隧道偏压浅埋段盖挖分段出洞护拱结构及施工工法的制作方法

1.本发明涉及隧道施工技术领域，具体为隧道偏压浅埋段盖挖分段出洞护拱结构及施工工法。


背景技术：

2.隧道是公路工程上一个庞大的分支系统。根据大量隧道工程的施工资料调查，上部覆盖层不足隧道洞跨两倍的隧道或区段属于浅埋式隧道，同时，浅埋段工程和洞口加强段的开挖施工，应根据地质条件、地表深陷对地面建筑物的影响及保障施工安全等因素选择开挖方法和支护方式。
3.在山岭公路工程建设过程中，选线不可避免地会穿越陡斜山体，在这些位置修建隧道，洞口段极可能出现偏压、埋深浅、地层软弱、岩层破碎、风化严重等不良地质现象。常规施工方法需要通过对洞口边仰坡进行较大的开挖，确保隧道进洞不偏压；但较大的洞口边仰坡开挖，难免会破坏山体的自然平衡状态，易造成边仰坡坍塌、顺层滑坡等工程病害，给隧道施工带来安全隐患。同时，常规施工方法洞口征地规模大，对隧址区地表原生植被破坏大；在后期运营过程中开挖边仰坡无法恢复，存在较大的运营安全风险，不符合可持续发展的施工理念。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供隧道偏压浅埋段盖挖分段出洞护拱结构及施工工法，以解决上述背景技术提出的目前隧道洞口段在采用对洞口边仰坡进行较大的开挖方法时，难免会破坏山体的自然平衡状态，易造成边仰坡坍塌、顺层滑坡等工程病害，给隧道施工带来安全隐患，并且洞口征地规模大，对隧址区地表原生植被破坏大的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：隧道偏压浅埋段盖挖分段出洞护拱结构，包括护拱主体和临空段支护拱，所述临空段支护拱沿隧道的临空面间隔设置多个型钢拱架，所述型钢拱架的顶部均匀焊接有若干个纵向连接筋，所述纵向连接筋上整体铺设有钢筋网片，且所述护拱主体的内部均匀预埋有若干个管棚导向孔，所述护拱主体内部的管棚导向孔钻入有管棚，且所述护拱主体的拱顶固定有若干个锁脚锚杆，并且所述护拱主体的拱顶外部整体浇筑有回填层，所述回填层的上端的边坡铺设有种植土层，所述回填层的底部修筑有偏压墙基础。
6.优选的，所述护拱的上下两侧均设有型钢拱架垫块，且所述型钢拱架垫块预埋在护拱的内部。
7.优选的，所述护拱的拱顶预埋有若干个钢板，且所述锁脚锚杆的底端均与钢板焊接固定。
8.优选的，所述护拱的拱顶预埋有若干个钢板，且所述锁脚锚杆的底端均与钢板焊接固定。
9.本发明还提供了隧道偏压浅埋段盖挖分段出洞护拱结构的施工工法，应用于上述
的隧道偏压浅埋段盖挖分段出洞护拱结构，施工工法如下：
10.所述的护拱施工步骤分为：1、施工准备；2、洞顶截水沟施工边仰的防护；3、偏压墙施工及反压回填；4、分段施工临空段初期支护；5、明暗交界部位套拱及管棚施工；6、盖挖法护供施工；7、洞口端套供及管棚施工；8、洞内暗挖进行贯通。
11.优选的，所述的步骤1包括对洞口段地形地貌进行实地勘察，了解洞口段的路系、水系及居民区等施工对其会产生影响的关键结构物。
12.优选的，所述的步骤4在实施时，安装临空侧初支工字型钢拱架、纵向连接筋及钢筋网片，顶部覆盖一次防水卷材作为初支喷射混凝土顶模，然后进行初支混凝土喷射施工。
13.优选的，所述的步骤5中在实施时，根据明暗交界部位地形及地质情况确定套拱及管棚施作环向长度，工字型钢拱架的过程中，先将套拱混凝土基础中的预埋钢板凿出，使用高强螺栓连接，清除套拱顶部与岩面连接部位的虚土，并设置型钢拱架垫块，再用钻机施作锁脚钢管并注浆稳固钢架，将锁脚与型钢拱架焊成一体；以初期支护为底模，木模板作为顶模施并预留浇筑窗作套拱混凝土，套拱中预埋管棚导向孔，待套拱混凝土达到设计强度后拆模，钻机跳孔施工管棚并注浆。
14.优选的，所述的步骤6中在实施时分为两个节段施工，首次浇筑至偏压墙顶部位置；第二节浇筑至顶部岩体连接面，使护拱与岩体形成拱盖结构。
15.优选的，所述的步骤8中，待洞口盖挖支护完成后，采用交叉中隔壁法进行暗挖出洞施工，由左侧临空侧作为先行导洞贯通，施作临时支护后，再进行右侧导洞施工，最终实现全洞顺利贯通。
16.与现有技术相比，本发明的有益效果是：该隧道偏压浅埋段盖挖分段出洞护拱结构有效提高偏压侧边坡的稳定性和施工安全，避免因边坡过高而滑塌失稳，极大的降低了浅埋段施工偏压、坍塌、冒顶的施工风险。该隧道偏压浅埋段盖挖分段出洞护拱结构通过在隧道洞口偏压侧施工偏压墙并反压回填，提高边坡稳定性，并且在无土体覆盖层一侧隧道洞口分段施工护拱和对洞顶进行混凝土回填，形成拱盖体系，稳固顶盖，施工的安全性高，有效地避免洞口偏压段施工出现偏压挤裂变形、冒顶、坍塌等地质灾害，同时减少对地表生态环境的破坏和对周围环境的影响，体现了生态和环保施工理念要求。
附图说明
17.图1为本发明隧道偏压浅埋段盖挖分段出洞护拱结构的结构示意图；
18.图2为本发明隧道偏压浅埋段盖挖分段出洞护拱结构的临空段支护拱内部结构示意图；
19.图3为本发明隧道偏压浅埋段盖挖分段出洞护拱结构的护拱主体的拱顶结构示意图；
20.图4为本发明隧道偏压浅埋段盖挖分段出洞护拱结构的护拱主体立体结构示意图；
21.图5为本发明隧道偏压浅埋段盖挖分段出洞护拱结构的施工流程示意图。
22.图中：1、护拱主体；2、临空段支护拱；3、型钢拱架；4、钢筋网片；5、管棚；6、种植土层；7、锁脚锚杆；8、回填层；9、型钢拱架垫块；10、偏压墙基础；11、纵向连接筋；12、钢板。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：隧道偏压浅埋段盖挖分段出洞护拱结构，包括护拱主体1和临空段支护拱2，临空段支护拱2沿隧道的临空面间隔设置多个型钢拱架3，型钢拱架3的顶部均匀焊接有若干个纵向连接筋11，纵向连接筋11上整体铺设有钢筋网片4，钢筋网片4的顶部通过铺设防水卷材并喷射混凝土形成临空段支护拱2，且护拱主体1的内部均匀预埋有若干个管棚导向孔，护拱主体1内部的管棚导向孔通过钻机钻入有管棚5，管棚5的内部注入有砂浆，并且护拱主体1的拱顶外部整体浇筑有回填层8，回填层8为素混凝土浇注而成，回填层8的上端的边坡铺设有种植土层6，种植土层6由粘土隔水层和回填种植土两部分组成，此结构的临空段支护拱2能够通过间隔布置型钢拱架3并利用纵向连接筋11整体铺设有钢筋网片4，以进行初期支护作为底模板进行护拱主体1施工，管棚5能够通过提高护拱主体1的强度，以增强对隧道的掌子面支撑的稳定性，并且回填层8通过浇注在护拱主体1的外部形成盖挖法的拱盖结构，这样可以减轻浅埋段偏压状况，改善隧道洞口结构受力状态，减小对山体一侧围岩扰动，提高洞口段整体稳定从而降低施工风险，护拱主体1的上下两侧均设有型钢拱架垫块9，且型钢拱架垫块9预埋在护拱主体1的内部，此结构的型钢拱架垫块9有效的提高对护拱主体1支撑的效果，确保支撑的安全性，回填层8的底部修筑有偏压墙基础10，偏压墙基础10为台阶式条形基础，且偏压墙基础10与护拱主体1的基础为一体式结构，此结构的偏压墙基础10能够通过分层浇注有效的提高偏压侧边坡的稳定性，避免因边坡过高而滑塌失稳，护拱主体1的拱顶固定有若干个锁脚锚杆7，锁脚锚杆7在护拱主体1顶部呈均匀分布护拱主体1的拱顶预埋有若干个钢板12，且锁脚锚杆7的底端均与钢板12焊接固定，此结构的钢板12能够在护拱主体1拱顶完成浇注后凿出并均匀的布置锁脚锚杆7，这使得锁脚锚杆7能够提高回填层8浇注后的稳定性，护拱施工步骤分为：1、施工准备；2、洞顶截水沟施工边仰的防护；3、偏压墙施工及反压回填；4、分段施工临空段初期支护；5、明暗交界部位套拱及管棚5施工；6、盖挖法护供施工；7、洞口端套供及管棚5施工；8、洞内暗挖进行贯通，步骤1包括对洞口段地形地貌进行实地勘察，了解洞口段的路系、水系及居民区等施工对其会产生影响的关键结构物，同时充分核查相关地勘资料及超前地质预报资料，充分了解隧道洞口段的围岩的岩性、围岩的走向、围岩的倾向、洞顶覆盖层厚度等相关地质情况，步骤4在实施时，安装临空侧初支工字型钢拱架、纵向连接筋11及钢筋网片4，顶部覆盖一次防水卷材作为初支喷射混凝土顶模，然后进行初支混凝土喷射施工，初支根据临空面施工空间进行确定拱架安装榀数，在靠近山体侧，施工空间较小，采用2-3榀每循环，在洞口段可调整为5-8榀每循环，待初期支护完成后，以初期支护作为底模板进行套拱或护拱施工，步骤5中在实施时，根据明暗交界部位地形及地质情况确定套拱及管棚5施作环向长度，c25混凝土套拱纵向长度为5m，厚度为90cm，i20工字钢纵向间距50cm，采用φ22钢筋纵向连接，工字型钢拱架的过程中，先将套拱混凝土基础中的预埋钢板12凿出，使用高强螺栓连接，清除套拱顶部与岩面连接部位的虚土，并设置型钢拱架垫块9确保支撑安全可靠，再用钻机施作2根φ50*5mm锁脚钢管并注浆稳固钢架，将锁脚与型钢拱架焊成一
体，确保套拱浇筑后与岩面牢固连接，以初期支护为底模，木模板作为顶模施并预留浇筑窗作套拱混凝土，套拱中预埋管棚导向孔，待套拱混凝土达到设计强度后拆模，钻机跳孔施工管棚5并注浆，管棚5采用φ108
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6mm注浆钢管，长度l＝25m，打入角度在0.5～1度，控制连接处不在同一断面上，步骤6中在实施时分为两个节段施工，首次浇筑至偏压墙顶部位置，第二节浇筑至顶部岩体连接面，使护拱与岩体形成拱盖结构，拱盖可以有效减小围岩偏压应力，稳定隧道拱顶，将护拱混凝土基础中的预埋钢板12凿出，通过高强螺栓进行i20工字钢护拱拱架连接，拱架顶面略高于首次护拱浇筑面，并焊接好连接板，i20工字型钢拱架纵向间距50cm，采用φ22钢筋纵向连接，环向间距100cm，呈梅花形布设固定护拱拱架，首节护拱浇筑以初期支护为底模，偏压墙为外顶模，安装端头模板后，对护拱模板进行二次检查加固，最后由下往上分层浇筑护拱c25混凝土，每层浇筑厚度控制在30cm，逐层浇筑振捣，根据山体情况接长工字型钢拱架，底部与预留连接板螺栓连接，顶部支撑于护拱垫块上，并向岩体内打设2根长度500cm的φ50*5mm锁脚钢管，锁脚钢管注浆加固使得护拱拱架与岩面牢固连接，以初期支护作为底模，再安装顶部模板，然后进行第二节护拱砼浇筑，护拱混凝土强度达95％后，在拱顶回填c15素混凝土，安装钢模板，保证拱顶回填混凝土厚度，外侧坡比按1:1控制，使其与山体接顺，待回填混凝土施工养护完成后，拱顶回填30cm黏土防水隔层，再回填30cm种植土，完成拱顶种草绿化，步骤8中，待洞口盖挖支护完成后，采用交叉中隔壁法进行暗挖出洞施工，由左侧临空侧作为先行导洞贯通，施作临时支护后，再进行右侧导洞施工，最终实现全洞顺利贯通，暗挖施工主要采用挖掘机进行机械开挖。
25.工作原理：在使用该隧道偏压浅埋段盖挖分段出洞护拱结构时，首先在偏压浅埋、围岩软弱及自稳能力差洞口段施做偏压墙基础10并反压回填，然后再进行临空段支护拱2施工，临空段支护拱2施工时先沿隧道的临空面间隔布置多个型钢拱架3，型钢拱架3的顶部再均匀焊接纵向连接筋11并铺设防水卷材，直至喷射混凝土形成临空段支护拱2，这时在明暗交界段先根据实际地形施工护拱主体1，护拱主体1施工时通过钻机向内部的管棚导向孔钻入管棚5并注入砂浆，当护拱主体1浇注完成后在其拱顶凿出钢板12，并均匀布置锁脚锚杆7，然后再浇注回填层8，待回填层8养护完成后，在回填层8拱顶回填黏土防水隔层和种植土形成种植土层6，并完成拱顶种草绿化，这样形成完善的洞口支护体系，最后采用交叉中隔壁法进行暗挖贯通施工，以临空侧作为先行导洞贯通后，再贯通近山体侧，最终实现全部贯通，从而完成一系列工作。
26.尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.隧道偏压浅埋段盖挖分段出洞护拱结构，包括护拱主体(1)和临空段支护拱(2)，其特征在于：所述临空段支护拱(2)沿隧道的临空面间隔设置多个型钢拱架(3)，所述型钢拱架(3)的顶部均匀焊接有若干个纵向连接筋(11)，所述纵向连接筋(11)上整体铺设有钢筋网片(4)，且所述护拱主体(1)的内部均匀预埋有若干个管棚导向孔，所述护拱主体(1)内部的管棚导向孔钻入有管棚(5)，且所述护拱主体(1)的拱顶固定有若干个锁脚锚杆(7)，并且所述护拱主体(1)的拱顶外部整体浇筑有回填层(8)，所述回填层(8)的上端的边坡铺设有种植土层(6)，所述回填层(8)的底部修筑有偏压墙基础(10)。2.根据权利要求1所述的隧道偏压浅埋段盖挖分段出洞护拱结构，其特征在于：所述护拱主体(1)的上下两侧均设有型钢拱架垫块(9)，且所述型钢拱架垫块(9)预埋在护拱主体(1)的内部。3.根据权利要求1所述的隧道偏压浅埋段盖挖分段出洞护拱结构，其特征在于：所述偏压墙基础(10)为台阶式条形基础，且所述偏压墙基础(10)与护拱主体(1)的基础为一体式结构。4.根据权利要求1所述的隧道偏压浅埋段盖挖分段出洞护拱结构，其特征在于：所述护拱主体(1)的拱顶预埋有若干个钢板(12)，且所述锁脚锚杆(7)的底端均与钢板(12)焊接固定。5.隧道偏压浅埋段盖挖分段出洞护拱结构的施工工法，应用于权利要求1-5任意一项所述的隧道偏压浅埋段盖挖分段出洞护拱结构，其特征在于：所述的护拱施工步骤分为：1、施工准备；2、洞顶截水沟施工边仰的防护；3、偏压墙施工及反压回填；4、分段施工临空段初期支护；5、明暗交界部位套拱及管棚(5)施工；6、盖挖法护供施工；7、洞口端套供及管棚(5)施工；8、洞内暗挖进行贯通。6.根据权利要求5所述的隧道偏压浅埋段盖挖分段出洞护拱结构的施工工法，其特征在于：所述的步骤1包括对洞口段地形地貌进行实地勘察，了解洞口段的路系、水系及居民区等施工对其会产生影响的关键结构物。7.根据权利要求5所述的隧道偏压浅埋段盖挖分段出洞护拱结构的施工工法，其特征在于：所述的步骤4在实施时，安装临空侧初支工字型钢拱架、纵向连接筋(11)及钢筋网片(4)，顶部覆盖一次防水卷材作为初支喷射混凝土顶模，然后进行初支混凝土喷射施工。8.根据权利要求5所述的隧道偏压浅埋段盖挖分段出洞护拱结构的施工工法，其特征在于：所述的步骤5中在实施时，根据明暗交界部位地形及地质情况确定套拱及管棚(5)施作环向长度，工字型钢拱架的过程中，先将套拱混凝土基础中的预埋钢板(12)凿出，使用高强螺栓连接，清除套拱顶部与岩面连接部位的虚土，并设置型钢拱架垫块(9)，再用钻机施作锁脚钢管并注浆稳固钢架，将锁脚与型钢拱架焊成一体；以初期支护为底模，木模板作为顶模施并预留浇筑窗作套拱混凝土，套拱中预埋管棚导向孔，待套拱混凝土达到设计强度后拆模，钻机跳孔施工管棚(5)并注浆。9.根据权利要求5所述的隧道偏压浅埋段盖挖分段出洞护拱结构的施工工法，其特征在于：所述的步骤6中在实施时分为两个节段施工，首次浇筑至偏压墙顶部位置；第二节浇筑至顶部岩体连接面，使护拱与岩体形成拱盖结构。10.根据权利要求5所述的隧道偏压浅埋段盖挖分段出洞护拱结构的施工工法，其特征在于：所述的步骤8中，待洞口盖挖支护完成后，采用交叉中隔壁法进行暗挖出洞施工，由左
侧临空侧作为先行导洞贯通，施作临时支护后，再进行右侧导洞施工，最终实现全洞顺利贯通。

技术总结
本发明公开了隧道偏压浅埋段盖挖分段出洞护拱结构及施工工法，包括护拱主体和临空段支护拱，所述临空段支护拱沿隧道的临空面间隔设置多个型钢拱架，所述型钢拱架的顶部均匀焊接有若干个纵向连接筋，所述纵向连接筋上整体铺设有钢筋网片，所述护拱主体内部的管棚导向孔钻入有管棚，且所述护拱主体的拱顶固定有若干个锁脚锚杆，并且所述护拱主体的拱顶外部整体浇筑有回填层，所述回填层的上端的边坡铺设有种植土层，所述回填层的底部修筑有偏压墙基础。该隧道偏压浅埋段盖挖分段出洞护拱结构有效提高偏压侧边坡的稳定性和施工安全，避免因边坡过高而滑塌失稳，极大的降低了浅埋段施工偏压、坍塌、冒顶的施工风险。冒顶的施工风险。冒顶的施工风险。


技术研发人员：廖巧玲 况超 李万威 冯东阁 黄先滨 苏焕全 黎稳 青志刚 黎修旺 蓝羽生 莫膳源 韦雯 黄伟伦 梁宏康
受保护的技术使用者：广西交建工程建设集团有限公司
技术研发日：2023.03.14
技术公布日：2023/7/11