山區(qū)高速公路單幅柱式棚洞施工工法

1、.山區(qū)高速公路單幅柱式棚洞施工工法1.前言目前，我國高速公路建設向山區(qū)不斷延伸，山區(qū)高速公路受地形限制，路線常在崇山峻嶺中傍山而行，路基邊坡地質(zhì)復雜且高陡，石質(zhì)高陡邊坡挖方路塹施工設備、機械難以就位，施工難度較大；山高坡陡，地表巖體較為破碎，溶蝕發(fā)育，如發(fā)生落石現(xiàn)象，將對運營期間的行車安全造成非常大的隱患。 富龍高速公路K* + * - K * + *段路線原設計以路塹形式通過，地形較陡，地面自然橫坡達60度；此段路塹最高設6級邊坡，坡率設計為1:0.25和1:0.33。該地段為卡斯特地貌山區(qū)，地勢險要，施工機械（挖機、鉆機）難以進入坡頂，且上部開挖面較窄，設備無工作平臺，難以進行施工作業(yè)；路

2、塹邊坡下方為進場道路和農(nóng)田，峭壁石方爆破后無法控制落石走向，道路下方為部分旱地、水稻田和河道，爆破后滾落石渣對下部農(nóng)田、河道破壞污染嚴重。如何安全快速的組織施工，是石質(zhì)路塹高陡邊坡開挖所面臨的難題。中鐵十二局集團有限公司結(jié)合項目實際情況，采用單幅柱式棚洞形式通過，減小了邊坡的開挖高度，明顯減少對山體的破壞，從而保護了山體上的植被；另外棚洞對高邊坡除具有支擋作用，同時還具有公路隧道的功能，其結(jié)構(gòu)與自然景觀融為一體，不僅節(jié)約了投資，而且一勞永逸的消除了高陡邊坡頂部危巖、浮石危及公路安全，以保證公路建設與運營的安全；并降低了施工難度，加快了施工速度，可為今后類似棚洞的施工提供借鑒，經(jīng)總結(jié)、整理形成工

3、法。2工法特點2.1石質(zhì)高陡邊坡下路塹采用單幅柱式棚洞防護，減少了高邊坡路塹開挖，消除了石方爆破對進場道路的干擾，有效保證了施工及運營期間的安全。2.2在棚洞頂部增設橫向鋼管樁注漿加固措施，確保施工期間棚洞半明半暗開挖對高陡邊坡造成失穩(wěn)。2.3優(yōu)化的柱式棚洞施工方案，使用改裝后的隧道用襯砌臺車同時施工洞身、頂板及柱頂托梁混凝土，將原設計的洞頂施工縫改留至柱頂，提高了洞身的結(jié)構(gòu)整體受力情況，減少了施工縫對洞身防排水質(zhì)量的影響，與傳統(tǒng)的支架現(xiàn)澆方法相比，降低了施工難度，加快了施工速度。2.4棚洞模板利用的是隧道施工用的二襯臺車改裝而成，安裝靈活、經(jīng)濟方便等特點，提高了大型模板的利用率，有效的減低了

4、成本。2.5棚洞結(jié)構(gòu)輕巧，解決了高陡石質(zhì)邊坡開挖難的問題，消除了運營期間的落石隱患，降低了柱式棚洞的施工難度，加快了施工進度。棚洞完成后頂部植草綠化后，其自身即能成為一道亮麗的景觀，為山區(qū)高速公路工程增加了新的看點。3適用范圍本工法適用于山區(qū)高速公路及鐵路深路塹高陡石質(zhì)路塹邊坡的處置施工。4.工藝原理將棚洞范圍內(nèi)頂部左側(cè)進行邊坡開挖及鋼管樁加固，棚洞范圍右幅路基石方控制爆破施工，左幅棚洞洞身開挖及初期支護施工后進行棚洞立柱底樁基礎、底板及中立柱基礎鋼筋混凝土施工，然后采用改裝的襯砌臺車一次性施工棚洞立柱、立柱托梁、洞身及頂板鋼筋混凝土，緊接著進行棚洞內(nèi)路面及水溝電纜槽等附屬工程施工，最后進行棚

5、洞頂柔性回填反壓、洞頂排水溝及綠化工程施工。棚洞優(yōu)化施工圖理見下圖4。圖4.1 單幅柱式棚洞防護石質(zhì)邊坡原理圖5施工工藝流程及操作要點5.1施工工藝流程施工準備對棚洞頂部邊坡鋼管樁加固等防護施工棚洞范圍右幅路基石方控制爆破施工左幅棚洞洞身開挖及初期支護施工棚洞立柱底樁基礎、底板及中立柱基礎鋼筋混凝土施工采用改裝的襯砌臺車一次性施工棚洞立柱、立柱托梁、洞身及頂板鋼筋混凝土棚洞內(nèi)路面及水溝電纜槽等附屬工程施工棚洞頂防排水施工棚洞頂柔性回填反壓、洞頂排水溝施工綠化工程施工。施工工藝流程見圖5.1。施工準備施工測量棚洞頂部邊坡橫向鋼管樁注漿加固棚洞臺車改裝棚洞范圍右幅路基石方開挖左幅棚洞洞身開挖及初期

6、支護棚洞中立柱、洞身及頂板施工棚洞內(nèi)路面及附屬工程施工棚洞頂防排水施工棚洞底板及立柱底基礎施工棚洞綠化工程施工棚洞頂緩沖層反壓回填施工監(jiān)控測量 圖5.1 棚洞施工流程圖5.2操作要點5.2.1 施工準備首先，對棚洞頂部自上而下分臺清理刷坡松散巖體及坡面，嚴禁大面積開挖擾動邊坡的穩(wěn)定性，對開挖后的洞頂邊坡進行鋼管樁加固和掛網(wǎng)噴漿防護，確保棚洞施工期間的安全；其次，按設計的棚洞輪廓改裝隧道用的一部10.5m液壓襯砌臺車，及時拼裝調(diào)試完善，具備施工條件；再次，做好快速施工的一切后續(xù)保障工作。5.2.2 施工測量施工測量前認真進行對圖紙的審核、測量定位依據(jù)點的交接與校核、測量儀器的檢定與校核，測量方案

7、的編制與數(shù)據(jù)準備。根據(jù)圖紙和工程結(jié)構(gòu)特征確定控制網(wǎng)形式，采用一級控制網(wǎng)測設。為保證工程施工的豎向精度，棚洞布設3個高程控制點組成高程控制網(wǎng)，采用絕對高程控制，高程控制點布置在距施工現(xiàn)場20.0米左右的埋置砼上。高程從控制點引測，待柱修好后引測至柱上并做出明顯標記，為后面的施工創(chuàng)造條件。施工放樣數(shù)據(jù)在室內(nèi)計算好并充分復核無誤方可進行施工。5.2.3棚洞頂部邊坡橫向鋼管樁注漿加固1.橫向鋼管樁施工流程測量定位鉆孔機就位鉆孔安裝下放注漿鋼管封孔下放鋼筋注漿機安裝安裝注漿導管拌制水泥漿注水泥漿二次加壓注漿。2.橫向鋼管樁控制要點1）測量定位：根據(jù)設計的孔洞間距、排距等用50m鋼尺測量放線，用紅漆標明每

8、個樁孔的位置；孔位誤差縱向不得大于15cm，相鄰鋼管之間橫向不大于10cm。2）安裝下放注漿鋼花管：鉆孔前按要求將鋼管接長至設計長度，每節(jié)鋼管長4-6m以絲扣連接而成，同一斷面內(nèi)接頭數(shù)量不得超過總鋼管數(shù)的50%；鋼花管上鉆注漿孔，孔徑12mm，孔間距15cm，呈梅花型布置，尾部留不鉆孔的止?jié){段250cm。3）注漿：采用水泥漿液(水灰比=0.5：1)注漿，注漿壓力：初始壓力0.51.0MPa，終止壓力2.0MPa；注漿結(jié)束后用M20水泥砂漿充填鋼管，以增強管棚強度；為加強鋼管樁整體受力，采用C25鋼筋混凝土蓋梁將鋼管樁固結(jié)形成整體。棚洞頂部鋼管樁注漿加固示意見圖5。2.3。圖5.2.3 棚洞頂部

9、橫向鋼管樁注漿加固5.2.4 單幅柱式棚洞施工用液壓臺車改裝棚洞臺車由隧道二襯臺車改裝而成，臺車長度為10.5m。單幅柱式棚洞施工用液壓臺車改裝見圖5.2.4。圖5.2.4 單幅柱式棚洞液壓臺車改裝示意圖襯砌臺車門架凈空高度和寬度能保證運車輛通行，由于本棚洞的特殊性，為滿足單幅柱式棚洞的整體成型（即中立柱、立柱托梁、洞身及頂板一次成型），因此本臺車共分兩部分：整機行走采用電機+機械驅(qū)動，模板采用全液壓操作，利用液壓缸支（收）模機械鎖定。右外側(cè)模板采用大塊鋼模板，整體拼裝成型，絲頂，木撐加固?？傊诒ＷC足夠的剛度和強度的前提下盡量使結(jié)構(gòu)簡單化以減輕重量，在重要的鋼結(jié)構(gòu)方面，采用專用工裝模具，確保

10、產(chǎn)品加工質(zhì)量，產(chǎn)品性能良好，結(jié)構(gòu)合理，襯砌質(zhì)量高。5.2.5路基及棚洞開挖棚洞及右幅路基均采用控制爆破開挖，嚴格控制施鉆角度和深度及裝藥量，確保飛石的走向，控制爆破時嚴格按爆破方案布孔和及時調(diào)整爆破參數(shù)，確保圍巖的自穩(wěn)能力和開挖輪廓線滿足設計要求，爆破后殘孔率達到90%以上。爆破采用鉆爆簡易臺架或鉆孔臺車為主，輔以人工風動鑿巖機鉆眼，非電毫秒雷管微差起爆。左幅棚洞及右幅路基石方控制爆破炮眼布置示意見圖5.2.5。圖5.2.5 左幅棚洞及右幅路基石方控制爆破炮眼布置示意圖5.2.6 棚洞洞身及中立柱混凝土施工1.準備工作首先全面檢查中線、高程，各項指標已經(jīng)全部滿足設計要求，防排水材料充足，施工用

11、的砼輸送泵、振動器、液壓襯砌模板臺車等已經(jīng)進行了試運轉(zhuǎn)，設備正常。2.模板施工采用10.5m液壓襯砌臺車,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，尺寸準確且結(jié)構(gòu)簡單，裝拆移位方便，模板表面光滑，接縫嚴密，施工縫端頭模板安裝垂直、牢固。模板臺車測量定位準確，將臺車移至襯砌部位，調(diào)好標高，按隧洞襯砌內(nèi)輪廓線尺寸調(diào)整好模板支撐桿臂。3.砼拌合運輸砼在洞外的拌合站集中拌合，砼輸送車運輸，輸送泵灌注施工。5.2.7 防排水施工控制要點1.排水盲管本棚洞排水盲管包括DN110HDPE橫向排水盲管、DN110HDPE縱向排水盲管，橫向排水盲管沿棚洞靠山側(cè)，縱向間距每10m設置一道，連接外裹土工布的縱向碎石排水盲溝與棚洞內(nèi)排水溝，縱向排水

12、盲管在靠山側(cè)通長布置，形成完整的排水系統(tǒng)。2.防水層布置防水層在洞身混凝土外面采用分離式防水層。設置防水層是保證棚洞防水功能的重要措施，防水層采用分離式防水層，由防水板加土工布組成。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 洞頂反壓回填控制要點洞身混凝土強度達到設計強度的75%方可拆模?；炷翉姸冗_到設計的100%時才能進行洞頂回填?；靥顣r采用機械和人工相結(jié)合的方式。洞頂反壓回填采用機械回填，機械回填時載重量不得超過20噸?？可絺?cè)邊坡坡腳與洞身間狹窄部位采用片石混凝土回填。5.2.9 監(jiān)控測量在洞頂邊坡布設變形觀測樁，監(jiān)控必測項目為邊坡

13、位移及沉降、初期支護拱頂沉降及位移、施工過程中洞內(nèi)圍巖地質(zhì)及支護狀態(tài)觀察、洞身與中立柱連接處結(jié)構(gòu)內(nèi)力等，每天需對觀測點進行觀測并記錄成冊，通過測量數(shù)據(jù)反映邊坡的位移、沉降情況，及時預報險情，隨時掌握邊坡動態(tài)，確定施工對策和措施，防止事故的發(fā)生，確保施工安全及結(jié)構(gòu)的長期穩(wěn)定。5.3 施工注意事項1)因為棚洞邊坡高且陡，表層風化破碎，棚洞施工前應對邊坡由上至下清理，即使對坡面進行鋼管樁加固和錨噴臨時防護，確保施工質(zhì)量。2)棚洞洞身開挖為半明半暗方式開挖，嚴格控制開挖進尺不大于1.5m，及時施做半弧鋼支撐及錨噴支護；底板及基礎開挖嚴格控制開挖進尺，一次性開挖長度不應大于5m，及時施做基礎的鋼筋及混凝

14、土。3)為減少施工時石方爆破對進場道路干擾及爆破后如果不控制落石走向，爆破后滾落石渣對下部農(nóng)田、河道嚴重破壞和污染，路基石方爆破前做好進場道路的安全防護后，采用縱向臺階法水平鉆孔法控制爆破；洞身部分采用上下臺階法水平鉆孔控制爆破法施工。4)棚洞基礎地基承載力要求不小于250KPa，基底虛方清理干凈，基坑不得積水軟化基礎。5)棚洞洞身施工縫應與仰拱及中墻施工縫設置在同一里程，避免棚洞受力不均時拉裂洞身混凝土。6)棚洞洞身混凝土達到設計強度后及時進行洞頂防水層及反壓回填，回填土應對稱、分層夯填密實。7)棚洞先澆筑立柱混凝土，然后接著澆筑洞身、立柱托梁及頂板混凝土，需對稱、分層澆筑，分層高度不大于1

15、m，確保襯砌臺車及內(nèi)外側(cè)模板受力均勻且穩(wěn)定。8)在該段路塹邊坡頂巖體和坡面均勻布設變形觀測樁，監(jiān)控必測項目為邊坡穩(wěn)定性和支護狀況觀察、坡面沉降和變形位移監(jiān)測，棚洞施工期間必須每天對觀測點進行觀測并記錄成冊，通過測量數(shù)據(jù)反映邊坡的穩(wěn)定情況，隨時掌握邊坡動態(tài)；安排有經(jīng)驗且責任心強的專職安全員巡視檢查坡面的穩(wěn)定性，如發(fā)現(xiàn)險情，立即撤離施工人員，建立完善的施工風險預控機制，確保施工期間的一切安全。6材料與設備6.1施工材料棚洞需原材料包括：混凝土用原材料、注漿原材料、鋼筋、排水管、防水板、土工布、止水帶等。6.2機具設備主要施工設備見下 表6.2設備名稱型號及規(guī)格數(shù)量購置年份額定功率（kW）生產(chǎn)能力備

16、注裝載機ZL50120081623m3履帶式挖掘機CAT320D120081031.2m3重型自卸車ND3310W284NJ6201015t自卸車5T32010砂漿攪拌機JW18022011氣腿式鉆機YT2822009電動空壓機L-20/3.5220099020m3/min砼噴射機TK-96112009鋼筋調(diào)直機GJ-6-4/812010鋼筋切斷機GJ4012011鋼筋彎曲機GW4012012潛水泵GQ-40102013萬能木工圓盤鋸MJ22512014混凝土輸送泵HBT60C12011發(fā)電機50kw12011油罐EQ109012012軟軸振動棒202014混凝土攪拌站HLD120012014

17、臺車120147質(zhì)量控制7.1鋼管樁孔洞間距、排距等用50m鋼尺測量放線，用紅漆標明每個樁孔的位置；孔位誤差縱向不得大于15cm，相鄰鋼管之間橫向不大于10cm。7.2鋼筋定位措施:由20鋼筋制作內(nèi)控定位筋，間距誤差±3mm。7.3鋼筋保護層控制:采取混凝土墊塊控制保護層厚度。根據(jù)不同鋼筋直徑采用工廠化生產(chǎn)，可以保證控制在保護層允許偏差范圍內(nèi)。7.4混凝土澆筑前必須保證鋼筋工程隱蔽驗收合格，模板工程驗收合格。7.5洞身混凝土強度達到設計強度的75%方可拆模。混凝土強度達到設計的100%時才能進行洞頂回填。8安全措施8.1開挖邊坡上部不穩(wěn)定巖體、松動巖塊，直接影響下部作業(yè)安全，應進行清

18、除或加固支護處理。8.2施工區(qū)內(nèi)起重設施、施工機械、移動式電焊機及工具房、空壓機房、電工值班房等布置應符合安全、衛(wèi)生、環(huán)境保護要求。大型施工機械與車輛停放場的布置應與施工生產(chǎn)相適應，要求場地平整、排水暢通、基礎穩(wěn)固，并滿足消防安全要求。8.3在覆蓋層施工前應按照設計要求清理完邊坡的風化巖塊、堆積物、殘積物和滑坡體，并在適當位置修筑攔渣坎，保證下部施工安全。覆蓋層開挖應按設計邊坡坡比自上而下分層進行，坡面按設計要求做成一定的坡勢，以利排水。8.4鉆孔作業(yè)人員應經(jīng)過專業(yè)技術(shù)培訓，經(jīng)考核合格，持證后方可單獨操作。鉆機的工作地面應平整，在傾斜地面作業(yè)時，履帶板下方應用楔形木塊塞緊。不得在斜坡上橫向鉆孔

19、作業(yè)。應采用濕式鑿巖，或裝有能夠達到國家工業(yè)衛(wèi)生標準的干式捕塵裝置。作業(yè)人員宜佩戴口罩、面罩、耳塞等勞動防護用品。8.5爆破作業(yè)人員必須經(jīng)過專業(yè)培訓，掌握操作技能，并經(jīng)公安部門考核合格，取得相應類別、級別的資格證后，方可從事爆破作業(yè)。爆破方案必須經(jīng)有關(guān)部門審批，按審批后的爆破方案作業(yè)。8.6棚洞施工洞內(nèi)設專人指揮調(diào)度，三管兩線設專人管理，保證照明、通風、排水設施良好，道路平順暢通、燈光明亮。設置好運輸線路安全信號標志，確保洞內(nèi)運輸安全;專職安全人員上崗必須佩戴安全檢查袖標，凡進洞人員必須戴安全帽;重視洞口的穩(wěn)定和排水，做好截水溝及排水溝，經(jīng)常檢查洞頂邊坡的穩(wěn)定情況。高壓電線及風管通過襯砌臺車時

20、，設置絕緣活動裝置和風管分節(jié)安裝，防止掛斷電纜和弄壞風管;爆破工必須進行崗前培訓，持證上崗。火工品實行專人管理、集中管理，建立嚴格的規(guī)章制度，建立完善的火工品臺帳，配備完善的消防器材；油庫專人管理，設置明顯的警戒標志，油庫內(nèi)設滅火砂及消防器材。9環(huán)保措施9.1堅持環(huán)境保護設計、施工、使用統(tǒng)籌規(guī)劃、同步運行。9.2 加強對管理人員及生產(chǎn)工人環(huán)境保護教育，在生產(chǎn)過程中嚴格遵守有關(guān)環(huán)境保護方面的法律、法規(guī)和有關(guān)規(guī)定。9.3 生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢棄物、建筑垃圾禁止隨意亂丟污染環(huán)境，進行統(tǒng)一管理，集中堆放，再運至環(huán)保部門制定地點填埋處理。9.4 棚洞、砼攪拌站設排污處理池，對施工廢水等進行沉淀、過濾等措施

21、處理達到排污標準后方可向外排出。9.5 施工剩余混凝土不得隨意棄倒，需排放至指定場所。9.6 清洗模板廢水費油等集中回收統(tǒng)一處理，不得排放到河流，污染水體。10效益分析本工法石質(zhì)高陡邊坡下的單幅柱式棚洞，提高了安全系數(shù)，加快了施工搭建速度，節(jié)約工期3個月，對比業(yè)主下達的節(jié)點目標，提前2個月完成了施工任務，快速有效的解決了石質(zhì)高陡邊坡的處置難度和速度，減少了高陡邊坡的處置費用，與常規(guī)的處置石質(zhì)高陡邊坡的方式對比，可節(jié)約工程費用約122萬元，詳見下表10。石質(zhì)高陡邊坡常規(guī)處置與增設單幅棚洞的經(jīng)濟對比表 表10序號常規(guī)防護單幅棚洞項目名稱金額（萬元）項目名稱金額（萬元）1土石方開挖420土石方開挖及

22、支護1082邊坡防護242邊坡防護933征地240征地654路基混凝土工程35棚洞混凝土工程549合計937815工期對比8個月5個月11工程實例11.1項目棚洞范圍路基邊坡概況云南省富龍高速公路某里程段路線以路塹形式通過，全長150m，地形較陡，地面自然橫坡達60度；此段路塹最高設6級邊坡，邊坡分臺高8m，第6級邊坡一坡到頂，最大坡高為70.54m（K15+720）；該段路塹13級邊坡坡率為1:0.25，46級邊坡坡率為1:0.33，碎落平臺寬度為1m，上設平臺截水溝。該段地質(zhì)情況為：邊坡上覆薄層粉質(zhì)黏土，下為較完整灰色、灰白色中弱風化石灰?guī)r，中-厚層狀構(gòu)造，部分含白云巖質(zhì)，巖體較破碎，溶蝕發(fā)育，巖質(zhì)堅硬，地形自然山坡高陡，植被較為茂盛。坡面防護形式均為主動防護網(wǎng)。路基高陡石質(zhì)邊坡原設計斷面及地貌見圖11.1-1，坡面防護形式均為主動防護網(wǎng)，示意圖見圖11.1-2。圖11.1-1 路基邊坡