CN112855169A - 一种跨越特大型溶洞的斜拉桥式隧道施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种跨越特大型溶洞的斜拉桥式隧道施工方法，其具体实施步骤如下：步骤一、清除岩溶空腔岩壁中存在的松动石块，局部严重区域采用喷射混凝土进行防护；步骤二、开挖隧道顶部斜拉索锚固区；步骤三、在锚固区安装锚碇，并浇筑锚固区混凝土；步骤四、逐段挂设斜拉索，浇筑安装主梁；步骤五、浇筑铺装层；步骤六、浇筑隧道衬砌结构混凝土；步骤七、铺设隧道防水层；步骤八、浇筑防落石缓冲层；步骤九、调整斜拉索索力，使结构受力达到最佳状态。本发明的施工方法科学合理、安全可靠，大大提高了在处治顶部较高、底部较深、并且纵向跨度较大的特大型溶洞隧道施工中桥梁的跨越能力。
Description
技术领域
本发明属于隧道工程技术领域，具体涉及了一种跨越特大型溶洞的斜拉桥式隧道施工方法。
背景技术
对于隧道穿越溶洞区段，一般采用填筑方案，采用路基形式通过。常规方法为满填洞渣或采用浆砌片石进行回填隧道周围岩溶空腔，但是对于顶部较高、底部较深、并且纵向跨度较大的特大型溶洞而言，填筑材料用量巨大、排水性差、施工工期长、工后沉降大，难以满足结构及运营安全需要。如果采用常规桥跨跨越，其跨越能力小、桥墩墩高较大、洞内施工风险较大，经济性较差。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中存在的不足，提供了一种跨越特大型溶洞的斜拉桥式隧道施工方法。本发明在处治顶部较高、底部较深、并且纵向跨度较大的特大型溶洞隧道施工中，采用斜拉桥式隧道进行跨越，可有效克服大量填筑材料取料难、排水性差、施工工期长、工后沉降大、风险大、经济性较差等缺点，提高岩溶隧道施工工效，降低成本，降低风险。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种跨越特大型溶洞的斜拉桥式隧道施工方法，包括以下施工步骤：
步骤一、清除岩溶空腔的岩壁中存在的松动石块，局部严重区域采用喷射混凝土进行防护；优选地，所述的喷射混凝土宜为C20或者C25早强混凝土；
步骤二、开挖隧道顶部斜拉索的锚固区，其中锚固区的高度与斜拉桥跨径之比为1:（2.7～3.7）；
步骤三、在锚固区安装锚碇，并浇筑锚固区混凝土；具体为：
1）锚碇主体施工：锚碇位置测量放样——基坑开挖——碾压平整基坑底——浇筑20cm厚度C20素混凝土作为锚碇地模——绑扎锚碇钢筋、埋设锚碇拉杆、预埋预应力波纹管——安装支护锚碇模板——浇筑锚碇混凝土——养生，完成锚碇主体施工；
2）安装锚碇锚固装置：拆除锚碇全部模板——锚碇混凝土养生完成——安装及张拉锚碇纵向、横向预应力钢束并压浆——安装锚碇锚固装置并张拉20%锚碇锚固预应力钢束并压浆——填充锚碇配重空腔——浇筑锚碇顶板混凝土——回填锚碇基坑；
步骤四、逐段挂设斜拉索，浇筑安装主梁；具体为：
挂设第一根拉索——悬臂安装主梁挂篮，张拉索力，并按照立模标高控制索力——绑扎主梁钢筋，并在模板上挂设配重水箱，同步张拉索力至100%——悬臂浇筑第一节段混凝土，同步释放配重——养护至混凝土强度达到设计值90%——张拉纵向、横向预应力钢束——挂篮迁移，重复上述步骤至最后一个阶段；
步骤五、浇筑铺装层；
步骤六、浇筑隧道衬砌结构混凝土；
步骤七、铺设隧道防水层；
步骤八、浇筑防落石缓冲层；
步骤九、调整斜拉索索力，使结构受力达到最佳状态。结合成桥后的各节段实际标高和受力情况，对照原设计值，重新验算分析全桥受力，并根据验算结果，按需调整斜拉索索力，使得弯矩、剪力、轴力等均满足施工、运营阶段的要求。
本发明进一步说明，在步骤四中，所述的主梁采用混凝土梁、组合梁、钢箱梁或者钢桁梁。主梁的梁高与斜拉桥的主跨跨径比为：混凝土梁采用1/100～1/220；组合梁采用1/125～1/200；钢箱梁采用1/180～1/330；钢桁梁梁高还应根据桥面层数确定，桁高一般在5m～15m之间。
本发明进一步说明，在步骤四中，所述的斜拉索采用双面索，索面间距根据隧道横向宽度大小确定，分别置于隧道两侧的二次衬砌内。
本发明进一步说明，在步骤五中，所述的铺装层采用10～15cm厚C40钢筋混凝土结构，内部设置双层直径为12mm、网眼间距为10×10cm的钢筋网；或者自下而上分别由8～10cm水泥混凝土调平层、4～6cm厚沥青混凝土下面层以及3～5cm厚防火沥青混凝土上面层组成。
本发明进一步说明，在步骤六中，所述的隧道衬砌结构为矩形端面或者拱形端面，并且采用钢筋混凝土或者其他轻型材料浇筑，浇筑厚度不小于20cm；所述的其他轻型材料包括泡沫混凝土、轻钢结构。
本发明进一步说明，在步骤七中，所述的隧道防水层采用内、中、外三层结构，依次为无纺布、防水板、无纺布。其中，所述的无纺布密度不小于300g/m2；所述的防水板采用易于焊接的防水卷材，厚度不小于1mm。
本发明进一步说明，在步骤八中，所述的防落石缓冲层采用橡胶缓冲保护层或者碎石缓冲层；当采用碎石缓冲层时，侧面设置约束措施以稳固碎石；所述的约束措施为设置防落网或者侧墙。
本发明进一步说明，在步骤九中，调整斜拉索索力的大小至原设计值的80%～110%。
在本发明中，所述的主梁、斜拉索以及隧道衬砌结构混凝土共同组成索式隧道结构体系，作为受力的主要结构，共同承受结构自重、车辆和落石冲击等荷载的作用。所述的防落石缓冲层可有效保护隧道结构，减轻落石冲击对整个结构体系造成较大的冲击影响。
本发明的优点：
1.本发明的施工方法科学合理、安全可靠，大大提高了在处治顶部较高、底部较深、并且纵向跨度较大的特大型溶洞隧道施工中桥梁的跨越能力。
2.本发明的施工方法有效克服大量填筑材料取料难、排水性差、施工工期长、工后沉降大、风险大、经济性较差等缺点，提高岩溶隧道施工工效，降低成本，降低风险。
3.本发明的施工方法效果良好、施工效率较高、可操作性较强，能满足项目实施安全、优质等方面要求。
4.本发明的施工方法可推广应用于公路、铁路、市政、军事等领域的隧道工程，应用范围广，具有广阔的推广应用价值。
附图说明
图1是本发明中采用斜拉桥式隧道进行跨越特大型溶洞的结构示意图。
图2是本发明中跨越特大型溶洞的斜拉桥的截面结构示意图。
附图标记：1-岩溶空腔，2-隧道，3-锚固区，4-主梁，5-斜拉索，6-铺装层，7-隧道衬砌结构混凝土，8-防水层，9-防落石缓冲层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
实施例1：
一种跨越特大型溶洞的斜拉桥式隧道施工方法，包括以下步骤：
步骤一、清除岩溶空腔1的岩壁中存在的松动石块，局部严重区域采用喷射混凝土进行防护；优选地，所述的喷射混凝土为C20早强混凝土。
步骤二、开挖隧道顶部斜拉索的锚固区3，其中锚固区的高度与斜拉桥跨径之比为1 : 2.7。
步骤三、在锚固区3安装锚碇，并浇筑锚固区混凝土；具体为：
1）锚碇主体施工：锚碇位置测量放样——基坑开挖——碾压平整基坑底——浇筑20cm厚度C20素混凝土作为锚碇地模——绑扎锚碇钢筋、埋设锚碇拉杆、预埋预应力波纹管——安装支护锚碇模板——浇筑锚碇混凝土——养生，完成锚碇主体施工；
2）安装锚碇锚固装置：拆除锚碇全部模板——锚碇混凝土养生完成——安装及张拉锚碇纵向、横向预应力钢束并压浆——安装锚碇锚固装置并张拉20%锚碇锚固预应力钢束并压浆——填充锚碇配重空腔——浇筑锚碇顶板混凝土——回填锚碇基坑。
步骤四、逐段挂设斜拉索5，浇筑安装主梁4；具体为：
挂设第一根拉索——悬臂安装主梁挂篮，张拉索力，并按照立模标高控制索力——绑扎主梁钢筋，并在模板上挂设配重水箱，同步张拉索力至100%——悬臂浇筑第一节段混凝土，同步释放配重——养护至混凝土强度达到设计值90%——张拉纵向、横向预应力钢束——挂篮迁移，重复上述步骤至最后一个阶段。
步骤五、浇筑铺装层6；
优选的，所述的铺装层6采用15cm厚C40钢筋混凝土结构，内部设置双层直径为12mm、网眼间距为10×10cm的钢筋网。
步骤六、浇筑隧道衬砌结构混凝土7；
优选的，所述的隧道衬砌结构为拱形端面，并且采用钢筋混凝土，浇筑厚度不小于20cm。
步骤七、铺设隧道防水层8；
优选的，所述的隧道防水层8采用内、中、外三层结构，依次为无纺布、防水板、无纺布。所述的无纺布密度不小于300g/m2；所述的防水板采用易于焊接的防水卷材，厚度不小于1mm。
步骤八、浇筑防落石缓冲层9；
优选的，所述的防落石缓冲层9采用橡胶缓冲保护层。
步骤九、调整斜拉索5索力，使结构受力达到最佳状态。结合成桥后的各节段实际标高和受力情况，对照原设计值，重新验算分析全桥受力，并根据验算结果，按需调整斜拉索索力，使得弯矩、剪力、轴力等均满足施工、运营阶段的要求。通常调整斜拉索5索力的大小至原设计值的80%～110%。
在本实施例中，所述的主梁4采用混凝土梁。混凝土梁的梁高与斜拉桥的主跨跨径比为：1/100～1/220。所述的斜拉索5采用双面索，索面间距根据隧道横向宽度大小确定，分别置于隧道两侧的二次衬砌内。
实施例2：
一种跨越特大型溶洞的斜拉桥式隧道施工方法，包括以下步骤：
步骤一、清除岩溶空腔1的岩壁中存在的松动石块，局部严重区域采用喷射混凝土进行防护；优选地，所述的喷射混凝土为C25早强混凝土。
步骤二、开挖隧道顶部斜拉索的锚固区3，其中锚固区的高度与斜拉桥跨径之比为1 : 3。
步骤三、在锚固区安装锚碇，并浇筑锚固区混凝土；具体为：
1）锚碇主体施工：锚碇位置测量放样——基坑开挖——碾压平整基坑底——浇筑20cm厚度C20素混凝土作为锚碇地模——绑扎锚碇钢筋、埋设锚碇拉杆、预埋预应力波纹管——安装支护锚碇模板——浇筑锚碇混凝土——养生，完成锚碇主体施工；
2）安装锚碇锚固装置：拆除锚碇全部模板——锚碇混凝土养生完成——安装及张拉锚碇纵向、横向预应力钢束并压浆——安装锚碇锚固装置并张拉20%锚碇锚固预应力钢束并压浆——填充锚碇配重空腔——浇筑锚碇顶板混凝土——回填锚碇基坑。
步骤四、逐段挂设斜拉索5，浇筑安装主梁4；具体为：
挂设第一根拉索——悬臂安装主梁挂篮，张拉索力，并按照立模标高控制索力——绑扎主梁钢筋，并在模板上挂设配重水箱，同步张拉索力至100%——悬臂浇筑第一节段混凝土，同步释放配重——养护至混凝土强度达到设计值90%——张拉纵向、横向预应力钢束——挂篮迁移，重复上述步骤至最后一个阶段。
步骤五、浇筑铺装层6；
优选的，所述的铺装层6采用自下而上分别由8cm水泥混凝土调平层、6cm厚沥青混凝土下面层以及4cm厚防火沥青混凝土上面层组成。
步骤六、浇筑隧道衬砌结构混凝土7；
优选的，所述的隧道衬砌结构为矩形端面，并且采用泡沫混凝土浇筑，浇筑厚度不小于20cm。
步骤七、铺设隧道防水层8；
优选的，所述的隧道防水层8采用内、中、外三层结构，依次为无纺布、防水板、无纺布。所述的无纺布密度不小于300g/m2；所述的防水板采用易于焊接的防水卷材，厚度不小于1mm。
步骤八、浇筑防落石缓冲层9；
优选的，所述的防落石缓冲层9采用碎石缓冲层；并且在碎石缓冲层侧面设置防落网以稳固碎石。
步骤九、调整斜拉索5索力，使结构受力达到最佳状态。结合成桥后的各节段实际标高和受力情况，对照原设计值，重新验算分析全桥受力，并根据验算结果，按需调整斜拉索索力，使得弯矩、剪力、轴力等均满足施工、运营阶段的要求。通常调整斜拉索5索力的大小至原设计值的80%～110%。
在本实施例中，所述的主梁4采用组合梁。组合梁的梁高与斜拉桥的主跨跨径比为：1/125～1/200。所述的斜拉索5采用双面索，索面间距根据隧道横向宽度大小确定，分别置于隧道两侧的二次衬砌内。
实施例3：
一种跨越特大型溶洞的斜拉桥式隧道施工方法，包括以下步骤：
步骤一、清除岩溶空腔1的岩壁中存在的松动石块，局部严重区域采用喷射混凝土进行防护；优选地，所述的喷射混凝土宜为C20或者C25早强混凝土。
步骤二、开挖隧道顶部斜拉索的锚固区3，其中锚固区的高度与斜拉桥跨径之比为1 : 3.7。
步骤三、在锚固区安装锚碇，并浇筑锚固区混凝土；具体为：
1）锚碇主体施工：锚碇位置测量放样——基坑开挖——碾压平整基坑底——浇筑20cm厚度C20素混凝土作为锚碇地模——绑扎锚碇钢筋、埋设锚碇拉杆、预埋预应力波纹管——安装支护锚碇模板——浇筑锚碇混凝土——养生，完成锚碇主体施工；
2）安装锚碇锚固装置：拆除锚碇全部模板——锚碇混凝土养生完成——安装及张拉锚碇纵向、横向预应力钢束并压浆——安装锚碇锚固装置并张拉20%锚碇锚固预应力钢束并压浆——填充锚碇配重空腔——浇筑锚碇顶板混凝土——回填锚碇基坑。
步骤四、逐段挂设斜拉索5，浇筑安装主梁4；具体为：
挂设第一根拉索——悬臂安装主梁挂篮，张拉索力，并按照立模标高控制索力——绑扎主梁钢筋，并在模板上挂设配重水箱，同步张拉索力至100%——悬臂浇筑第一节段混凝土，同步释放配重——养护至混凝土强度达到设计值90%——张拉纵向、横向预应力钢束——挂篮迁移，重复上述步骤至最后一个阶段。
步骤五、浇筑铺装层6；
优选的，所述的铺装层6采用15cm厚C40钢筋混凝土结构，内部设置双层直径为12mm、网眼间距为10×10cm的钢筋网。
步骤六、浇筑隧道衬砌结构混凝土7；
优选的，所述的隧道衬砌结构为拱形端面，并且采用钢筋混凝土，浇筑厚度不小于20cm。
步骤七、铺设隧道防水层8；
优选的，所述的隧道防水层8采用内、中、外三层结构，依次为无纺布、防水板、无纺布；所述的无纺布密度不小于300g/m2；所述的防水板采用易于焊接的防水卷材，厚度不小于1mm。
步骤八、浇筑防落石缓冲层9；
优选的，所述的防落石缓冲层9采用橡胶缓冲保护层。
步骤九、调整斜拉索5索力，使结构受力达到最佳状态。结合成桥后的各节段实际标高和受力情况，对照原设计值，重新验算分析全桥受力，并根据验算结果，按需调整斜拉索索力，使得弯矩、剪力、轴力等均满足施工、运营阶段的要求。通常调整斜拉索5索力的大小至原设计值的80%～110%。
在本实施例中，所述的主梁4采用钢箱梁。钢箱梁的梁高与斜拉桥的主跨跨径比为：1/180～1/330。所述的斜拉索5采用双面索，索面间距根据隧道横向宽度大小确定，分别置于隧道两侧的二次衬砌内。
Claims (10)
1.一种跨越特大型溶洞的斜拉桥式隧道施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、清除岩溶空腔（1）的岩壁中存在的松动石块，局部严重区域采用喷射混凝土进行防护；
步骤二、开挖隧道顶部斜拉索（5）的锚固区（3），其中锚固区（3）的高度与斜拉桥跨径之比为1:（2.7～3.7）；
步骤三、在锚固区（3）安装锚碇，并浇筑锚固区混凝土；具体为：
1）锚碇主体施工：锚碇位置测量放样——基坑开挖——碾压平整基坑底——浇筑20cm厚度C20素混凝土作为锚碇地模——绑扎锚碇钢筋、埋设锚碇拉杆、预埋预应力波纹管——安装支护锚碇模板——浇筑锚碇混凝土——养生，完成锚碇主体施工；
2）安装锚碇锚固装置：拆除锚碇全部模板——锚碇混凝土养生完成——安装及张拉锚碇纵向、横向预应力钢束并压浆——安装锚碇锚固装置并张拉20%锚碇锚固预应力钢束并压浆——填充锚碇配重空腔——浇筑锚碇顶板混凝土——回填锚碇基坑；
步骤四、逐段挂设斜拉索（5），浇筑安装主梁（4）；具体为：
挂设第一根拉索——悬臂安装主梁挂篮，张拉索力，并按照立模标高控制索力——绑扎主梁钢筋，并在模板上挂设配重水箱，同步张拉索力至100%——悬臂浇筑第一节段混凝土，同步释放配重——养护至混凝土强度达到设计值90%——张拉纵向、横向预应力钢束——挂篮迁移，重复上述步骤至最后一个阶段；
步骤五、浇筑铺装层（6）；
步骤六、浇筑隧道衬砌结构混凝土（7）；
步骤七、铺设隧道防水层（8）；
步骤八、浇筑防落石缓冲层（9）；
步骤九、调整斜拉索（5）索力，使结构受力达到最佳状态。
2.根据权利要求1所述的跨越特大型溶洞的斜拉桥式隧道施工方法，其特征在于，在步骤四中，所述的主梁（4）采用混凝土梁、组合梁、钢箱梁或者钢桁梁。
3.根据权利要求2所述的跨越特大型溶洞的斜拉桥式隧道施工方法，其特征在于，所述的主梁（4）的梁高与斜拉桥的主跨跨径比为：混凝土梁采用1/100～1/220；组合梁采用1/125～1/200；钢箱梁采用1/180～1/330；钢桁梁梁高还应根据桥面层数确定，桁高一般在5m～15m之间。
4.根据权利要求1所述的跨越特大型溶洞的斜拉桥式隧道施工方法，其特征在于，在步骤四中，所述的斜拉索（5）采用双面索，索面间距根据隧道横向宽度大小确定，分别置于隧道两侧的二次衬砌内。
5.根据权利要求1所述的跨越特大型溶洞的斜拉桥式隧道施工方法，其特征在于，在步骤五中，所述的铺装层（6）采用10～15cm厚C40钢筋混凝土结构，内部设置双层直径为12mm、网眼间距为10×10cm的钢筋网；或者自下而上分别由8～10cm水泥混凝土调平层、4～6cm厚沥青混凝土下面层以及3～5cm厚防火沥青混凝土上面层组成。
6.根据权利要求1所述的跨越特大型溶洞的斜拉桥式隧道施工方法，其特征在于，在步骤六中，所述的隧道衬砌结构为矩形端面或者拱形端面，并且采用钢筋混凝土或者其他轻型材料浇筑，浇筑厚度不小于20cm；所述的其他轻型材料包括泡沫混凝土、轻钢结构。
7.根据权利要求1所述的跨越特大型溶洞的斜拉桥式隧道施工方法，其特征在于，在步骤七中，所述的隧道防水层（8）采用内、中、外三层结构，依次为无纺布、防水板、无纺布。
8.根据权利要求7所述的跨越特大型溶洞的斜拉桥式隧道施工方法，其特征在于，所述的无纺布密度不小于300g/m2；所述的防水板采用易于焊接的防水卷材，厚度不小于1mm。
9.根据权利要求1所述的跨越特大型溶洞的斜拉桥式隧道施工方法，其特征在于，在步骤八中，所述的防落石缓冲层（9）采用橡胶缓冲保护层或者碎石缓冲层；当采用碎石缓冲层时，侧面设置约束措施以稳固碎石；所述的约束措施为设置防落网或者侧墙。
10.根据权利要求1所述的跨越特大型溶洞的斜拉桥式隧道施工方法，其特征在于，在步骤九中，调整斜拉索（5）索力的大小至原设计值的80%～110%。
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