山区高速公路单幅柱式棚洞施工工法

1、- 18 -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。富龙高速公公路K* + * -K * + *段路路线原设设计以路路堑形式式通过，地地形较陡陡，地面面自然横横坡达660度；此段路路堑最高高设6级边坡坡，坡率率设计为为1:00.255和1:00.333。该地地段为卡卡斯特地貌山山区，地地势险要要，施工工机械（挖挖机、钻钻机）难难以进

2、入入坡顶，且且上部开开挖面较较窄，设设备无工工作平台台，难以以进行施施工作业业；路堑堑边坡下下方为进进场道路路和农田田，峭壁壁石方爆爆破后无无法控制制落石走走向，道道路下方方为部分分旱地、水水稻田和和河道，爆爆破后滚滚落石渣渣对下部部农田、河河道破坏坏污染严严重。如如何安全全快速的的组织施施工，是是石质路路堑高陡陡边坡开开挖所面面临的难难题。中中铁十二二局集团团有限公公司结合合项目实实际情况况，采用用单幅柱柱式棚洞洞形式通通过，减减小了边边坡的开开挖高度度，明显显减少对对山体的的破坏，从从而保护护了山体体上的植植被；另另外棚洞洞对高边边坡除具具有支挡挡作用，同同时还具具有公路路隧道的的功能，其

3、其结构与与自然景景观融为为一体，不不仅节约约了投资资，而且且一劳永永逸的消消除了高高陡边坡坡顶部危危岩、浮浮石危及及公路安安全，以以保证公公路建设设与运营营的安全全；并降低了了施工难难度，加加快了施施工速度度，可为今后后类似棚棚洞的施施工提供供借鉴，经经总结、整整理形成成工法。2工法特特点2.1石质质高陡边边坡下路路堑采用用单幅柱柱式棚洞洞防护，减减少了高高边坡路路堑开挖挖，消除除了石方方爆破对对进场道道路的干干扰，有有效保证证了施工工及运营营期间的的安全。2.2在棚棚洞顶部部增设横横向钢管管桩注浆浆加固措措施，确确保施工工期间棚棚洞半明明半暗开开挖对高高陡边坡坡造成失失稳。2.3优化化的柱式

4、式棚洞施施工方案案，使用用改装后后的隧道道用衬砌砌台车同同时施工工洞身、顶顶板及柱柱顶托梁梁混凝土土，将原原设计的的洞顶施施工缝改改留至柱柱顶，提提高了洞洞身的结结构整体体受力情情况，减减少了施施工缝对对洞身防防排水质质量的影影响，与与传统的的支架现现浇方法法相比，降降低了施施工难度度，加快快了施工工速度。2.4棚洞洞模板利利用的是是隧道施施工用的的二衬台台车改装装而成，安安装灵活活、经济济方便等等特点，提提高了大大型模板板的利用用率，有有效的减减低了成成本。2.5棚洞洞结构轻轻巧，解解决了高高陡石质质边坡开开挖难的的问题，消消除了运运营期间间的落石石隐患，降降低了柱柱式棚洞洞的施工工难度，加

5、加快了施施工进度度。棚洞洞完成后后顶部植植草绿化化后，其其自身即即能成为为一道亮亮丽的景景观，为为山区高高速公路路工程增增加了新新的看点点。3适用范范围本工法适用用于山区区高速公公路及铁铁路深路路堑高陡陡石质路路堑边坡坡的处置置施工。4.工艺原原理将棚洞范围围内顶部部左侧进进行边坡坡开挖及及钢管桩桩加固，棚洞范范围右幅幅路基石石方控制制爆破施施工，左幅棚棚洞洞身开挖挖及初期期支护施施工后进进行棚洞洞立柱底底桩基础础、底板板及中立立柱基础础钢筋混混凝土施施工，然然后采用用改装的的衬砌台台车一次次性施工工棚洞立立柱、立立柱托梁梁、洞身身及顶板板钢筋混混凝土，紧紧接着进进行棚洞洞内路面面及水沟沟电缆

6、槽槽等附属属工程施施工，最最后进行行棚洞顶顶柔性回回填反压压、洞顶顶排水沟沟及绿化化工程施施工。棚棚洞优化化施工图图理见下下图4。图4.1 单幅柱柱式棚洞洞防护石石质边坡坡原理图图5施工工工艺流程程及操作作要点5.1施工工工艺流流程施工准备备对棚棚洞顶部部边坡钢管管桩加固固等防护施施工棚洞范范围右幅幅路基石石方控制制爆破施施工左幅棚棚洞洞身开挖挖及初期期支护施施工棚洞立立柱底桩桩基础、底底板及中中立柱基基础钢筋筋混凝土土施工采用改改装的衬衬砌台车车一次性性施工棚棚洞立柱柱、立柱柱托梁、洞身及顶板钢筋混凝土棚洞内路面及水沟电缆槽等附属工程施工棚洞顶防排水施工棚洞顶柔性回填反压、洞顶排水沟施工绿化

7、工程施工。施工工艺流程见图5.1。施工准备施工准备施工测量施工测量棚洞顶部棚洞顶部边坡横向钢管桩注浆加固棚洞台车改装棚洞台车改装棚洞范围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图5.1棚棚洞施工工流程图图5.2操作作要点5.2.11 施工工准备首先，对棚棚洞顶部部自上而而下分台台清理刷刷坡松散散岩体及及坡面，严严禁大面面积开挖挖扰动边边坡的稳稳定性，对对开挖后后的洞顶顶边坡进行行钢管桩桩加固和和挂网喷喷浆防护护，确保保棚洞施施工期间间的安全全；其次

8、次，按设设计的棚棚洞轮廓廓改装隧隧道用的的一部10.5m液压衬衬砌台车车，及时时拼装调调试完善善，具备备施工条条件；再再次，做做好快速速施工的的一切后后续保障障工作。5.2.22 施工工测量施工测量前前认真进进行对图图纸的审审核、测测量定位位依据点点的交接接与校核核、测量量仪器的的检定与与校核，测测量方案案的编制制与数据据准备。根根据图纸纸和工程程结构特特征确定定控制网网形式，采采用一级级控制网网测设。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

9、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。5.2.33棚洞顶顶部边坡坡横向钢钢管桩注注浆加固固1.横向钢钢管桩施施工流程程测量定位钻孔机机就位钻钻孔安安装下放放注浆钢钢管封封孔下下放钢筋筋注浆浆机安装装安装装注浆导导管拌拌制水泥泥浆注注水泥浆浆二次次加压注注浆。2.横向钢钢管桩控控制要点点1）测量定定位：根根据设计计的孔洞洞间距、排排距等用用50mm钢尺测测量放线线，用红红漆标明明每个桩桩孔的位位置；孔孔位误差差纵向不不得大于于15ccm，相相邻钢管管之间横横向不大大于100cm。2）安装下下放注浆浆钢花管管：钻孔孔前按要要求将钢钢管接长长至设计计长度，每每节钢管管长

10、4-6mm以丝扣扣连接而而成，同同一断面面内接头头数量不不得超过过总钢管管数的550%；钢花管管上钻注注浆孔，孔孔径122mm，孔孔间距115cmm，呈梅梅花型布布置，尾尾部留不不钻孔的的止浆段段2500cm。3）注浆：采用水水泥浆液液(水灰比比=0.5：1)注浆浆，注浆压压力：初初始压力力0.551.00MPaa，终止止压力22.0MMPa；注浆结结束后用用M200水泥砂砂浆充填填钢管，以以增强管管棚强度度；为加加强钢管管桩整体体受力，采采用C225钢筋筋混凝土土盖梁将将钢管桩桩固结形形成整体体。棚洞洞顶部钢钢管桩注注浆加固固示意见见图5。2.33。图5.2.3 棚棚洞顶部部横向钢钢管桩注注

11、浆加固固5.2.44 单幅幅柱式棚棚洞施工工用液压压台车改改装棚洞台车由由隧道二二衬台车车改装而而成，台台车长度度为100.5mm。单幅柱式棚洞洞施工用用液压台台车改装装见图5.2.4。图5.2.4 单幅幅柱式棚棚洞液压压台车改改装示意意图衬砌台车门门架净空空高度和和宽度能能保证运运车辆通通行，由由于本棚棚洞的特特殊性，为为满足单单幅柱式式棚洞的的整体成成型（即即中立柱柱、立柱柱托梁、洞洞身及顶顶板一次次成型），因因此本台台车共分分两部分分：整整机行走走采用电电机+机械驱驱动，模模板采用用全液压压操作，利利用液压压缸支（收收）模机机械锁定定。右右外侧模模板采用大块钢模模板，整整体拼装装成型，丝

12、丝顶，木木撑加固固。总之之在保证证足够的的刚度和和强度的的前提下下尽量使使结构简简单化以以减轻重重量，在在重要的的钢结构构方面，采采用专用用工装模模具，确确保产品品加工质质量，产产品性能能良好，结结构合理理，衬砌砌质量高高。5.2.55路基及及棚洞开开挖棚洞及右幅幅路基均均采用控控制爆破破开挖，严严格控制制施钻角角度和深深度及装装药量，确确保飞石石的走向向，控制爆爆破时严严格按爆爆破方案案布孔和和及时调调整爆破破参数，确确保围岩岩的自稳稳能力和和开挖轮轮廓线满满足设计计要求，爆爆破后残残孔率达达到900%以上上。爆破破采用钻钻爆简易易台架或或钻孔台台车为主主，辅以以人工风风动凿岩岩机钻眼眼，非

13、电电毫秒雷雷管微差差起爆。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左幅棚棚洞及右右幅路基基石方控控制爆破破炮眼布布置示意意图5.2.66 棚洞洞洞身及及中立柱柱混凝土土施工1.准备工工作首先全面检检查中线线、高程程，各项项指标已已经全部部满足设设计要求求，防排排水材料料充足，施施工用的的砼输送送泵、振振动器、液液压衬砌砌模板台台车等已已经进行行了试运运转，设设备正常常。2.模板施施工采用10.5m液压衬衬砌台车车,结构稳稳定，尺尺寸准确确且结构构简单，装装拆移位位方便，模模板表面面光滑，接接缝严密密，施工工缝端头头模板安安装垂直直、牢固固。模板板台车测测量定位位准

14、确，将将台车移移至衬砌砌部位，调调好标高高，按隧隧洞衬砌砌内轮廓廓线尺寸寸调整好好模板支支撑杆臂臂。3.砼拌合合运输砼在洞外的的拌合站站集中拌拌合，砼砼输送车车运输，输输送泵灌灌注施工工。5.2.77 防防排水施施工控制制要点1.排水盲盲管本棚洞排水水盲管包包括DNN1100HDPPE横向向排水盲盲管、DDN1110HDDPE纵纵向排水水盲管，横横向排水水盲管沿沿棚洞靠靠山侧，纵纵向间距距每100m设置置一道，连连接外裹裹土工布布的纵向向碎石排排水盲沟沟与棚洞洞内排水水沟，纵纵向排水水盲管在在靠山侧侧通长布布置，形形成完整整的排水水系统。2.防水层层布置防水层在洞洞身混凝凝土外面面采用分分离式

15、防防水层。设设置防水水层是保保证棚洞洞防水功功能的重重要措施施，防水水层采用用分离式式防水层层，由防防水板加加土工布布组成。防防水板采采用EVVA防水水板，厚厚度不小小于1.5mmm；土工工布密度度不小于于4000g/mm。5.2.88 洞顶顶反压回回填控制制要点洞身混凝土土强度达达到设计计强度的的75%方可拆拆模。混混凝土强强度达到到设计的的1000%时才才能进行行洞顶回回填。回回填时采采用机械械和人工工相结合合的方式式。洞顶顶反压回回填采用用机械回回填，机机械回填填时载重重量不得得超过220吨。靠靠山侧边边坡坡脚脚与洞身身间狭窄窄部位采采用片石石混凝土土回填。5.2.99 监控控测量在洞顶

16、边坡坡布设变变形观测测桩，监监控必测测项目为为边坡位位移及沉沉降、初初期支护护拱顶沉沉降及位位移、施施工过程程中洞内内围岩地地质及支支护状态态观察、洞洞身与中中立柱连连接处结结构内力力等，每每天需对对观测点点进行观观测并记记录成册册，通过过测量数数据反映映边坡的的位移、沉沉降情况况，及时时预报险险情，随随时掌握握边坡动动态，确确定施工工对策和和措施，防防止事故故的发生生，确保保施工安安全及结结构的长长期稳定定。5.3 施施工注意意事项1)因为棚棚洞边坡坡高且陡陡，表层层风化破破碎，棚棚洞施工工前应对对边坡由由上至下下清理，即即使对坡坡面进行行钢管桩桩加固和和锚喷临临时防护护，确保保施工质质量。

17、2)棚洞洞洞身开挖挖为半明明半暗方方式开挖挖，严格格控制开开挖进尺尺不大于于1.55m，及及时施做做半弧钢钢支撑及及锚喷支支护；底底板及基基础开挖挖严格控控制开挖挖进尺，一一次性开开挖长度度不应大大于5mm，及时施施做基础础的钢筋筋及混凝凝土。3)为减少少施工时时石方爆爆破对进进场道路路干扰及及爆破后后如果不不控制落落石走向向，爆破破后滚落落石渣对对下部农农田、河河道严重重破坏和和污染，路基石石方爆破破前做好好进场道道路的安安全防护护后，采采用纵向向台阶法法水平钻钻孔法控控制爆破破；洞身身部分采采用上下下台阶法法水平钻钻孔控制制爆破法法施工。4)棚洞基基础地基基承载力力要求不不小于2250KK

18、Pa，基基底虚方方清理干干净，基基坑不得得积水软软化基础础。5)棚洞洞洞身施工工缝应与与仰拱及及中墙施施工缝设设置在同同一里程程，避免免棚洞受受力不均均时拉裂裂洞身混混凝土。6)棚洞洞洞身混凝凝土达到到设计强强度后及及时进行行洞顶防防水层及及反压回回填，回回填土应应对称、分分层夯填填密实。7)棚洞先先浇筑立立柱混凝凝土，然然后接着着浇筑洞洞身、立立柱托梁梁及顶板板混凝土土，需对对称、分分层浇筑筑，分层层高度不不大于11m，确确保衬砌砌台车及及内外侧侧模板受受力均匀匀且稳定定。8)在该段段路堑边边坡顶岩岩体和坡坡面均匀匀布设变变形观测测桩，监监控必测测项目为为边坡稳稳定性和和支护状状况观察察、坡

19、面面沉降和和变形位位移监测测，棚洞洞施工期期间必须须每天对对观测点点进行观观测并记记录成册册，通过过测量数数据反映映边坡的的稳定情情况，随随时掌握握边坡动动态；安安排有经经验且责责任心强强的专职职安全员员巡视检检查坡面面的稳定定性，如如发现险险情，立立即撤离离施工人人员，建建立完善善的施工工风险预预控机制制，确保保施工期期间的一一切安全全。6材料与与设备6.1施工工材料棚洞需原材材料包括括：混凝凝土用原原材料、注浆原材料、钢筋、排水管、防水板、土工布、止水带等。6.2机具具设备主要施工设设备见下下表6.22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ZL5012008162

20、3m3履带式挖掘掘机CAT3220D120081031.2m33重型自卸车车ND33110W2284NNJ6201015t自卸车5T32010砂浆搅拌机机JW180022011气腿式钻机机YT2822009电动空压机机L-20/3.55220099020m3/minn砼喷射机TK-996112009钢筋调直机机GJ-6-4/8812010钢筋切断机机GJ4012011钢筋弯曲机机GW4012012潜水泵GQ-400102013万能木工圆圆盘锯MJ225512014混凝土输送送泵HBT600C12011发电机50kw12011油罐EQ1099012012软轴振动棒棒202014混凝土搅拌拌站HL

21、D1220012014台车120147质量控控制7.1钢管管桩孔洞洞间距、排排距等用用50mm钢尺测测量放线线，用红红漆标明明每个桩桩孔的位位置；孔孔位误差差纵向不不得大于于15ccm，相相邻钢管管之间横横向不大大于100cm。7.2钢筋筋定位措措施:由200钢筋制制作内控控定位筋筋，间距距误差3mmm。7.3钢筋筋保护层层控制:采取混混凝土垫垫块控制制保护层层厚度。根根据不同同钢筋直直径采用用工厂化化生产，可可以保证证控制在在保护层层允许偏偏差范围围内。7.4混凝凝土浇筑筑前必须须保证钢钢筋工程程隐蔽验验收合格格，模板板工程验验收合格格。7.5洞身身混凝土土强度达达到设计计强度的的75%方可

22、拆拆模。混混凝土强强度达到到设计的的1000%时才才能进行行洞顶回回填。8安全措措施8.1开挖挖边坡上上部不稳稳定岩体体、松动动岩块，直直接影响响下部作作业安全全，应进进行清除除或加固固支护处处理。8.2施工工区内起起重设施施、施工工机械、移移动式电电焊机及及工具房房、空压压机房、电电工值班班房等布布置应符符合安全全、卫生生、环境境保护要要求。大大型施工工机械与与车辆停停放场的的布置应应与施工工生产相相适应，要要求场地地平整、排排水畅通通、基础础稳固，并并满足消消防安全全要求。8.3在覆覆盖层施施工前应应按照设设计要求求清理完完边坡的的风化岩岩块、堆堆积物、残残积物和和滑坡体体，并在在适当位位

23、置修筑筑拦渣坎坎，保证证下部施施工安全全。覆盖盖层开挖挖应按设设计边坡坡坡比自自上而下下分层进进行，坡坡面按设设计要求求做成一一定的坡坡势，以以利排水水。8.4钻孔孔作业人人员应经经过专业业技术培培训，经经考核合合格，持持证后方方可单独独操作。钻钻机的工工作地面面应平整整，在倾倾斜地面面作业时时，履带带板下方方应用楔楔形木块块塞紧。不不得在斜斜坡上横横向钻孔孔作业。应应采用湿湿式凿岩岩，或装装有能够够达到国国家工业业卫生标标准的干干式捕尘尘装置。作作业人员员宜佩戴戴口罩、面面罩、耳耳塞等劳劳动防护护用品。8.5爆破破作业人人员必须须经过专专业培训训，掌握握操作技技能，并并经公安安部门考考核合格

24、格，取得得相应类类别、级级别的资资格证后后，方可可从事爆爆破作业业。爆破破方案必必须经有有关部门门审批，按按审批后后的爆破破方案作作业。8.6棚洞洞施工洞洞内设专专人指挥挥调度，三三管两线线设专人人管理，保保证照明明、通风风、排水水设施良良好，道道路平顺顺畅通、灯灯光明亮亮。设置置好运输输线路安安全信号号标志，确确保洞内内运输安安全;专职安安全人员员上岗必必须佩戴戴安全检检查袖标标，凡进进洞人员员必须戴戴安全帽帽;重视洞洞口的稳稳定和排排水，做做好截水水沟及排排水沟，经经常检查查洞顶边边坡的稳稳定情况况。高压压电线及及风管通通过衬砌砌台车时时，设置置绝缘活活动装置置和风管管分节安安装，防防止挂

25、断断电缆和和弄坏风风管;爆破工工必须进进行岗前前培训，持持证上岗岗。火工工品实行行专人管管理、集集中管理理，建立立严格的的规章制制度，建建立完善善的火工工品台帐帐，配备备完善的的消防器器材；油油库专人人管理，设设置明显显的警戒戒标志，油油库内设设灭火砂砂及消防防器材。9环保措措施9.1坚持持环境保保护设计计、施工工、使用用统筹规规划、同同步运行行。9.2 加加强对管管理人员员及生产产工人环环境保护护教育，在在生产过过程中严严格遵守守有关环环境保护护方面的的法律、法法规和有有关规定定。9.3 生生产过程程中产生生的废弃弃物、建建筑垃圾圾禁止随随意乱丢丢污染环环境，进进行统一一管理，集集中堆放放，

26、再运运至环保保部门制制定地点点填埋处处理。9.4棚洞洞、砼搅搅拌站设设排污处处理池，对对施工废废水等进进行沉淀淀、过滤滤等措施施处理达达到排污污标准后后方可向向外排出出。9.5 施施工剩余余混凝土土不得随随意弃倒倒，需排排放至指指定场所所。9.6 清清洗模板板废水费费油等集集中回收收统一处处理，不不得排放放到河流流，污染染水体。10效益益分析本工法石质质高陡边边坡下的的单幅柱柱式棚洞洞，提高高了安全全系数，加加快了施施工搭建建速度，节约工期3个月，对比业主下达的节点目标，提前2个月完成了施工任务，快速有效的解决了石质高陡边坡的处置难度和速度，减少了高陡边坡的处置费用，与常规的处置石质高陡边坡的

27、方式对比，可节约工程费用约122万元，详见下表10。石质高陡边边坡常规规处置与与增设单单幅棚洞洞的经济济对比表表表10序号常规防护单幅棚洞项目名称金额（万元元）项目名称金额（万元元）1土石方开挖挖420土石方开挖挖及支护护1082边坡防护242边坡防护933征地240征地654路基混凝土土工程35棚洞混凝土土工程549合计937815工期对比8个月5个月11工程程实例11.1项项目棚洞洞范围路路基边坡坡概况云南省富龙龙高速公公路某里里程段路路线以路路堑形式式通过，全全长1550m，地地形较陡陡，地面面自然横横坡达660度；此段路路堑最高高设6级边坡坡，边坡坡分台高高8m，第第6级边坡坡一坡到到

28、顶，最最大坡高高为700.544m（K155+7220）；该段路路堑13级边坡坡坡率为为1:00.255，46级边坡坡坡率为为1:00.333，碎落落平台宽宽度为11m，上上设平台台截水沟沟。该段段地质情情况为：边坡上上覆薄层层粉质黏黏土，下下为较完完整灰色色、灰白白色中弱风化化石灰岩岩，中-厚层状状构造，部部分含白白云岩质质，岩体体较破碎碎，溶蚀蚀发育，岩岩质坚硬硬，地形形自然山山坡高陡陡，植被被较为茂茂盛。坡坡面防护护形式均均为主动动防护网网。路基基高陡石石质边坡坡原设计计断面及及地貌见见图111.1-1，坡面防防护形式式均为主主动防护护网，示示意图见见图111.1-2。图11.11-1 路基基边坡原原设计断断面及地地