山区高速公路单幅柱式棚洞施工工法

-14-山区高速公路单幅柱式棚洞施工工法1.前言目前，我国高速速速公路建建设向向山区不不断延延伸，山山区高高速公路路受地地形限制制，路路线常在在崇山山峻岭中中傍山山而行，路路基基边坡地地质复复杂且高高陡，石质质高陡边坡坡挖方路堑堑施工设备备、机械难难以就位，施施工难度较较大；山高高坡陡，地地表岩体较较为破碎，溶溶蚀发育，如如发生落石石现象，将将对运营期期间的行车车安全造成成非常大的的隐患。富龙高速公路KKK***+****-K*****+****段段路线原原设计计以路堑堑形式式通过，地地形形较陡，地地面面自然横横坡达达60度；此此段段路堑最最高设设6级边坡，坡坡坡率设计计为11:0..255和1:0..333。该地地段段为卡斯斯特地地貌山区区，地地势险要要，施施工机械械（挖挖机、钻钻机）难难以进入入坡顶顶，且上上部开开挖面较较窄，设设备无工工作平平台，难难以进进行施工工作业业；路堑堑边坡坡下方为为进场场道路和和农田田，峭壁壁石方方爆破后后无法法控制落落石走走向，道道路下下方为部部分旱旱地、水水稻田田和河道道，爆爆破后滚滚落石石渣对下下部农农田、河河道破破坏污染染严重重。如何何安全全快速的的组织织施工，是是石石质路堑堑高陡陡边坡开开挖所所面临的的难题题。中铁铁十二二局集团团有限限公司结结合项项目实际际情况况，采用用单幅幅柱式棚棚洞形形式通过过，减减小了边边坡的的开挖高高度，明明显减少少对山山体的破破坏，从从而保护护了山山体上的的植被被；另外外棚洞洞对高边边坡除除具有支支挡作作用，同同时还还具有公公路隧隧道的功功能，其其结构与与自然然景观融融为一一体，不不仅节节约了投投资，而而且一劳劳永逸逸的消除除了高高陡边坡坡顶部部危岩、浮浮石石危及公公路安安全，以以保证证公路建建设与与运营的的安全全；并降降低了了施工难难度，加加快了施施工速速度，可可为今今后类似似棚洞洞的施工工提供供借鉴，经经总总结、整整理形形成工法法。2．工法特点2.1石质高陡陡陡边坡下下路堑堑采用单单幅柱柱式棚洞洞防护护，减少少了高高边坡路路堑开开挖，消消除了了石方爆爆破对对进场道道路的的干扰，有有效效保证了了施工工及运营营期间间的安全全。2.2在棚洞顶顶顶部增设设横向向钢管桩桩注浆浆加固措措施，确确保施工工期间间棚洞半半明半半暗开挖挖对高高陡边坡坡造成成失稳。2.3优化的柱柱柱式棚洞洞施工工方案，使使用用改装后后的隧隧道用衬衬砌台台车同时时施工工洞身、顶顶板板及柱顶顶托梁梁混凝土土，将将原设计计的洞洞顶施工工缝改改留至柱柱顶，提提高了洞洞身的的结构整整体受受力情况况，减减少了施施工缝缝对洞身身防排排水质量量的影影响，与与传统统的支架架现浇浇方法相相比，降降低了施施工难难度，加加快了了施工速速度。2.4棚洞模板板板利用的的是隧隧道施工工用的的二衬台台车改改装而成成，安安装灵活活、经经济方便便等特特点，提提高了了大型模模板的的利用率率，有有效的减减低了了成本。2.5棚洞结构构构轻巧，解解决决了高陡陡石质质边坡开开挖难难的问题题，消消除了运运营期期间的落落石隐隐患，降降低了了柱式棚棚洞的的施工难难度，加加快了施施工进进度。棚棚洞完完成后顶顶部植植草绿化化后，其其自身即即能成成为一道道亮丽丽的景观观，为为山区高高速公公路工程程增加加了新的的看点点。3．适用范围本工法适用于山山山区高速速公路路及铁路路深路路堑高陡陡石质质路堑边边坡的的处置施施工。4.工艺原理将棚洞范围内顶顶顶部左侧侧进行行边坡开开挖及及钢管桩桩加固固，棚洞洞范围围右幅路路基石石方控制制爆破破施工，左左幅幅棚洞洞洞身开开挖及初初期支支护施工工后进进行棚洞洞立柱柱底桩基基础、底底板及中中立柱柱基础钢钢筋混混凝土施施工，然然后采用用改装装的衬砌砌台车车一次性性施工工棚洞立立柱、立立柱托梁梁、洞洞身及顶顶板钢钢筋混凝凝土，紧紧接着进进行棚棚洞内路路面及及水沟电电缆槽槽等附属属工程程施工，最最后后进行棚棚洞顶顶柔性回回填反反压、洞洞顶排排水沟及及绿化化工程施施工。棚棚洞优化化施工工图理见见下图图4。图4.1单幅幅幅柱式棚洞洞防防护石质质边坡坡原理图图5．施工工艺流流流程及操作作要要点5.1施工工艺艺艺流程①施工准备→②②②对棚洞顶顶部部边坡钢钢管桩桩加固等等防护护施工→③棚洞范围围右幅路路基石石方控制制爆破破施工→④左幅棚洞洞洞身开开挖及及初期支支护施施工→⑤棚洞立柱柱底桩基基础、底底板及中中立柱柱基础钢钢筋混混凝土施施工→→⑥采用改装装的衬砌砌台车车一次性性施工工棚洞立立柱、立立柱托梁梁、洞洞身及顶顶板钢钢筋混凝凝土→→⑦棚洞内路路面及水水沟电电缆槽等等附属属工程施施工→→⑧棚洞顶防防排水施施工→→⑨棚洞顶柔柔性回填填反压压、洞顶顶排水水沟施工→⑨⑨绿化工程程施施工。施工工工工艺流程程见图图5.1。施工准备施工准备施工测量施工测量棚洞顶部边坡横向钢管桩注浆加固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右幅路基石方开挖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棚洞施施施工流程图图5.2操作要点点点5.2.1施施施工准备备首先，对棚洞顶顶顶部自上上而下下分台清清理刷刷坡松散散岩体体及坡面面，严严禁大面面积开开挖扰动动边坡坡的稳定定性，对对开挖后后的洞洞顶边坡坡进行行钢管桩桩加固固和挂网网喷浆浆防护，确确保保棚洞施施工期期间的安安全；；其次，按按设设计的棚棚洞轮轮廓改装装隧道道用的一一部110.55m液液压衬砌砌台车车，及时时拼装装调试完完善，具具备施工工条件件；再次次，做做好快速速施工工的一切切后续续保障工工作。5.2.2施施施工测量量施工测量前认真真真进行对对图纸纸的审核核、测测量定位位依据据点的交交接与与校核、测测量量仪器的的检定定与校核核，测测量方案案的编编制与数数据准准备。根根据图图纸和工工程结结构特征征确定定控制网网形式式，采用用一级级控制网网测设设。为保保证工工程施工工的竖竖向精度度，棚棚洞布设设3个高程控控制制点组成成高程程控制网网，采采用绝对对高程程控制，高高程程控制点点布置置在距施施工现现场20..00米左右的的埋埋置砼上上。高高程从控控制点点引测，待待柱柱修好后后引测测至柱上上并做做出明显显标记记，为后后面的的施工创创造条条件。施施工放放样数据据在室室内计算算好并并充分复复核无无误方可可进行行施工。5.2.3棚洞洞洞顶部边边坡横横向钢管管桩注注浆加固固1.横向钢管桩桩桩施工流流程测量定位→钻孔孔孔机就位位钻孔孔→安装下放放注注浆钢管→封孔→下放钢筋→注浆机安安装装→安装注浆浆导导管→拌制水泥泥浆浆→注水泥浆→二次加压压注注浆。2.横向钢管桩桩桩控制要要点1）测量定位：：：根据设计计的的孔洞间间距、排排距等用用500m钢尺测测量量放线，用用红红漆标明明每个个桩孔的的位置置；孔位位误差差纵向不不得大大于15ccmm，相邻钢钢管管之间横横向不不大于100ccm。2）安装下放注注注浆钢花管管：：钻孔前前按要要求将钢钢管接接长至设设计长长度，每每节钢钢管长4--66m以丝扣扣连连接而成成，同同一断面面内接接头数量量不得得超过总总钢管管数的500%%；钢花管管上上钻注浆浆孔，孔孔径12mmmm，孔间距距155cm，呈呈梅梅花型布布置，尾尾部留不不钻孔孔的止浆浆段2250ccm。3）注浆：采用用用水泥浆液液((水灰比=00..5：1)注浆，注注浆压力力：初初始压力力0..5～1.0MMPPa，终止止压压力2.00MMPa；注注浆浆结束后后用MM20水泥泥砂砂浆充填填钢管管，以增增强管管棚强度度；为为加强钢钢管桩桩整体受受力，采采用C255钢筋混混凝土盖盖梁将将钢管桩桩固结结形成整整体。棚棚洞顶部部钢管管桩注浆浆加固固示意见见图55。2.3。图5.2.3棚洞顶部部横横向钢管管桩注注浆加固固5.2.4单单单幅柱式式棚洞洞施工用用液压压台车改改装棚洞台车由隧道道道二衬台台车改改装而成成，台台车长度度为110.55m。单单幅柱式式棚洞洞施工用用液压压台车改改装见见图5.22..4。图5.2.4单幅柱式式棚棚洞液压压台车车改装示示意图图衬砌台车门架净净净空高度度和宽宽度能保保证运运车辆通通行，由由于本棚棚洞的的特殊性性，为为满足单单幅柱柱式棚洞洞的整整体成型型（即即中立柱柱、立立柱托梁梁、洞洞身及顶顶板一一次成型型），因因此本台台车共共分两部部分：：①整机行走走采采用电机机+机械驱动动，模模板采用用全液液压操作作，利利用液压压缸支支（收）模模机机械锁定定。②②右外侧模模板板采用大大块钢钢模板，整整体体拼装成成型，丝丝顶，木木撑加加固。总总之在在保证足足够的的刚度和和强度度的前提提下尽尽量使结结构简简单化以以减轻轻重量，在在重重要的钢钢结构构方面，采采用用专用工工装模模具，确确保产产品加工工质量量，产品品性能能良好，结结构构合理，衬衬砌砌质量高高。5.2.5路基基基及棚洞洞开挖挖棚洞及右幅路基基基均采用用控制制爆破开开挖，严严格控制制施钻钻角度和和深度度及装药药量，确确保飞石石的走走向，控控制爆爆破时严严格按按爆破方方案布布孔和及及时调调整爆破破参数数，确保保围岩岩的自稳稳能力力和开挖挖轮廓廓线满足足设计计要求，爆爆破破后残孔孔率达达到90%%以上。爆爆破采用用钻爆爆简易台台架或或钻孔台台车为为主，辅辅以人人工风动动凿岩岩机钻眼眼，非非电毫秒秒雷管管微差起起爆。左左幅棚洞洞及右右幅路基基石方方控制爆爆破炮炮眼布置置示意意见图5..22.5。图5.2.5左左左幅棚洞及及右右幅路基基石方方控制爆爆破炮炮眼布置置示意意图5.2.6棚棚棚洞洞身身及中中立柱混混凝土土施工1.准备工作首先全面检查中中中线、高高程，各各项指标标已经经全部满满足设设计要求求，防防排水材材料充充足，施施工用用的砼输输送泵泵、振动动器、液液压衬砌砌模板板台车等等已经经进行了了试运运转，设设备正正常。2.模板施工采用10.5mmm液压衬砌砌台台车,结构稳定定，尺尺寸准确确且结结构简单单，装装拆移位位方便便，模板板表面面光滑，接接缝缝严密，施施工工缝端头头模板板安装垂垂直、牢牢固。模模板台台车测量量定位位准确，将将台台车移至至衬砌砌部位，调调好好标高，按按隧隧洞衬砌砌内轮轮廓线尺尺寸调调整好模模板支支撑杆臂臂。3.砼拌合运输输输砼在洞外的拌合合合站集中中拌合合，砼输输送车车运输，输输送送泵灌注注施工工。5.2.7防排水施施工工控制要要点1.排水盲管本棚洞排水盲管管管包括DNN1110HHDPPE横向排排水水盲管、DDNN1100HDDPE纵向向排排水盲管管，横横向排水水盲管管沿棚洞洞靠山山侧，纵纵向间间距每100mm设置一道道，连连接外裹裹土工工布的纵纵向碎碎石排水水盲沟沟与棚洞洞内排排水沟，纵纵向向排水盲盲管在在靠山侧侧通长长布置，形形成成完整的的排水水系统。2.防水层布置置置防水层在洞身混混混凝土外外面采采用分离离式防防水层。设设置置防水层层是保保证棚洞洞防水水功能的的重要要措施，防防水水层采用用分离离式防水水层，由由防水板板加土土工布组组成。防防水板采采用EEVA防水水板板，厚度度不小小于1.55mmm；土工工布布密度不不小于于400gg//m²。5.2.8洞洞洞顶反压压回填填控制要要点洞身混凝土强度度度达到设设计强强度的755%%方可拆模模。混混凝土强强度达达到设计计的1100%%时才才能进行行洞顶顶回填。回回填填时采用用机械械和人工工相结结合的方方式。洞洞顶反压压回填填采用机机械回回填，机机械回回填时载载重量量不得超超过220吨。靠靠山山侧边坡坡坡脚脚与洞身身间狭狭窄部位位采用用片石混混凝土土回填。5.2.9监监监控测量量在洞顶边坡布设设设变形观观测桩桩，监控控必测测项目为为边坡坡位移及及沉降降、初期期支护护拱顶沉沉降及及位移、施施工工过程中中洞内内围岩地地质及及支护状状态观观察、洞洞身与与中立柱柱连接接处结构构内力力等，每每天需需对观测测点进进行观测测并记记录成册册，通通过测量量数据据反映边边坡的的位移、沉沉降降情况，及及时时预报险险情，随随时掌握握边坡坡动态，确确定定施工对对策和和措施，防防止止事故的的发生生，确保保施工工安全及及结构构的长期期稳定定。5.3施工注注注意事项项1)因为棚洞边边边坡高且且陡，表表层风化化破碎碎，棚洞洞施工工前应对对边坡坡由上至至下清清理，即即使对对坡面进进行钢钢管桩加加固和和锚喷临临时防防护，确确保施施工质量量。2)棚洞洞身开开开挖为半半明半半暗方式式开挖挖，严格格控制制开挖进进尺不不大于1..55m，及时时施施做半弧弧钢支支撑及锚锚喷支支护；底底板及及基础开开挖严严格控制制开挖挖进尺，一一次次性开挖挖长度度不应大大于55m，及时时施施做基础础的钢钢筋及混混凝土土。3)为减少施工工工时石方方爆破破对进场场道路路干扰及及爆破破后如果果不控控制落石石走向向，爆破破后滚滚落石渣渣对下下部农田田、河河道严重重破坏坏和污染染，路路基石方方爆破破前做好好进场场道路的的安全全防护后后，采采用纵向向台阶阶法水平平钻孔孔法控制制爆破破；洞身身部分分采用上上下台台阶法水水平钻钻孔控制制爆破破法施工工。4)棚洞基础地地地基承载载力要要求不小小于2250KKPaa，基底虚虚方方清理干干净，基基坑不得得积水水软化基基础。5)棚洞洞身施施施工缝应应与仰仰拱及中中墙施施工缝设设置在在同一里里程，避避免棚洞洞受力力不均时时拉裂裂洞身混混凝土土。6)棚洞洞身混混混凝土达达到设设计强度度后及及时进行行洞顶顶防水层层及反反压回填填，回回填土应应对称称、分层层夯填填密实。7)棚洞先浇筑筑筑立柱混混凝土土，然后后接着着浇筑洞洞身、立立柱托梁梁及顶顶板混凝凝土，需需对称、分分层层浇筑，分分层层高度不不大于于1m，确保保衬衬砌台车车及内内外侧模模板受受力均匀匀且稳稳定。8)在该段路堑堑堑边坡顶顶岩体体和坡面面均匀匀布设变变形观观测桩，监监控控必测项项目为为边坡稳稳定性性和支护护状况况观察、坡坡面面沉降和和变形形位移监监测，棚棚洞施工工期间间必须每每天对对观测点点进行行观测并并记录录成册，通通过过测量数数据反反映边坡坡的稳稳定情况况，随随时掌握握边坡坡动态；；安排排有经验验且责责任心强强的专专职安全全员巡巡视检查查坡面面的稳定定性，如如发现险险情，立立即撤离离施工工人员，建建立立完善的的施工工风险预预控机机制，确确保施施工期间间的一一切安全全。6．材料与设备备备6.1施工材料料料棚洞需原材料包包包括：混混凝土土用原材材料、注注浆原材材料、钢钢筋、排排水管管、防水水板、土土工布、止止水水带等。6.2机具设备备备主要施工设备见见见下表6..22设备名称型号及规格数量购置年份额定功率（kWWW）生产能力备注装载机ZL50120081623m3履带式挖掘机CAT320DDD120081031.2m3重型自卸车ND3310WWW2844NJJ6201015t自卸车5T32010砂浆搅拌机JW18022011气腿式钻机YT2822009电动空压机L-20/3...5220099020m3/miiin砼喷射机TK--9611112009钢筋调直机GJ-6-4///812010钢筋切断机GJ4012011钢筋弯曲机GW4012012潜水泵GQ-40102013万能木工圆盘锯锯锯MJ22512014混凝土输送泵HBT60C12011发电机50kw12011油罐EQ109012012软轴振动棒202014混凝土搅拌站HLD12000012014台车120147．质量控制7.1钢管桩孔孔孔洞间距距、排排距等用用500m钢尺测测量量放线，用用红红漆标明明每个个桩孔的的位置置；孔位位误差差纵向不不得大大于15ccmm，相邻钢钢管管之间横横向不不大于100ccm。7.2钢筋定位位位措施:由φ20钢筋制制作作内控定定位筋筋，间距距误差差±3mm。7.3钢筋保护护护层控制制:采取混凝凝土土垫块控控制保保护层厚厚度。根根据不同同钢筋筋直径采采用工工厂化生生产，可可以保证证控制制在保护护层允允许偏差差范围围内。7.4混凝土浇浇浇筑前必必须保保证钢筋筋工程程隐蔽验验收合合格，模模板工工程验收收合格格。7.5洞身混凝凝凝土强度度达到到设计强强度的的75%方可可拆拆模。混混凝土土强度达达到设设计的10000%时才能能进进行洞顶顶回填填。8．安全措施8.1开挖边坡坡坡上部不不稳定定岩体、松松动动岩块，直直接接影响下下部作作业安全全，应应进行清清除或或加固支支护处处理。8.2施工区内内内起重设设施、施施工机械械、移移动式电电焊机机及工具具房、空空压机房房、电电工值班班房等等布置应应符合合安全、卫卫生生、环境境保护护要求。大大型型施工机机械与与车辆停停放场场的布置置应与与施工生生产相相适应，要要求求场地平平整、排排水畅通通、基基础稳固固，并并满足消消防安安全要求求。8.3在覆盖层层层施工前前应按按照设计计要求求清理完完边坡坡的风化化岩块块、堆积积物、残残积物和和滑坡坡体，并并在适适当位置置修筑筑拦渣坎坎，保保证下部部施工工安全。覆覆盖盖层开挖挖应按按设计边边坡坡坡比自上上而下下分层进进行，坡坡面按设设计要要求做成成一定定的坡势势，以以利排水水。8.4钻孔作业业业人员应应经过过专业技技术培培训，经经考核核合格，持持证证后方可可单独独操作。钻钻机机的工作作地面面应平整整，在在倾斜地地面作作业时，履履带带板下方方应用用楔形木木块塞塞紧。不不得在在斜坡上上横向向钻孔作作业。应应采用湿湿式凿凿岩，或或装有有能够达达到国国家工业业卫生生标准的的干式式捕尘装装置。作作业人员员宜佩佩戴口罩罩、面面罩、耳耳塞等等劳动防防护用用品。8.5爆破作业业业人员必必须经经过专业业培训训，掌握握操作作技能，并并经经公安部部门考考核合格格，取取得相应应类别别、级别别的资资格证后后，方方可从事事爆破破作业。爆爆破破方案必必须经经有关部部门审审批，按按审批批后的爆爆破方方案作业业。8.6棚洞施工工工洞内设设专人人指挥调调度，三三管两线线设专专人管理理，保保证照明明、通通风、排排水设设施良好好，道道路平顺顺畅通通、灯光光明亮亮。设置置好运运输线路路安全全信号标标志，确确保洞内内运输输安全;专职安全全人人员上岗岗必须须佩戴安安全检检查袖标标，凡凡进洞人人员必必须戴安安全帽帽;重视洞口口的的稳定和和排水水，做好好截水水沟及排排水沟沟，经常常检查查洞顶边边坡的的稳定情情况。高高压电线线及风风管通过过衬砌砌台车时时，设设置绝缘缘活动动装置和和风管管分节安安装，防防止挂断断电缆缆和弄坏坏风管管;爆破工必必须须进行岗岗前培培训，持持证上上岗。火火工品品实行专专人管管理、集集中管管理，建建立严严格的规规章制制度，建建立完完善的火火工品品台帐，配配备备完善的的消防防器材；；油库库专人管管理，设设置明显显的警警戒标志志，油油库内设设灭火火砂及消消防器器材。9．环保措施9.1坚持环境境境保护设设计、施施工、使使用统统筹规划划、同同步运行行。9.2加强对对对管理人人员及及生产工工人环环境保护护教育育，在生生产过过程中严严格遵遵守有关关环境境保护方方面的的法律、法法规规和有关关规定定。9.3生产过过过程中产产生的的废弃物物、建建筑垃圾圾禁止止随意乱乱丢污污染环境境，进进行统一一管理理，集中中堆放放，再运运至环环保部门门制定定地点填填埋处处理。9.4棚洞、砼砼砼搅拌站站设排排污处理理池，对对施工废废水等等进行沉沉淀、过过滤等措措施处处理达到到排污污标准后后方可可向外排排出。9.5施工剩剩剩余混凝凝土不不得随意意弃倒倒，需排排放至至指定场场所。9.6清洗模模模板废水水费油油等集中中回收收统一处处理，不不得排放放到河河流，污污染水水体。10．效益分析析析本工法石质高陡陡陡边坡下下的单单幅柱式式棚洞洞，提高高了安安全系数数，加加快了施施工搭搭建速度度，节节约工期期3个月，对对比比业主下下达的的节点目目标，提提前2个月完成成了了施工任任务，快快速有效效的解解决了石石质高高陡边坡坡的处处置难度度和速速度，减减少了了高陡边边坡的的处置费费用，与常常规的处置置石质高陡陡边坡的方方式对比，可可节约工程程费用约1122万元元，详见下下表10。石质高陡边坡常常常规处置置与增增设单幅幅棚洞洞的经济济对比比表表100序号常规防护单幅棚洞项目名称金额（万元）项目名称金额（万元）1土石方开挖420土石方开挖及支支支护1082边坡防护242边坡防护933征地240征地654路基混凝土工程程程35棚洞混凝土工程程程549合计∕937∕815工期对比8个月5个月11．工程实例例例11.1项目棚棚棚洞范围围路基基边坡概概况云南省富龙高速速速公路某某里程程段路线线以路路堑形式式通过过，全长长1550m，地地形形较陡，地地面面自然横横坡达达60度；此此段段路堑最最高设设6级边坡，边边边坡分台台高88m，第6级边坡一一坡坡到顶，最最大大坡高为为700.544m（K15++7720）；；该该段路堑堑1～3级边坡坡坡率率为1:00..25，4～6级边坡坡坡率率为1:00..33，碎碎落落平台宽宽度为为1m，上设设平平台截水水沟。该该段地质情情况况为：边边坡上上覆薄层层粉质质黏土，下下为为较完整整灰色色、灰白白色中中～弱风风化石石灰岩，中中--厚层状构构造造，部分分含白白云岩质质，岩岩体较破破碎，溶溶蚀发育育，岩岩质坚硬硬，地地形自然然山坡坡高陡，植植被被较为茂茂盛。坡坡面防护护形式式均为主主动防防护网。路路基基高陡石石质边边坡原设设计断断面及地地貌见见图11..11-1，坡坡面面防护形形式均均为主动动防护护网，示示意图图见图111..1-22。图11.1-111路基基边边坡原设设计断断面及地地貌图图图