高速公路双幅棚洞施工工法

1、.1.高速公路双幅棚洞施工工法 高速公路双幅棚洞施工工法 中铁十二局集团有限公司 中铁十二局集团第一工程有限公司 许继琪 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穿行，路基边坡地质复杂且高陡，开挖后极易失稳滑坍，边坡滑坍后处置难度大，费用高，加固后的边坡极易再次发生失稳滑坍，对高速公路运营造成极大的安全隐患。滑坍后的高边坡处置难度异常大，常规处置办法为：首先对滑坍边坡采用清坍放缓，然后采用支挡结构如抗滑桩、锚（索）杆格构等永久性的强加固措施,常规处置办法投资较大，加固周期较长，不能彻底消除高边坡再次滑坍、落石造成的安全隐患；放缓路堑边坡将继续

2、增加增加了占地面积，改变了原有的环境状态，造成大量植被破坏，自然景观恶化；高陡边坡处置后在在降雨、地震等作用下，块体之间的粘结力和摩擦力减小，容易诱发滑坡、泥石流等自然灾害，运营期间发生上述地质灾害将造成巨大的安全事故和严重的经济损失。 常规的处置滑坍高边坡的方式已经远远不能满足要求,中铁十二局集团有限公司以富龙高速公路为依托，结合项目实际情况，在如何把握在深路堑滑坍高边坡下双幅棚洞的施作时机，保证边坡临时稳定及如何安全快速的组织施工等路堑滑坍高边坡下双幅棚洞施工工艺进行了深入研究，确定采用改装后的衬砌台车施作双幅封闭式拱形棚洞方式防护高边坡路堑滑坍段，经总结、整理并形成了工法。采用棚洞结构型

3、式后，减小了对滑坍边坡的放缓开挖，可明显减少对山体的破坏，从而保护了这些土体上的植被；另外棚洞对滑坍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；本工法在富龙高速公路得到了成功应用，优化了双幅棚洞施工方案，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。 2工法特点 2.1 对滑坍边坡临时防护后即可施工棚洞，极大减小了对滑坍体的扰动和开挖量，保护了周围的原生态自然环境，也减小了对自然地质体的扰动，减少了诱发地质灾害的可能性。 2.2 施工完成后的棚洞具有

4、一定的挡土墙作用，棚洞完成后及时进行洞顶的反压回填，不但可以保证棚洞自身的结构安全，还可以控制上部边坡的稳定，同时可以承担山体落石的冲击荷载，保 1 证了行车安全。 2.3棚洞模板利用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。 2.4棚洞结构比较轻巧，能快速的组织施工，避开了雨季对施工的干扰；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适用范围 本工法适用于山区高速公路深路堑滑坍高边坡的处置。 4.工艺原理 将施作棚洞范围内路基边坡的开挖及临时防护到位后段施作棚洞仰拱、填充及中墙、偏压挡

5、墙基础混凝土的浇筑，再将两部改装台车同时浇筑左右幅洞身及中墙钢筋混凝土、中墙顶素混凝土回填和顶板混凝土，在有偏压存在的情况下施作棚洞右侧偏压挡墙，然后再施作棚洞顶部防水层与棚洞偏压墙外侧及洞顶柔性回填反压，最后再施作棚洞内路面及水沟电缆槽等附属工程。双幅棚洞施工原理见图4。 图4 双幅棚洞防护路堑施工原理图 2 5施工工艺流程及操作要点 5.1施工工艺流程 施作棚洞范围内路基边坡的开挖清坍及临时防护分段施作棚洞仰拱、填充及中墙、偏压挡墙基础混凝土的浇筑两部改装后的台车同时定位关模板利用上臂混凝土输送泵车同时浇筑左右幅洞身及中墙钢筋混凝土、中墙顶素混凝土回填和顶板混凝土施作棚洞右侧偏压挡墙施作棚

6、洞顶部防水层施做棚洞洞身不规则区域片石混凝土回填施做棚洞偏压墙外侧及洞顶柔性回填反压施作棚洞内路面及水沟电缆槽等附属工程完善棚洞顶景观绿化工程。双幅 图5.1 棚洞施工流程图 5.2操作要点 5.2.1棚洞衬砌台车的改装 双幅棚洞采用两部改装后的衬砌台车施工，利用本项目隧道专用的9m衬砌台车按棚洞断面改装后使用。衬砌台车门架净空高度和宽度能保证运T梁车辆通行（棚洞大里程侧为本项目的1号预制梁场），由于本棚洞的特殊性，为满足双幅棚洞的整体成型（即中间墙和左右幅拱部、边墙一次成 3 型），因此本台车共分两部分：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。中间墙外侧

7、背模采用大块钢模板，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。 双幅棚洞施工用液压台车改装见图5.2.1。 图5.2.1 双幅棚洞液压台车改装示意图 5.2.2 棚洞仰拱、中墙及偏压墙基础施工 1.施工顺序：测量放线开挖清底仰拱及边墙钢筋绑扎端模的安装防排水设施铺设砼施工。 2.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。 为了保证浇筑仰拱混凝土安

8、全与质量，项目部对人员与机械设备安排如下：由项目经理牵头，项目总工负责技术，副经理、试验室主任带队协调处理浇筑具体事宜，试验室、拌和站做好配合比及混凝土供应工作，现场技术员对混凝土浇筑全程旁站，负责联系混凝土，观察模板变形情况，督促及时振捣。 3.施工要点 1)测量放线：仰拱开挖前由测量组放线，将标高及对应的法线点画在两侧边墙上，每5m整里程处做一个，并将测量数据以书面形式交底给工区值班人员，以便仰拱及矮边墙施工。测量组要准确定出仰拱开挖拱底、回填层顶面及边墙基础顶面标高及距离。 2)基础开挖：基础开挖时采用松动爆破施工，挖掘机进行开挖，人工配合，严谨超欠挖；爆破 4 时尽量少装药，减少对边坡

9、岩体的震动，开挖完成后清除底部积水、杂物、虚渣等。仰拱开挖严格按设计要求，弧度的控制，测量队应测量出边线的数据和中心的数据，按照测量的数据进行开挖，弧度开挖到位，把虚渣清理干净。 3)仰拱模板制作与安装：仰拱混凝土与矮边墙混凝土一次性整体浇注，矮边墙浇筑高度为水沟底向上60cm，采用2层30槽钢做边模板；仰拱背模采用定做整体式弧形模板，严格按照仰拱弧线制作，确保仰拱浇筑线性及浇筑质量。 4)仰拱混凝土浇筑：仰拱混凝土由搅拌站集中拌制，混凝土输送车运至施工现场，溜槽下料，插入式振捣器振捣的施工方式。浇筑仰拱砼时应从中间向两侧分别进行。浇筑边墙砼时，应注意浇筑砼的数量。施工中加强振捣，确保仰拱砼密

10、实，完成后及时收面。 5)混凝土拆模与养护:在混凝土强度应达到8.0MPa以上，方可拆模;特殊情况下，应根据试验及监控量测结果确定拆模时间;混凝土拆模后必须进行养护。养护过程中，根据混凝土温度与气温的差别变化，及时采取措施，控制混凝土的升温和降温速率。条件许可时，宜采用洒水养护，但在混凝土发热阶段宜采用喷雾养护，避免混凝土表面温度骤然变化。 6)仰拱施工质量控制要点:仰拱开挖主要控制仰拱的开挖深度，根据地质情况距基底1530cm采用人工配合机械清底，防止采用爆破方法直接开挖至基底造成基底岩体松动，且容易超挖。仰拱钢筋绑扎前应先对仰拱主筋进行预弯，对仰拱钢筋的位置必须进行测量放样，通过测量点定位

11、出定位角钢的位置，通过定位角钢的位置控制仰拱钢筋的间距及层间距。施工中主要控制钢筋的搭接长度、钢筋间距、排距及垫块布设。 5.2.3 棚洞洞身及中墙混凝土施工 1.施工顺序:测量放线砼凿打混凝土面清理钢筋绑扎衬砌台车就位立模固定、校正砼浇注拆模砼养护。 2.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。 5.2.4 棚洞洞身防排水施工 1.洞顶衬砌外铺设土工布和防水卷材作为第二道防水措施，施工缝和变形缝处设置反粘型HDPE自粘胶膜防水卷材进行止水；中直墙顶部三角形区域采用C15混凝土填充，

12、铺设防水板时左右两幅衬砌顶部之间区域应不设搭接，且防水板往两边延伸不小于50cm。 2.排水盲管包括DN110HDPE横向排水盲管、DN110HDPE泄水孔，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，外边墙泄水孔沿纵向间距每10m设置一道，形成完整的排水系统。 5 3.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。采用从下向上的顺序铺设，下部防水板应压住上部防水板，松紧应适度并留有

13、余量（实铺长度与弧长的比值为10：8），保证防水板全部面积均能抵到混凝土面；两幅防水板的搭接宽度不应小于15cm，外边墙与洞身接触部分铺设的卷材的边缘部位预留至少60cm的搭接量，并且对预留部分边缘部位进行有效的保护；对于自动双缝热熔焊机不易焊接的部位用热风枪手工焊接，并确保其质量。 5.2.5 洞顶反压回填施工 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，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。 5.2.6 棚洞施工注意事项 1.严格控制棚洞仰拱及中墙基础一次性开挖长度

14、不大于5m，左右幅分部开挖，及时施做仰拱、填充混凝土。 2.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。 3.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。 4.棚洞洞身混凝土达到设计强度后及时进行洞顶回填，回填土应对称、分层夯填密实，机械回填时汽车载重量不超过10吨。 5.棚洞左右幅同时浇筑洞身及中墙混凝土，需对称、分层浇筑，分层高度不大于2m，确保衬砌台车及支架受力均匀。 6.由于防水板铺在混凝土结构外表面，为了防止落石等物体破坏防水板，应严禁车辆直接翻斗卸荷，采用人工搬运的方式码砌块石。 7.棚洞直中墙基础及外边

15、墙可与边坡同时施作，边坡完成后，应立即施作棚洞结构，并反压回填，以利于边坡的稳定，同时棚洞主体结构完成后，应及时对挡墙外侧进行反压回填，保持结构稳定性。 双幅棚洞两部改装衬砌台车同时浇筑见图5.2.6-1。 6 图5.2.6-1 双幅棚洞整体浇筑 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。 5

16、.2.7施工测量及监控量测 1.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。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。 2.监控测量 在路基边坡顶岩体和边坡布设变形观测桩，监控必测项目为衬砌拱顶沉降、挡土墙顶部位移、施工过程中中直墙顶部位移、地质及

17、支护状态观察、衬砌与中直墙连接处结构内力等，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。 6材料与设备 本工法涉及的主要材料均为符合衬砌强度、防水及耐久性的要求的普通材料，施工设备如表6所示。 7 本工法所用主要设备表 表6 7质量控制 7.1 棚洞仰拱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，左右幅分部开挖，同时浇筑仰拱、填充及中墙、偏压挡墙基础的钢筋及混凝土。 7.2 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。

18、7.3 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。 7.4 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。 7.5 棚洞右侧偏压挡墙及时施做，洞身混凝土外模拆除后立即组织施工，避免洞身受偏压后造成结构偏压受力后破坏。 7.6 棚洞左右幅同时浇筑洞身及中墙混凝土，需对称、分层浇筑，分层高度不大于1m，确保衬砌台车及支架受力均匀及稳定。 7.7 防水工程 7.7.1必须对防水主材及其辅材进行优选，保证其完全满足该工程使用功能和设计以及规范的要求；对确定的防水材料，除必须具有认证资料外，还必须对进场的材料复试。满足要求

19、后方可进行施工。对粘结材料同样作粘结试验，对其粘结强度等进行试验合格后方可使用。 7.7.2 防水工程施工时严格按操作工艺进行施工，施工完成后必须及时进行蓄水和淋水试验，合格后及时做好防水保护层的施工，以防止卷材被人为的破坏，造成渗漏。 7.7.3 防水做法及防水节点设计必须科学合理，对防水施工的质量必须进行严格管理和控制； 7.7.4 对防水层的保护措施和防水保护层的施工要确保防水的安全可靠性。 7.7.5 对结构断面变化的地方以及阴阳角等特殊必须采取最为安全稳妥的防水做法。 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，应制定详细的安全保障措施和安全风险评估

20、后进行清除或采用临时加固支护处理。 8.2棚洞施工洞内设专人指挥调度，三管两线设专人管理，保证照明、通风、排水设施良好，道路平顺畅通、灯光明亮。设置好运输线路安全信号标志，确保洞内运输安全;专职安全人员上岗必须佩戴安全检查袖标，凡进洞人员必须戴安全帽;重视洞口的稳定和排水，做好截水沟及排水沟，经常检查洞顶边坡的稳定情况。高压电线及风管通过衬砌台车时，设置绝缘活动装置和风管分节安装，防止挂断电缆和弄坏风管;爆破工必须进行岗前培训，持证上岗。火工品实行专人管理、集中管理，建立严格的规章制度，建立完善的火工品台帐，配备完善的消防器材；油库专人管理，设置明显的警戒标志，油库内设灭火砂及消防器材。 8.

21、3路基上边坡开挖及防护施工、棚洞施工阶段，在路基自然段大小里程两端各配备两名专职安全员，对该段路基进行全时段安全防护，道路两端在醒目位置布设“前方施工，注意安全”等安全警示牌，作业时在道路两端布置禁行栏杆和禁行标志。专职安全员和各施工设备司机均配置对讲机，边坡下方有行人或车辆需要通过时，所有设备停止作业并排除危险落石后方可通行。 8.4为了确保施工期的安全施工，应对边坡进行安全巡查及监控量测,监测的部位包括开挖结构面和开口线上部岩体，通过人工巡视检查和对观测数据进行整理、分析，掌握边坡岩体内部作用力和外部变形情况，评估和判断高边坡的稳定状况。 9环保措施 9.1坚持环境保护设计、施工、使用统筹

22、规划、同步运行。 9.2 加强对管理人员及生产工人环境保护教育，在生产过程中严格遵守有关环境保护方面的法律、法规和有关规定。 9.3 生产过程中产生的废弃物、建筑垃圾禁止随意乱丢污染环境，进行统一管理，集中堆放，再运至环保部门制定地点填埋处理。 9.4结构物施工剩余混凝土不得随意弃倒，需排放至指定场所。 9.5 清洗模板废水费油等集中回收统一处理，不得排放到河流，污染水体。 10效益分析 双幅棚洞采用左右幅、中墙及洞身同时浇筑，大大提高了功效，加快了路堑滑坍高边坡下双幅棚洞施工的进度，抓住了施工的最佳时机，节约工期4个月，对比业主下达的节点目标，提前2个 9 月完成了施工任务，快速有效的解决了

23、滑坍高陡边坡的处置难度和速度，减少了高陡边坡的处置费用，与常规的处置滑坍高边坡的方式对比，可节约工程费用约146万元，详见下表10。 滑坍高边坡常规处置与增设双幅棚洞的经济对比 表10 11工程实例 11.1 云南省富龙高速公路棚洞范围路基滑坍边坡概况 云南省富龙高速公路K14+605-K14+895段原设计路线以路堑形式通过，路基宽度24.5m，全长290m，地形复杂，自然山坡高陡。按照原设计，该段路基边坡分六级进行开挖，最大刷坡高度为56.25m（K14+780），刷坡高度在48-56.25m，开口线表层地质为崩坡积层，以巨块状石灰岩为主，其以下地质为全、强风化硅质岩，岩体破碎，一、二级边坡见黑色泥岩，近泥状，有泉水出露。该段路堑边坡原设计坡率为1:0.5，每级坡高8m，第1、6级边坡设计为主动防护网防护，第25级边坡设计为锚杆框格梁，第2、3级坡面锚杆长6m，第4、5级坡面锚杆长9m，路基滑坍边坡典型断面见图11.