CN112855207B - 一种斜交式洞口隧道构造及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于隧道设计与施工技术领域，公开了一种斜交式洞口隧道构造及施工方法，斜交式洞口隧道构造包括桥梁段和隧道段，二者采用分离式设置；桥隧相叠段，设置在桥梁段和隧道段之间且与桥梁段和隧道段分别设有重叠段；拱墙长边基础和拱墙短边基础，分别设于斜交式洞口的两侧；偏压挡墙，设于拱墙短边基础一侧，且偏压挡墙的高度高于斜交式洞口的高度。本发明通过设置桥隧相叠段，可以保持隧道洞口与山体走向的一致性，减少植被破坏，保护环境；桥梁段和隧道段分离式设置，并通过桥隧相叠段设置在桥梁段和隧道段并与之具有重叠段，使得桥梁段和隧道段的受力更加明确，提高了结构安全性和施工安全性。

Description

一种斜交式洞口隧道构造及施工方法

技术领域

本发明涉及隧道设计与施工技术领域，尤其涉及一种斜交式洞口隧道构造及施工方法。

背景技术

我国西南地区地形明显呈现山高、坡陡、沟深、谷窄地形地貌特征。山区高速公路工程设计时，往往受地形、地质条件、经济性等因素制约，常采取高线位方式通过。当隧道工程设计时出现隧道轴线与山体坡面大角度斜交的情况，隧道洞口可以设置成斜交式洞口，以适应山体走向，减少植被破坏且桥隧衔接合理，但由于斜交洞口构造的特殊性，隧道常规设计和施工方法无法满足结构安全和施工阶段安全。

发明内容

本发明的目的在于提供一种斜交式洞口隧道构造及施工方法，相对于常规斜交式洞口隧道构造可以提高结构安全性和施工安全性。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种斜交式洞口隧道构造，包括：

桥梁段和隧道段，所述桥梁段和所述隧道段分离式设置；

桥隧相叠段，设置在所述桥梁段和所述隧道段之间且与所述桥梁段和所述隧道段分别设有重叠段；

拱墙长边基础和拱墙短边基础，分别设于所述斜交式洞口的两侧；

偏压挡墙，设于所述拱墙短边基础一侧，且所述偏压挡墙的高度高于所述斜交式洞口的高度。

可选地，所述斜交式洞口隧道构造，还包括柔性棚洞，所述柔性棚洞设置在所述桥梁段上方。

可选地，所述桥隧相叠段包括三角区段，所述三角区段设于所述桥隧相叠段的朝向所述桥梁段的一侧，且所述三角区段朝向所述桥梁段的一侧倾斜设置。

可选地，所述三角区段的朝向所述桥梁段的一侧从下到上朝向所述桥梁段倾斜。

可选地，所述三角区段包括异形拱架，所述异形拱架设有多个，多个所述异形拱架分为多个异形拱架单元组装设置。

可选地，所述拱墙长边基础的竖直高度高于所述拱墙短边基础的竖直高度，所述拱墙长边基础的横截面宽度小于所述拱墙短边基础的横截面宽度。

可选地，所述拱墙长边基础在竖直方向包括上段和下段，所述下段的底端位置低于所述拱墙短边基础的底端位置。

可选地，所述斜交式洞口隧道构造还包括桥台，所述桥台设于所述桥梁段的端部且位于所述桥隧相叠段的朝向所述隧道段的一侧。

本发明还提供一种斜交式洞口隧道构造的施工方法，包括如下步骤，

S1，清理洞口仰坡危石，同时做好洞口防护，为隧道反向出洞做好施工准备；

S2，开挖桥隧相叠段，所述桥隧相叠段采用反向出洞的施工方法，沿斜面开挖行进；

S3，施工偏压挡墙及拱墙短边基础，边开挖边初支；

S4，采用台阶法，开挖时首先开挖上台阶和中台阶，待隧道段贯通后再开挖下台阶，施工拱墙长边基础，开挖一级施工一级初期支护；

S5，进行桥台施工，设置防水层，并进行二次衬砌浇筑。

可选地，步骤S4中还包括拱架的施工，具体施工工序为：首先开挖上台阶，安装顶部和两侧的异形拱架；然后开挖中台阶和下台阶，并安装所述拱墙短边基础的第一拱架和所述拱墙长边基础的上段的第二拱架；最后开挖完成所述拱墙长边基础的下段，并安装所述下段的第三拱架。

本发明的有益效果：

本发明的一种斜交式洞口隧道构造及施工方法，通过设置桥隧相叠段，设计斜交式洞口，可以保持隧道洞口与山体走向的一致性，减少对植被的破坏，保护环境。

桥梁段和隧道段分离式设置，并通过桥隧相叠段分别与桥梁段和隧道段重叠，使得桥梁段和隧道段的受力更加明确，便于设计施工，提高了斜交式洞口结构安全性和施工安全性，同时也提高了经济效益。

本发明中斜交式洞口为无洞门状态，山高、坡陡，设置柔性棚洞可大大提高道路运营安全。

附图说明

图1是本发明的一种斜交式洞口隧道构造的平面布置示意图；

图2是本发明的一种斜交式洞口隧道构造的洞口结构示意图；

图3是本发明的一种斜交式洞口隧道构造中三角区段的异形拱架布局示意图；

图4是本发明的一种斜交式洞口隧道构造施工方法中拱架的施工工序示意图；

图5是本发明的一种斜交式洞口隧道构造的立体结构示意图。

图中：

1.桥梁段；2.隧道段；3.桥隧相叠段；31.三角区段；311.异形拱架；4.拱墙长边基础；41.上段；42.下段；5.拱墙短边基础；6.偏压挡墙；61.注浆小导管；7.柔性棚洞；8.桥台。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

结合图1和图2，本发明实施例提供一种斜交式洞口隧道构造，包括桥梁段1和隧道段2，桥梁段1和隧道段2分离式设置；桥隧相叠段3设置在桥梁段1和隧道段2之间且与桥梁段1和隧道段2分别设有重叠段；拱墙长边基础4和拱墙短边基础5，分别设于斜交式洞口的两侧；偏压挡墙6，设于拱墙短边基础5一侧，且偏压挡墙6的高度高于斜交式洞口的高度。

上述实施例中的斜交式洞口隧道构造，通过设置桥隧相叠段3，设计斜交式洞口，可以保持隧道斜交式洞口与山体走向的一致性，适应工区所在地的地形地貌特点，减少植被破坏，保护环境。桥梁段1和隧道段2分离式设置，并通过桥隧相叠段3分别与桥梁段1和隧道段2重叠，使得桥梁段1和隧道段2的受力更加明确，便于设计施工，提高斜交式洞口隧道的结构安全性和施工安全性，提高经济效益。

如图2所示，偏压挡墙6设置在拱墙短边基础5的外侧，一侧贴靠于拱墙短边基础5和斜交式洞口的外侧壁，另一侧与山体坡度对应设置，且设置为倾斜面，偏压挡墙6的基础高度小于拱墙短边基础5的高度，偏压挡墙6的基础下方为便于施工，还预设有注浆小导管61，用于加固偏压挡墙6的基础，提高结构强度和安全性。拱墙长边基础4和拱墙短边基础5的作用主要是提高承载力，作为隧道初支与二衬的基础，提供桥梁挖方段空间和提供桥台8开挖空间。

可选地，本实施例提供的斜交式洞口隧道构造还包括柔性棚洞7，柔性棚洞7设置在桥梁段1的上方。

如图1，柔性棚洞7设置在桥隧衔接处的桥梁段1的上方，可以防止斜交式洞口的仰坡落石等危险道路运营安全。本实施例中柔性棚洞7采用正六边形蜂窝状骨架，长度跨越桥梁段1的第一个最近距离桥墩与桥隧相叠段3，可以根据设置单层或多层柔性棚洞7，防止斜交式洞口仰坡危石下落，保证斜交式洞口的安全，大大提高道路运营安全。

可选地，桥隧相叠段3包括三角区段31，三角区段31设于桥隧相叠段3的朝向桥梁段1的一侧，且三角区段31朝向桥梁段1的一侧倾斜设置。本实施例中桥隧相叠段3采用反向出洞的施工方法，隧道见光前要做好斜交式洞口的仰坡危石清理和仰坡防护工作，开挖完成后及时施作初期支护。

可选地，三角区段31的朝向桥梁段1的一侧从下到上朝向桥梁段1倾斜。设置三角区段31的目的是为了更好的保持隧道洞口与山体走向的一致性，桥隧相叠段3的一侧是垂直于桥梁段1和隧道段2轴线的矩形截面段，逐渐地，三角区段31朝向桥梁段1一侧倾斜设置，采用扇形布置形式，利于在斜交式洞口形成较大的一段顶部遮挡面，增加斜交式洞口的结构强度，增加斜交式洞口处的顶部安全性。

可选地，三角区段31包括异形拱架311，异形拱架311设有多个，多个异形拱架311分为多个异形拱架单元组装设置。

如图3所示，从桥隧相叠段3的一侧朝向桥梁段1的方向，多个异形拱架311(编号从N1-N22)划分为多个异形拱架单元，多个异形拱架单元组装并形成扇形的布置形式，依次朝向桥梁段1一侧倾斜，具体地，扇形设置是指N1-N22的22个异形拱架311的倾斜角度依次均匀增加，扇面方式展开设置，以便形成均匀受力，便于施工。异形拱架311为型钢材料。

可选地，拱墙长边基础4的竖直高度高于拱墙短边基础5的竖直高度，拱墙长边基础4的横截面宽度小于拱墙短边基础5的横截面宽度。如图2所示，拱墙长边基础4和拱墙短边基础5分列设置在斜交式洞口的两侧，其中，因为拱墙短边基础5和偏压挡墙6设置在同一侧，实际施工时，设置在山体坡度偏压较大的一侧，因此基础设置更宽，横截面更大一些，以增加抵抗力。拱墙长边基础4与拱墙短边基础5能够提高斜交式洞口的承载力，作为初期支护和二次衬砌的基础，提供桥梁挖方段空间和提供桥台8开挖空间。

可选地，拱墙长边基础4在竖直方向包括上段41和下段42，下段42的底端位置低于拱墙短边基础5的底端位置。

参见图4，其中，拱墙长边基础4的上段41与拱墙短边基础5在高度设置上相当，下段42主体设置在位置更低，便于为拱墙长边基础4提供更稳定在基础支撑。该设计是考虑到实际施工时的力学特点，在朝向山体体受力较大一侧的拱墙短边基础5通过增加横截面的方式增加基础强度，在远离山体的一侧受力较小，通过增加基础深度的方式增加基础的支撑力，提高斜交式洞口的整体结构强度和安全性，且便于施工。

可选地，本实施例中的斜交式洞口隧道构造还包括桥台8，桥台8设于桥梁段1的端部且位于桥隧相叠段3的朝向隧道段2的一侧。

可以理解，桥台8是位于桥梁段1的端部，支承桥梁上部结构并直接和隧道相衔接的建筑物，其功能除传递桥梁上部结构的荷载到地基基础外，还具有抵挡台后的填土压力、稳定桥头、使桥头线路和桥上线路可靠而平稳地连接的作用。本实施例中的桥台8与桥隧相叠段3配合，既可以实现桥梁段1和隧道段2的单独受力承载，又可以实现桥梁段1和隧道段2的平稳和顺畅衔接，保证桥隧结构强度和通行安全。

本发明还提供一种上述斜交式洞口隧道构造的施工方法，结合图2和图4，包括如下步骤，

S1，清理斜交式洞口仰坡危石，同时做好洞口防护，为隧道反向出洞做好施工准备；

S2，开挖桥隧相叠段3，桥隧相叠段3采用反向出洞的施工方法，沿斜面开挖行进；

S3，施工偏压挡墙6及拱墙短边基础5，边开挖边初支；

S4，采用台阶法，开挖时首先开挖上台阶和中台阶，待隧道段2贯通后再开挖下台阶，施工拱墙长边基础4，开挖一级施工一级初期支护，做到早封闭。

S5，进行桥台8施工，设置防水层，并进行二次衬砌浇筑。

需要解释说明的是，本发明适用于隧道的斜交式洞口离地面较高位置的情况，这种情况下，施工机械一般难以到达，施工平台修筑困难，因此本实施例采用反向出洞施工方法，易于施工且更加安全。另外，对于斜交式洞口段围岩较破碎的情况，桥隧相叠段3采用沿斜面开挖方式进行，可以进一步确保施工安全和施工质量，需要注意的是，桥隧相叠段3的开挖过程要控制每循环的进尺长度，分段施工。

可选地，步骤S4还包括拱架的施工，具体施工工序为：首先开挖上台阶，安装顶部和两侧的异形拱架311；然后开挖中台阶并安装拱墙短边基础5的第一拱架，开挖下台阶，安装拱墙长边基础4的上段41的第二拱架；最后开挖完成拱墙长边基础4的下段42，并安装下段42的第三拱架。

如图2所示中水平虚线给出上台阶、中台阶和下台阶的划分大致位置，对于围岩较差地段，采用台阶法或相应围岩的开挖方法，可以确保开挖安全，本实施例采用台阶法，划分三个台阶段，相应地，如图4所示，开挖上台阶的同时安装顶部和两侧的异形拱架311，包括形成桥隧相叠段3和三角区段31的异形拱架311，开挖中台阶并安装拱墙短边基础5的第一拱架，开挖下台阶的时候安装拱墙长边基础4的上段41的第二拱架，最后继续开挖拱墙长边基础4的下段42并安装第三拱架，实现拱架施工，最后得到的斜交式洞口隧道构造的立体结构如图5所示。上述工序根据台阶法的开挖顺序依次架设安装，提高了施工质量。

需要说明的是，上述实施例中的初期支护包括系统锚杆、钢筋网、型钢钢架和喷混凝土的施工工艺，在预留变形量后，设置防水层，防水层包括土工布和防水板，二次衬砌主要是指钢筋混凝土施工。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种斜交式洞口隧道构造的施工方法，其特征在于，所述斜交式洞口隧道构造，包括：

桥梁段（1）和隧道段（2），所述桥梁段（1）和所述隧道段（2）分离式设置；

桥隧相叠段（3），设置在所述桥梁段（1）和所述隧道段（2）之间且与所述桥梁段（1）和所述隧道段（2）分别设有重叠段；

拱墙长边基础（4）和拱墙短边基础（5），分别设于所述斜交式洞口的两侧；

偏压挡墙（6），设于所述拱墙短边基础（5）一侧，且所述偏压挡墙（6）的高度高于所述斜交式洞口的高度；

所述桥隧相叠段（3）包括三角区段（31），所述三角区段（31）设于所述桥隧相叠段（3）的朝向所述桥梁段（1）的一侧，且所述三角区段（31）朝向所述桥梁段（1）的一侧倾斜设置；

所述施工方法包括如下步骤：

S1，清理洞口仰坡危石，同时做好洞口防护，为隧道反向出洞做好施工准备；

S2，开挖桥隧相叠段（3），所述桥隧相叠段（3）采用反向出洞的施工方法，沿斜面开挖行进；

S3，施工偏压挡墙（6）及拱墙短边基础（5），边开挖边初支；

S4，采用台阶法，开挖时首先开挖上台阶和中台阶，待隧道段贯通后再开挖下台阶，施工拱墙长边基础（4），开挖一级施工一级初期支护；

S5，进行桥台（8）施工，设置防水层，并进行二次衬砌浇筑。

2.根据权利要求1所述的斜交式洞口隧道构造的施工方法，其特征在于，还包括柔性棚洞（7），所述柔性棚洞（7）设置在所述桥梁段（1）的上方。

3.根据权利要求1所述的斜交式洞口隧道构造的施工方法，其特征在于，所述三角区段（31）的朝向所述桥梁段（1）的一侧从下到上朝向所述桥梁段（1）倾斜。

4.根据权利要求1所述的斜交式洞口隧道构造的施工方法，其特征在于，所述三角区段（31）包括异形拱架（311），所述异形拱架（311）设有多个，多个所述异形拱架（311）分为多个异形拱架单元组装设置。

5.根据权利要求1所述的斜交式洞口隧道构造的施工方法，其特征在于，所述拱墙长边基础（4）的竖直高度高于所述拱墙短边基础（5）的竖直高度，所述拱墙长边基础（4）的横截面宽度小于所述拱墙短边基础（5）的横截面宽度。

6.根据权利要求1所述的斜交式洞口隧道构造的施工方法，其特征在于，所述拱墙长边基础（4）在竖直方向包括上段（41）和下段（42），所述下段（42）的底端位置低于所述拱墙短边基础（5）的底端位置。

7.根据权利要求1所述的斜交式洞口隧道构造的施工方法，其特征在于，还包括桥台（8），所述桥台（8）设于所述桥梁段（1）的端部且位于所述桥隧相叠段（3）的朝向所述隧道段（2）的一侧。

8.根据权利要求1所述的斜交式洞口隧道构造的施工方法，其特征在于，步骤S4中还包括拱架的施工，具体施工工序为：首先开挖上台阶，安装顶部和两侧的异形拱架（311）；然后开挖中台阶和下台阶，并安装所述拱墙短边基础（5）的第一拱架和所述拱墙长边基础（4）的上段（41）的第二拱架；最后开挖完成拱墙长边基础（4）的下段（42），并安装所述下段（42）的第三拱架。