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    山区高速公路单幅柱式棚洞施工工法

    时间：2021-04-21 15:06:17 来源：蒲公英阅读网 本文已影响人 蒲公英阅读网手机站

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    　 山区高速公路单幅柱式棚洞施工工法 1. 前言

    　目前，我国高速公路建设向山区不断延伸，山区高速公路受地形限制，路线常在崇山峻岭中傍山而行，路基边坡地质复杂且高陡，石质高陡边坡挖方路堑施工设备、机械难以就位，施工难度较大；山高坡陡，地表岩体较为破碎，溶蚀发育，如发生落石现象，将对运营期间的行车安全造成非常大的隐患。

    　富龙高速公路 K*** + *** - K *** + ***段路线原设计以路堑形式通过，地形较陡，地面自然横坡达 60 度；此段路堑最高设 6 级边坡，坡率设计为 1:0.25 和 1:0.33。该地段为卡斯特地貌山区，地势险要，施工机械（挖机、钻机）难以进入坡顶，且上部开挖面较窄，设备无工作平台，难以进行施工作业；路堑边坡下方为进场道路和农田，峭壁石方爆破后无法控制落石走向，道路下方为部分旱地、水稻田和河道，爆破后滚落石渣对下部农田、河道破坏污染严重。如何安全快速的组织施工，是石质路堑高陡边坡开挖所面临的难题。中铁十二局集团有限公司结合项目实际情况，采用单幅柱式棚洞形式通过，减小了边坡的开挖高度，明显减少对山体的破坏，从而保护了山体上的植被；另外棚洞对高边坡除具有支挡作用，同时还具有公路隧道的功能，其结构与自然景观融为一体，不仅节约了投资，而且一劳永逸的消除了高陡边坡顶部危岩、浮石危及公路安全，以保证公路建设与运营的安全；并降低了施工难度，加快了施工速度，可为今后类似棚洞的施工提供借鉴，经总结、整理形成工法。

    　2 2 ． 工法特点

    　2.1 石质高陡边坡下路堑采用单幅柱式棚洞防护，减少了高边坡路堑开挖，消除了石方爆破对进场道路的干扰，有效保证了施工及运营期间的安全。

    　2.2 在棚洞顶部增设横向钢管桩注浆加固措施，确保施工期间棚洞半明半暗开挖对高陡边坡造成失稳。

    　2.3 优化的柱式棚洞施工方案，使用改装后的隧道用衬砌台车同时施工洞身、顶板及柱顶托梁混凝土，将原设计的洞顶施工缝改留至柱顶，提高了洞身的结构整体受力情况，减少了施工缝对洞身防排水质量的影响，与传统的支架现浇方法相比，降低了施工难度，加快了施工速度。

    　2.4 棚洞模板利用的是隧道施工用的二衬台车改装而成，安装灵活、经济方便等特点，提高了大型模板的利用率，有效的减低了成本。

    　2.5 棚洞结构轻巧，解决了高陡石质边坡开挖难的问题，消除了运营期间的落石隐患，降低

    　 了柱式棚洞的施工难度，加快了施工进度。棚洞完成后顶部植草绿化后，其自身即能成为一道亮丽的景观，为山区高速公路工程增加了新的看点。

    　3 3 ．适用范围

    　本工法适用于山区高速公路及铁路深路堑高陡石质路堑边坡的处置施工。

    　4 4. . 工艺原理

    　将棚洞范围内顶部左侧进行边坡开挖及钢管桩加固，棚洞范围右幅路基石方控制爆破施工，左幅棚洞洞身开挖及初期支护施工后进行棚洞立柱底桩基础、底板及中立柱基础钢筋混凝土施工，然后采用改装的衬砌台车一次性施工棚洞立柱、立柱托梁、洞身及顶板钢筋混凝土，紧接着进行棚洞内路面及水沟电缆槽等附属工程施工，最后进行棚洞顶柔性回填反压、洞顶排水沟及绿化工程施工。棚洞优化施工图理见下图 4。

    　图 4.1 单幅柱式棚洞防护石质边坡原理图 5 5 ．施工工艺流程及操作要点

    　1 5.1 施工 工艺流程

    　①施工准备→②对棚洞顶部边坡钢管桩加固等防护施工→③棚洞范围右幅路基石方控制爆破施工→④左幅棚洞洞身开挖及初期支护施工→⑤棚洞立柱底桩基础、底板及中立柱基础钢筋混凝土施工→⑥采用改装的衬砌台车一次性施工棚洞立柱、立柱托梁、洞身及顶板钢筋混凝土→⑦棚洞内路面及水沟电缆槽等附属工程施工→⑧棚洞顶防排水施工→⑨棚洞顶柔性回填反压、洞顶排水沟施工→⑨绿化工程施工。施工工艺流程见图 5.1。

    　 图 5.1 棚洞施工流程图 2 5.2 操作要点

    　5.2.1 施工准备 首先，对棚洞顶部自上而下分台清理刷坡松散岩体及坡面，严禁大面积开挖扰动边坡的稳定性，对开挖后的洞顶边坡进行钢管桩加固和挂网喷浆防护，确保棚洞施工期间的安全；其次，按设计的棚洞轮廓改装隧道用的一部10.5m液压衬砌台车，及时拼装调试完善，具备施工条件；再次，做好快速施工的一切后续保障工作。

    　5.2.2 施工测量 施工测量前认真进行对图纸的审核、测量定位依据点的交接与校核、测量仪器的检定与校核，测量方案的编制与数据准备。根据图纸和工程结构特征确定控制网形式，采用一级控制网测设。棚洞台车改施工准备 棚洞顶部边坡横向钢管桩注浆加固 施工测量 棚洞范围右幅路基石方开挖 左幅棚洞洞身开挖及初期支护 棚洞中立柱、洞身及顶板施工 棚洞内路面及附属工程施工 棚洞顶防排水施工 棚洞底板及立柱底基础施工 棚洞绿化工程施工 棚洞顶缓冲层反压回填施工 监控测量

    　 为保证工程施工的竖向精度，棚洞布设 3 个高程控制点组成高程控制网，采用绝对高程控制，高程控制点布置在距施工现场 20.0 米左右的埋置砼上。高程从控制点引测，待柱修好后引测至柱上并做出明显标记，为后面的施工创造条件。施工放样数据在室内计算好并充分复核无误方可进行施工。

    　5.2.3 棚洞顶部边坡横向钢管桩注浆加固 1.横向钢管桩施工流程 测量定位→钻孔机就位钻孔→安装下放注浆钢管→封孔→下放钢筋→注浆机安装→安装注浆导管→拌制水泥浆→注水泥浆→二次加压注浆。

    　2.横向钢管桩控制要点 1）测量定位：根据设计的孔洞间距、排距等用 50m 钢尺测量放线，用红漆标明每个桩孔的位置；孔位误差纵向不得大于 15cm，相邻钢管之间横向不大于 10cm。

    　2）安装下放注浆钢花管：钻孔前按要求将钢管接长至设计长度，每节钢管长 4-6m 以丝扣连接而成，同一断面内接头数量不得超过总钢管数的 50%；钢花管上钻注浆孔，孔径 12mm，孔间距15cm，呈梅花型布置，尾部留不钻孔的止浆段 250cm。

    　3）注浆：采用水泥浆液(水灰比=0.5：1)注浆，注浆压力：初始压力 0.5～1.0MPa，终止压力 2.0MPa；注浆结束后用 M20 水泥砂浆充填钢管，以增强管棚强度；为加强钢管桩整体受力，采用 C25 钢筋混凝土盖梁将钢管桩固结形成整体。棚洞顶部钢管桩注浆加固示意见图 5。2.3。

    　图 5.2.3 棚洞顶部横向钢管桩注浆加固 5.2.4 单幅柱式棚洞施工用液压台车改装 棚洞台车由隧道二衬台车改装而成，台车长度为 10.5m。单幅柱式棚洞施工用液压台车改装

    　 见图 5.2.4。

    　图 5.2.4

    　单幅柱式棚洞液压台车改装示意图 衬砌台车门架净空高度和宽度能保证运车辆通行，由于本棚洞的特殊性，为满足单幅柱式棚洞的整体成型（即中立柱、立柱托梁、洞身及顶板一次成型），因此本台车共分两部分：①整机行走采用电机+机械驱动，模板采用全液压操作，利用液压缸支（收）模机械锁定。②右外侧模板采用大块钢模板，整体拼装成型，丝顶，木撑加固。总之在保证足够的刚度和强度的前提下尽量使结构简单化以减轻重量，在重要的钢结构方面，采用专用工装模具，确保产品加工质量，产品性能良好，结构合理，衬砌质量高。

    　5.2.5 路基及棚洞开挖 棚洞及右幅路基均采用控制爆破开挖，严格控制施钻角度和深度及装药量，确保飞石的走向，控制爆破时严格按爆破方案布孔和及时调整爆破参数，确保围岩的自稳能力和开挖轮廓线满足设计要求，爆破后残孔率达到 90%以上。爆破采用钻爆简易台架或钻孔台车为主，辅以人工风动凿岩机钻眼，非电毫秒雷管微差起爆。左幅棚洞及右幅路基石方控制爆破炮眼布置示意见图 5.2.5。

    　图5.2.5

    　左幅棚洞及右幅路基石方控制爆破炮眼布置示意图 5.2.6 棚洞洞身及中立柱混凝土施工 1.准备工作 首先全面检查中线、高程，各项指标已经全部满足设计要求，防排水材料充足，施工用的砼输送泵、振动器、液压衬砌模板台车等已经进行了试运转，设备正常。

    　2.模板施工 采用 10.5m 液压衬砌台车,结构稳定，尺寸准确且结构简单，装拆移位方便，模板表面光滑，接缝严密，施工缝端头模板安装垂直、牢固。模板台车测量定位准确，将台车移至衬砌部位，调好标高，按隧洞衬砌内轮廓线尺寸调整好模板支撑杆臂。

    　3.砼拌合运输 砼在洞外的拌合站集中拌合，砼输送车运输，输送泵灌注施工。

    　5.2.7

    　防排水施工控制要点 1.排水盲管 本棚洞排水盲管包括 DN110HDPE 横向排水盲管、DN110HDPE 纵向排水盲管，横向排水盲管沿棚洞靠山侧，纵向间距每 10m 设置一道，连接外裹土工布的纵向碎石排水盲沟与棚洞内排水沟，纵向排水盲管在靠山侧通长布置，形成完整的排水系统。

    　2.防水层布置 防水层在洞身混凝土外面采用分离式防水层。设置防水层是保证棚洞防水功能的重要措施，防水层采用分离式防水层，由防水板加土工布组成。防水板采用 EVA 防水板，厚度不小于 1.5mm；土工布密度不小于 400g/m²。

    　 5.2.8 洞顶反压回填控制要点 洞身混凝土强度达到设计强度的 75%方可拆模。混凝土强度达到设计的 100%时才能进行洞顶回填。回填时采用机械和人工相结合的方式。洞顶反压回填采用机械回填，机械回填时载重量不得超过 20 吨。靠山侧边坡坡脚与洞身间狭窄部位采用片石混凝土回填。

    　5.2.9 监控测量 在洞顶边坡布设变形观测桩，监控必测项目为边坡位移及沉降、初期支护拱顶沉降及位移、施工过程中洞内围岩地质及支护状态观察、洞身与中立柱连接处结构内力等，每天需对观测点进行观测并记录成册，通过测量数据反映边坡的位移、沉降情况，及时预报险情，随时掌握边坡动态，确定施工对策和措施，防止事故的发生，确保施工安全及结构的长期稳定。

    　5.3 施工注意事项 1)因为棚洞边坡高且陡，表层风化破碎，棚洞施工前应对边坡由上至下清理，即使对坡面进行钢管桩加固和锚喷临时防护，确保施工质量。

    　2)棚洞洞身开挖为半明半暗方式开挖，严格控制开挖进尺不大于1.5m，及时施做半弧钢支撑及锚喷支护；底板及基础开挖严格控制开挖进尺，一次性开挖长度不应大于5m，及时施做基础的钢筋及混凝土。

    　3)为减少施工时石方爆破对进场道路干扰及爆破后如果不控制落石走向，爆破后滚落石渣对下部农田、河道严重破坏和污染，路基石方爆破前做好进场道路的安全防护后，采用纵向台阶法水平钻孔法控制爆破；洞身部分采用上下台阶法水平钻孔控制爆破法施工。

    　4)棚洞基础地基承载力要求不小于250KPa，基底虚方清理干净，基坑不得积水软化基础。

    　5)棚洞洞身施工缝应与仰拱及中墙施工缝设置在同一里程，避免棚洞受力不均时拉裂洞身混凝土。

    　6)棚洞洞身混凝土达到设计强度后及时进行洞顶防水层及反压回填，回填土应对称、分层夯填密实。

    　7)棚洞先浇筑立柱混凝土，然后接着浇筑洞身、立柱托梁及顶板混凝土，需对称、分层浇筑，分层高度不大于1m，确保衬砌台车及内外侧模板受力均匀且稳定。

    　8)在该段路堑边坡顶岩体和坡面均匀布设变形观测桩，监控必测项目为边坡稳定性和支护状况观察、坡面沉降和变形位移监测，棚洞施工期间必须每天对观测点进行观测并记录成册，通过测量数据反映边坡的稳定情况，随时掌握边坡动态；安排有经验且责任心强的专职安全员巡视检查坡面的稳定性，如发现险情，立即撤离施工人员，建立完善的施工风险预控机制，确保施工期

    　 间的一切安全。

    　6 6 ．材料 与 设备

    　1 6.1 施工材料 棚洞需原材料包括：混凝土用原材料、注浆原材料、钢筋、排水管、防水板、土工布、止水带等。

    　6.2 机具设备 主要施工设备见下

    　 表 6.2 设备名称 型号及 规格 数量 购置 年份 额定功率（kW）

    　生产能力 备注 装载机 ZL50 1 2008 162 3m3

    　 履带式挖掘机 CAT320D 1 2008 103 1.2m3

    　 重型自卸车 ND3310W284NJ 6 2010

    　15t

    　自卸车 5T 3 2010

    　砂浆搅拌机 JW180 2 2011

    　气腿式钻机 YT28 2 2009

    　电动空压机 L-20/3.5 2 2009 90 20m3 /min

    　砼喷射机 TK--961 1 2009

    　钢筋调直机 GJ-6-4/8 1 2010

    　钢筋切断机 GJ40 1 2011

    　钢筋弯曲机 GW40 1 2012

    　潜水泵 GQ-40 10 2013

    　万能木工圆盘锯 MJ225 1 2014

    　混凝土输送泵 HBT60C 1 2011

    　发电机 50kw 1 2011

    　油罐 EQ1090 1 2012

    　软轴振动棒

    　20 2014

    　混凝土搅拌站 HLD1200 1 2014

    　台车

    　1 2014

    　7 7 ．质量控制

    　7.1 钢管桩孔洞间距、排距等用 50m 钢尺测量放线，用红漆标明每个桩孔的位置；孔位误差纵向不得大于 15cm，相邻钢管之间横向不大于 10cm。

    　7.2 钢筋定位措施:由φ20 钢筋制作内控定位筋，间距误差±3mm。

    　7.3 钢筋保护层控制:采取混凝土垫块控制保护层厚度。根据不同钢筋直径采用工厂化生产，可以保证控制在保护层允许偏差范围内。

    　 7.4 混凝土浇筑前必须保证钢筋工程隐蔽验收合格，模板工程验收合格。

    　7.5 洞身混凝土强度达到设计强度的 75%方可拆模。混凝土强度达到设计的 100%时才能进行洞顶回填。

    　8 8 ．安全措施

    　8.1 开挖边坡上部不稳定岩体、松动岩块，直接影响下部作业安全，应进行清除或加固支护处理。

    　8.2 施工区内起重设施、施工机械、移动式电焊机及工具房、空压机房、电工值班房等布置应符合安全、卫生、环境保护要求。大型施工机械与车辆停放场的布置应与施工生产相适应，要求场地平整、排水畅通、基础稳固，并满足消防安全要求。

    　8.3 在覆盖层施工前应按照设计要求清理完边坡的风化岩块、堆积物、残积物和滑坡体，并在适当位置修筑拦渣坎，保证下部施工安全。覆盖层开挖应按设计边坡坡比自上而下分层进行，坡面按设计要求做成一定的坡势，以利排水。

    　8.4 钻孔作业人员应经过专业技术培训，经考核合格，持证后方可单独操作。钻机的工作地面应平整，在倾斜地面作业时，履带板下方应用楔形木...

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