞口大开挖；

S2.按隧洞腔室设计图纸进行开挖以及支护，其中洞口段采用钢拱架支撑，洞身采用格栅钢架支撑；

S3.对隧洞腔室的腔壁进行检测，若发现有空洞和裂隙，进行补注浆加固地层；

S4.采用补偿收缩混凝土回填开挖的隧洞腔室，同时预埋桩基钢筋笼和拱桥的拱座基础；

S5.完成拱桥的桩孔混凝土浇筑和拱桥的架设；

S6.完成洞口仰坡的防护网安装。

9.根据权利要求1所述的用于拱桥的大截面倾斜隧道式拱座结构，其特征在于：在步骤S1与S2之间，若需要施工桩基钻孔，则需要完成拱座本体上方的桩基钻孔施工。