通透肋式拱梁隧道施工方法.pdf

本发明公开了一种通透肋式拱梁隧道施工方法，其步骤是：隧道开挖前，采用横向管棚加固拱顶山坡，洞身开挖采用预留岩拱分步开挖方式进行，围岩变形基本稳定后，整体模筑内侧拱圈二次衬砌、拱顶地梁、防落石挡块、肋式拱梁、防撞墙，每一施工循环开挖进尺为10～12m，整体模筑长度6～8m。本发明是针对通透肋式拱梁隧道的一套整体式施工方法，施工顺序和支护体系与通透肋式拱梁隧道浅埋、偏压及空间受力的特点相适应，有效保证了施工过程安全和隧道结构的稳定，为通透肋式拱梁隧道这一新型环保型隧道的推广应用提供了一套实际可操作的施工技术。

1、  一种通透肋式拱梁隧道施工方法，其步骤是：
(1)拱顶山坡横向管棚加固(A)：隧道开挖前，沿线路走向的拱顶山坡面上布置5排或6排横向管棚，间距为2m×2m，呈梅花形布置，每根管棚以水平向下倾斜0～25°的角度钻入，钻孔轴线与线路走向正交，管棚采用外径108～138mm、壁厚6～8mm的热扎无缝钢管，长度为15～20m，管壁四周钻2排直径20mm的压浆孔，钢管打入围岩后，插入钢筋笼再灌注水泥砂浆，钢筋笼由4根直径20mm的钢筋组成，并焊接在外径42mm壁厚4mm的无缝钢管上，水泥砂浆通过注浆孔充填钢管与岩层之间的缝隙及围岩内部裂隙；
(2)边坡开挖与防护(B)：开挖抗滑桩及承台边线周围的山坡面，形成操作平台，并采用15cm厚喷射混凝土和5m长的砂浆锚杆进行边坡防护；
(3)抗滑桩开挖与浇筑(C)：抗滑桩采用人工开挖成孔，相邻桩孔以跳槽交叉开挖方式进行施工，桩顶部位设置2排直径25mm、长7m的锚杆；
(4)桩基承台浇筑(D)；
(5)架设钢拱架(E)：钢拱架采用工字钢，纵向间距60cm，并设置直径为22mm的纵向连接钢筋，间距为1.0m，钢拱架E底端通过预埋钢垫板与桩基承台
(D)相连，顶端通过焊接定位锚杆与岩层紧密连接；
(6)超前小导管支护(F)：采用直径外径50mm，壁厚5mm的无缝钢管，钢管沿隧道开挖轮廓线布置，外倾角为5°～8°，管长为5.0m，环向间距35cm，前后两钢管纵向搭接长度不小于1.35m，采用凿岩机钻孔将小导管打入岩层后，导管支护(F)尾部焊接于钢拱架(E)腹部以形成整体支护结构；
(7)侧导洞开挖(G)：采用机械开挖和预裂爆破方式，开挖隧道内侧导洞，预留隧道外侧2.5～3.5m厚的拱形岩柱体(K)，每个施工循环中，侧导洞开挖(G)进尺为10～12m；
(8)衬期衬砌(H)：衬期衬砌层采用25～30cm厚的喷射混凝土，并布设直径8mm、间距为20cm的钢筋网；
(9)注浆锚杆支护(I)：沿隧道开挖轮廓线布置注浆锚杆，锚杆采用直径为22～25mm的中空注浆锚杆，长度为4～6m，环向间距为60cm，纵向间距为100cm，通过压力注浆使未胶结的围岩形成50cm～70cm厚的承载圈；
(10)架设钢支撑(J)：预留岩拱内侧设置钢支撑，钢支撑采用工字钢、纵向间距0.6m，并在岩拱中布设2～3m长的注浆锚杆；
(11)拱型岩柱体开挖(K)：钢支撑和支护锚杆施工完成后，分台阶逐步开挖预留岩拱，并对隧道轮廓开挖面进行初期衬砌(H)和注浆锚杆支护(I)，每个施工循环中，拱形岩柱体(K)开挖进尺为10～12m；
(12)仰拱开挖与浇筑(L)；
(13)整体模筑(M)：在初期支护围岩变形趋于稳定的条件下，采用整体式台车全断面模筑内侧拱圈二次衬砌、拱顶地梁、肋式拱梁、防撞墙，整体模筑(M)按6～8m的长度分段推进，预留3～4m的操作空间，首段整体模筑保证2片肋式拱梁成型，其余段保证1片肋式拱梁成型。

通透肋式拱梁隧道施工方法
技术领域
本发明涉及隧道工程领域，更具体涉及一种通透肋式拱梁隧道的施工方法，适用于通透肋式拱梁隧道的修建。
背景技术
中国是一个幅员辽阔，地形地貌复杂的多山地区，在中国山区交通工程建设顶目快速推进的过程中，沿河谷、山谷修建的傍山道路占有相当的比重。对于傍山地段的道路设计方案，目前多采用浅埋傍山隧道取代传统的深挖路堑方案，以减少对山体植被的破坏，避免高切坡的安全隐患。浅埋傍山隧道作为一种典型的偏压隧道，洞身承受显著不对称荷载，设计上多采用在山坡外侧设置护拱、挡土墙等高大的支挡结构，以平衡山体的偏压应力。但这种被动支护的结构型式无法有效地控制围岩松弛变形，因而在地表倾斜的山坡地段，支护结构尤为宽大而厚重，施工难度大，且不可避免地对坡面植被造成一定程度的破坏。
针对目前浅埋傍山隧道方案工程造价高，施工难度大，对环境具有一定破坏性的缺点，一种全新的隧道结构型式-通透肋式拱梁隧道被提出。通透肋式拱梁隧道的设计理念在于通过主动控制围岩松弛变形达到减小隧道结构偏压应力的目的，并在构造上采用肋式拱梁结构和抗滑桩取代传统的护拱、挡土强，使得隧道拱圈封闭的传力体系更为合理。该新型隧道能很好地适应山坡地形，最大程度地减少对周围植被的破坏，整体结构简洁轻盈，改变了传统隧道的封闭性，行车视觉效果好，无需通风和采光系统，与山区景观协调统一，很好地实现了工程安全、环保和景观协调的统一，具有非常广阔的应用前景。
通透肋式拱梁隧道作为一种全新的隧道结构型式，缺乏相关的研究基础和施工经验。由于通透肋式拱梁隧道主要适用于地表倾斜的傍山地段，覆盖层较薄、围岩类别较低，偏压效应明显，开挖施工过程中很容易出现冒顶、塌方等安全事故。开挖顺序和加固措施对围岩变形的影响较大，而衬砌时机和支护方案决定着隧道结构物内力的大小，以及肋式拱梁结构的长期稳定性。因此，根据通透肋式拱梁隧道的结构特征和受力规律，制定合理的开挖顺序、支护方式、衬砌时机等施工工艺参数是保证该新型隧道成功实现的关键环节。
发明内容
本发明的目的是在于提供了一种通透肋式拱梁隧道的施工方法，该施工方法是根据通透肋式拱梁隧道的结构特征和受力特点而设计，能对拱顶山坡岩层进行有效地加固，适时连接各结构部件构成封闭的承力体系，合理控制开挖过程中围岩的变形和隧道结构物内力，保证了施工过程安全和隧道结构的长期稳定性，形成了一整套经济、安全、高效的施工技术，为通透肋式拱梁隧道这一新型环保型隧道的推广应用提供实际可操作的施工技术措施。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术措施：
一种通透肋式拱梁隧道的施工方法，它包括拱顶横向管棚的设置，抗滑桩施工、隧道主洞开挖方式与顺序、初期衬砌与临时支撑体系、仰拱开挖封闭施工、隧道主要结构物二次衬砌施工，其特征在于：隧道开挖前，于拱顶山坡面上呈梅花型布置多排横向管棚，每根管棚以水平向下倾斜0～25的角度钻入，钻孔轴线与线路走向正交，抗滑桩桩顶设置锁脚锚杆，洞身开挖采用预留岩拱分步开挖方式进行，先期开挖隧道内侧导洞，预留外侧岩拱，岩拱内侧设置钢支撑和注浆锚杆，侧导洞开挖面初期支护后进行岩拱的开挖；主洞初期衬砌完成后，二次衬砌前，进行仰拱的开挖和施工；隧道内侧二次衬砌层与拱顶地梁、肋式拱梁、防撞墙采用整体式台车一次浇筑完成，隧道开挖和模筑采用8～12m的循环进尺依次进行，整个施工顺序要求严格，施工步骤环环相扣，构成一套整体式施工技术。
通透肋式拱梁隧道开挖与支护施工顺序为：拱顶山坡横向管棚加固→临时边坡开挖与防护→抗滑桩开挖与浇筑→桩基承台浇筑→架设钢拱架→超前小导管支护→侧导洞开挖→初期衬砌→注浆锚杆支护→架设临时钢支撑→拱型岩柱体开挖→仰拱开挖与浇筑→整体模筑内侧拱圈二次衬砌、拱顶地梁、防落石挡块、肋式拱梁、防撞墙→下一个施工循环，具体步骤如下：
A.拱顶山坡横向管棚加固：隧道开挖前，沿线路走向的拱顶山坡面上布置5～6排横向管棚，间距为2m×2m，呈梅花形布置，每根管棚以水平向下倾斜0～25°的角度钻入，钻孔轴线与线路走向正交，管棚采用外径108～138mm、壁厚6～8mm的热扎无缝钢管，长度为15～20m，管壁四周钻2排直径20mm的压浆孔，钢管打入围岩后，插入钢筋笼再灌注水泥砂浆，钢筋笼由4根直径20mm的钢筋组成，并焊接在外径42mm壁厚4mm的无缝钢管上，水泥砂浆通过注浆孔充填钢管与岩层之间的缝隙及围岩内部裂隙，共同起到加固拱顶边坡岩层的作用。
B.临时边坡开挖与防护：开挖抗滑桩及承台边线周围的山坡面，形成操作平台，并采用15cm厚喷射混凝土和5m长的砂浆锚杆进行临时边坡防护；
C.抗滑桩开挖与浇筑：抗滑桩采用人工开挖成孔，相邻桩孔以跳槽交叉开挖方式进行施工，桩顶部位设置2排直径25mm、长7m的锚杆，提高桩基的水平承载力；
D.桩基承台浇筑；
E.架设钢拱架：钢拱架采用I20a工字钢，纵向间距0.6m，并设置直径为22mm的纵向连接钢筋，间距为1.0m，钢拱架底端通过预埋钢垫板与桩基承台相连，顶端焊接定位锚杆与岩层紧密连接；
F.超前小导管支护：超前小导管采用直径外径50mm，壁厚5mm的无缝钢管，钢管沿隧道开挖轮廓线布置，外倾角为5°～8°，管长为5.0m，环向间距35cm，前后两钢管纵向搭接长度不小于1.35m。采用凿岩机钻孔将小导管打入岩层后，压注水泥浆以提高开挖界线周围岩层强度，小导管支护尾部焊接于钢拱架腹部以形成整体支护结构。
G.侧导洞开挖：采用机械开挖和预裂爆破方式，开挖隧道内侧导洞，预留隧道外侧2.5～3.5m厚的拱形岩柱体，每个施工循环中，侧导洞开挖进尺为10～12m；
H.初期衬砌：初期衬砌层采用25～30cm厚的喷射混凝土，并布设直径8mm、间距为20cm的钢筋网；
I.注浆锚杆支护：沿隧道开挖轮廓线布置注浆锚杆，锚杆采用直径为22～25mm的中空注浆锚杆，长度为4～6m，环向间距为60cm，纵向间距为100cm，通过压力注浆使未胶结的围岩一定厚度的承载圈以提高自身承载能力。
J.架设临时钢支撑：预留岩拱内侧设置临时钢支撑，钢支撑采用I20工字钢、纵向间距0.6m，并在岩拱中布设2～3m长的注浆锚杆，防止爆破开挖过程中岩拱出现突然崩塌；
K.拱型岩柱体开挖：临时钢支撑和支护锚杆施工完成后，分台阶逐步开挖预留岩拱，并对隧道轮廓开挖面进行初期衬砌和注浆锚杆支护，每个施工循环中，拱型岩柱体开挖为10～12m；
L.仰拱开挖与浇筑；
M.整体模筑：整体模筑内侧拱圈二次衬砌、拱顶地梁、防落石挡块、肋式拱梁、防撞墙，根据隧道施工监控量测结果，在初期支护围岩变形趋于稳定的条件下，采用整体式台车全断面模筑内侧拱圈二次衬砌、拱顶地梁、肋式拱梁、防撞墙。
每个施工循环开挖进尺为10～12m，整体模筑按6～8m的长度分段推进，预留3～4m的操作空间，首段整体模筑保证2肋式拱梁成型，其余段保证1根拱肋成型。
本发明是一套全新的整体式施工方法，具有以下优点和效果：采用横向管棚注浆技术对隧道拱顶山坡进行预加固，有效提高了隧道开挖松弛区域围岩的强度和稳定性，为洞身开挖施工安全和降低隧道结构物内力提供了前提保证；主洞开挖采用预留岩拱分步开挖方式，充分利用拱型岩柱的自身承载能力形成临时支撑结构，有效避免了浅埋隧道开挖过程中拱顶岩层容易出现塌方、冒顶等工程安全问题；关键结构部件肋式拱梁在主洞开挖后围岩变形趋于稳定的条件下，与内侧拱圈二次衬砌、拱顶地梁、防撞墙整体浇筑，即容许围岩在初期衬砌阶段发生一定的松弛变形，从而降低了隧道结构物的内力；隧道主要结构物采用整体式台车全断面模筑一次成型，很好地保证了该异型隧道的整体刚度；采用循环施工的方式分段推进，严格控制每一循环进尺和开挖速度，保证通透肋式拱梁隧道结构的空间稳定性要求。
将通透肋式拱梁隧道施工方法应用于安徽省黄塔桃高速公路龙瀑隧道的建设工程中，施工期间未发生任何塌方、冒顶等安全事故，施工监控量测显示隧道围岩和结构物的变形与受力稳定，目前该建设项目主体施工顺利完成。
龙瀑隧道的顺利完工是通透肋式拱梁隧道施工方法的成功实践，实际检验了本发明提出的通透肋式拱梁隧道施工方法的可行性和有效性，达到了施工方便、安全、经济的效果，为通透肋式拱梁隧道这一新型环保型隧道的推广应用提供实际可操作的施工方案。
附图说明
图1为一种通透肋式拱梁隧道的施工方法流程示意图。
图1中.A.拱顶山坡横向管棚加固，B.临时边坡开挖，C.抗滑桩开挖与浇筑，D.桩基承台浇筑，E.架设钢拱架，F.超前小导管支护，G.侧导洞开挖，H.初期衬砌，I.注浆锚杆支护，J.架设临时钢支撑，K.拱型岩柱体开挖，L.仰拱开挖与浇筑，M.整体模筑(内侧拱圈二次衬砌、拱顶地梁、防落石挡块、肋式拱梁、防撞墙)。
具体实施方式
下面根据附图对本发明作进一步详细描述：
根据图1，通透肋式拱梁隧道施工方法与步骤为：
A.拱顶山坡横向管棚加固：隧道开挖前，沿线路走向的拱顶山坡面上布置5排或6排横向管棚，间距为2m×2m，呈梅花形布置，每根管棚以水平向下倾斜0°或5°或10°或15°或20°或25°的角度钻入，钻孔轴线与线路走向正交，管棚采用外径108mm或138mm、壁厚6mm或8mm的热扎无缝钢管，长度为15m或18m或20m，管壁四周钻2排直径20mm的压浆孔，钢管打入围岩后，插入钢筋笼再灌注水泥砂浆，钢筋笼由4根直径20mm的钢筋组成，并焊接在外径42mm壁厚4mm的无缝钢管上，水泥砂浆通过注浆孔充填钢管与岩层之间的缝隙及围岩内部裂隙，共同起到加固拱顶边坡岩层的作用。
B.临时边坡开挖与防护：开挖抗滑桩及承台边线周围的山坡面，形成操作平台，并采用15cm厚喷射混凝土和5m长的砂浆锚杆进行临时边坡防护；
C.抗滑桩开挖与浇筑：抗滑桩采用人工开挖成孔，相邻桩孔以跳槽交叉开挖方式进行施工，桩顶部位设置2排直径25mm、长7m的锚杆，提高桩基的水平承载力；
D.桩基承台浇筑；
E.架设钢拱架：钢拱架采用I20a工字钢，纵向间距60cm，并设置直径为22mm的纵向连接钢筋，，间距为1.0m，钢拱架E底端通过预埋钢垫板与桩基承台D相连，顶端焊接定位锚杆与岩层紧密连接；
F.超前小导管支护：超前小导管采用直径外径50mm，壁厚5mm的无缝钢管，钢管沿隧道开挖轮廓线布置，外倾角为5°～8°，管长为5.0m，环向间距35cm，前后两钢管纵向搭接长度不小于1.35m。采用凿岩机钻孔将小导管打入岩层后，压注水泥浆以提高开挖界线周围岩层强度，小导管支护F尾部焊接于钢拱架E腹部以形成整体支护结构。
G.侧导洞开挖：采用机械开挖和预裂爆破方式，开挖隧道内侧导洞，预留隧道外侧2.5m或3.0m或3.5m厚的拱形岩柱体K，每个施工循环中，侧导洞开挖G进尺为10～12m；
H.初期衬砌：初期衬砌层采用25～30cm厚的喷射混凝土，并布设直径8mm、间距为20cm的钢筋网；
I.注浆锚杆支护：沿隧道开挖轮廓线布置注浆锚杆，锚杆采用直径为22mm或25mm的中空注浆锚杆，长度为4m或5m或6m，环向间距为60cm，纵向间距为100cm，通过压力注浆使未胶结的围岩一定厚度的承载圈以提高自身承载能力。
J.架设临时钢支撑：预留岩拱内侧设置临时钢支撑，钢支撑采用I20工字钢、纵向间距0.6m，并在岩拱中布设2～3m长的注浆锚杆，防止爆破开挖过程中岩拱出现突然崩塌；
K.拱型岩柱体开挖：临时钢支撑和支护锚杆施工完成后，分台阶逐步开挖预留岩拱，并对隧道轮廓开挖面进行初期衬砌H和注浆锚杆支护I，每个施工循环中，拱形岩柱体开挖K进尺为10～12m；
L.仰拱开挖与浇筑；
M.整体模筑：整体模筑内侧拱圈二次衬砌、拱顶地梁、防落石挡块、肋式拱梁、防撞墙，在初期支护围岩变形趋于稳定的条件下，采用整体式台车全断面模筑内侧拱圈二次衬砌、拱顶地梁、肋式拱梁、防撞墙。整体模筑M按6～8m的长度分段推进，预留3～4m的操作空间，首段整体模筑保证2片肋式拱梁成型，其余段保证1根拱肋成型。