高速公路双幅棚洞施工工法

高速公路双幅棚洞施工工法中铁十二局集团有限公司中铁十二局集团第一工程有限公司许继琪1.前言现在，我国高速公路建设向山区不停延伸，山区高速公路受地形限制，路线常在崇山峻岭中穿行，路基边坡地质复杂且高陡，开挖后极易失稳滑坍，边坡滑坍后处置难度大，费用高，加固后的边坡极易再次发生失稳滑坍，对高速公路运行造成极大的安全隐患。滑坍后的高边坡处置难度异常大，常规处置方法为：首先对滑坍边坡采用清坍放缓，然后采用支挡构造如抗滑桩、锚（索）杆格构等永久性的强加固方法,常规处置方法投资较大，加固周期较长，不能彻底消除高边坡再次滑坍、落石造成的安全隐患；放缓路堑边坡将继续增加增加了占地面积，变化了原有的环境状态，造成大量植被破坏，自然景观恶化；高陡边坡处置后在在降雨、地震等作用下，块体之间的粘结力和摩擦力减小，容易诱发滑坡、泥石流等自然灾害，运行期间发生上述地质灾害将造成巨大的安全事故和严重的经济损失。常规的处置滑坍高边坡的方式已经远远不能满足规定,中铁十二局集团有限公司以富龙高速公路为依靠，结合项目实际状况，在如何把握在深路堑滑坍高边坡下双幅棚洞的施作时机，确保边坡临时稳定及如何安全快速的组织施工等路堑滑坍高边坡下双幅棚洞施工工艺进行了进一步研究，拟定采用改装后的衬砌台车施作双幅封闭式拱形棚洞方式防护高边坡路堑滑坍段，经总结、整顿并形成了工法。采用棚洞构造型式后，减小了对滑坍边坡的放缓开挖，可明显减少对山体的破坏，从而保护了这些土体上的植被；另外棚洞对滑坍边坡除含有支挡作用，同时还含有公路隧道的功效，其构造与自然景观融为一体，不仅节省了投资，并且一劳永逸的消除了高陡边坡顶部危岩、浮石危及公路安全，以确保公路建设与运行的安全；本工法在富龙高速公路得到了成功应用，优化了双幅棚洞施工方案，减少了施工难度，加紧了施工速度，可为此后类似棚洞的施工提供借鉴。2．工法特点2.1对滑坍边坡临时防护后即可施工棚洞，极大减小了对滑坍体的扰动和开挖量，保护了周边的原生态自然环境，也减小了对自然地质体的扰动，减少了诱发地质灾害的可能性。2.2施工完毕后的棚洞含有一定的挡土墙作用，棚洞完毕后及时进行洞顶的反压回填，不仅能够确保棚洞本身的构造安全，还能够控制上部边坡的稳定，同时能够承当山体落石的冲击荷载，确保了行车安全。2.3棚洞模板运用隧道施工用的二衬台车改装而成，安装灵活、经济方便等特点，提高了大型模板的运用率，有效的减低了成本。2.4棚洞构造比较轻巧，能快速的组织施工，避开了雨季对施工的干扰；棚洞完毕后顶部植草绿化后，其本身即能成为一道亮丽的景观，为山区高速公路工程增加了新的看点。3．合用范畴本工法合用于山区高速公路深路堑滑坍高边坡的处置。4.工艺原理将施作棚洞范畴内路基边坡的开挖及临时防护到位后段施作棚洞仰拱、填充及中墙、偏压挡墙基础混凝土的浇筑，再将两部改装台车同时浇筑左右幅洞身及中墙钢筋混凝土、中墙顶素混凝土回填和顶板混凝土，在有偏压存在的状况下施作棚洞右侧偏压挡墙，然后再施作棚洞顶部防水层与棚洞偏压墙外侧及洞顶柔性回填反压，最后再施作棚洞内路面及水沟电缆槽等附属工程。双幅棚洞施工原理见图4。图4双幅棚洞防护路堑施工原理图5．施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程棚洞右侧混凝土偏压墙棚洞顶防排水施工棚洞顶刚性及柔性反压回填棚洞仰拱、填充及中墙、偏压墙基础混凝土浇筑左右幅衬砌台车依次定位滑坍边坡清理及临时防护施工准备衬砌台车改装棚洞左右幅洞身、中墙及顶板混凝土浇筑棚洞顶景观绿化棚洞内附属工程施工测量及监控①施作棚洞范畴内路基边坡的开挖清坍及临时防护→②分段施作棚洞仰拱、填充及中墙、偏压挡墙基础混凝土的浇筑→③两部改装后的台车同时定位关模板→④运用上臂混凝土输送泵车同时棚洞右侧混凝土偏压墙棚洞顶防排水施工棚洞顶刚性及柔性反压回填棚洞仰拱、填充及中墙、偏压墙基础混凝土浇筑左右幅衬砌台车依次定位滑坍边坡清理及临时防护施工准备衬砌台车改装棚洞左右幅洞身、中墙及顶板混凝土浇筑棚洞顶景观绿化棚洞内附属工程施工测量及监控图5.1棚洞施工流程图5.2操作要点5.2.1棚洞衬砌台车的改装双幅棚洞采用两部改装后的衬砌台车施工，运用本项目隧道专用的9m衬砌台车按棚洞断面改装后使用。衬砌台车门架净空高度和宽度能确保运T梁车辆通行（棚洞大里程侧为本项目的1号预制梁场），由于本棚洞的特殊性，为满足双幅棚洞的整体成型（即中间墙和左右幅拱部、边墙一次成型），因此本台车共分两部分：①整机行走采用电机+机械驱动，模板采用全液压操作，运用液压缸支（收）模机械锁定。②中间墙外侧背模采用大块钢模板，整体拼装成型，丝顶，木撑加固。总之在确保足够的刚度和强度的前提下尽量使构造简朴化以减轻重量，在重要的钢构造方面，采用专用工装模具，确保产品加工质量，产品性能良好，构造合理，衬砌质量高。双幅棚洞施工用液压台车改装见图5.2.1。图5.2.1双幅棚洞液压台车改装示意图5.2.2棚洞仰拱、中墙及偏压墙基础施工1.施工次序：测量放线→开挖→清底→仰拱及边墙钢筋绑扎→端模的安装→防排水设施铺设→砼施工。2.准备工作：首先全方面检查中线、高程，各项指标已经全部满足设计规定，防排水材料充足，施工用的砼输送泵、振动器、液压衬砌模板台车等已经进行了试运转，设备正常。为了确保浇筑仰拱混凝土安全与质量，项目部对人员与机械设备安排以下：由项目经理牵头，项目总工负责技术，副经理、实验室主任带队协调解决浇筑具体事宜，实验室、拌和站做好配合比及混凝土供应工作，现场技术员对混凝土浇筑全程旁站，负责联系混凝土，观察模板变形状况，督促及时振捣。3.施工要点1)测量放线：仰拱开挖前由测量组放线，将标高及对应的法线点画在两侧边墙上，每5m整里程处做一种，并将测量数据以书面形式交底给工区值班人员，方便仰拱及矮边墙施工。测量组要精拟定出仰拱开挖拱底、回填层顶面及边墙基础顶面标高及距离。2)基础开挖：基础开挖时采用松动爆破施工，挖掘机进行开挖，人工配合，严谨超欠挖；爆破时尽量少装药，减少对边坡岩体的震动，开挖完毕后去除底部积水、杂物、虚渣等。仰拱开挖严格按设计规定，弧度的控制，测量队应测量出边线的数据和中心的数据，按照测量的数据进行开挖，弧度开挖到位，把虚渣清理干净。3)仰拱模板制作与安装：仰拱混凝土与矮边墙混凝土一次性整体浇注，矮边墙浇筑高度为水沟底向上60cm，采用2层［30槽钢做边模板；仰拱背模采用定做整体式弧形模板，严格按照仰拱弧线制作，确保仰拱浇筑线性及浇筑质量。4)仰拱混凝土浇筑：仰拱混凝土由搅拌站集中拌制，混凝土输送车运至施工现场，溜槽下料，插入式振捣器振捣的施工方式。浇筑仰拱砼时应从中间向两侧分别进行。浇筑边墙砼时，应注意浇筑砼的数量。施工中加强振捣，确保仰拱砼密实，完毕后及时收面。5)混凝土拆模与养护:在混凝土强度应达成8.0MPa以上，方可拆模;特殊状况下，应根据实验及监控量测成果拟定拆模时间;混凝土拆模后必须进行养护。养护过程中，根据混凝土温度与气温的差别变化，及时采用方法，控制混凝土的升温和降温速率。条件许可时，宜采用洒水养护，但在混凝土发热阶段宜采用喷雾养护，避免混凝土表面温度骤然变化。6)仰拱施工质量控制要点:仰拱开挖重要控制仰拱的开挖深度，根据地质状况距基底15～30cm采用人工配合机械清底，避免采用爆破办法直接开挖至基底造成基底岩体松动，且容易超挖。仰拱钢筋绑扎前应先对仰拱主筋进行预弯，对仰拱钢筋的位置必须进行测量放样，通过测量点定位出定位角钢的位置，通过定位角钢的位置控制仰拱钢筋的间距及层间距。施工中重要控制钢筋的搭接长度、钢筋间距、排距及垫块布设。5.2.3棚洞洞身及中墙混凝土施工1.施工次序:测量放线→砼凿打→混凝土面清理→钢筋绑扎→衬砌台车就位→立模固定、校正→砼浇注→拆模→砼养护。2.准备工作:首先全方面检查中线、高程，各项指标已经全部满足设计规定，防排水材料充足，施工用的砼输送泵、振动器、液压衬砌模板台车等已经进行了试运转，设备正常。5.2.4棚洞洞身防排水施工1.洞顶衬砌外铺设土工布和防水卷材作为第二道防水方法，施工缝和变形缝处设立反粘型HDPE自粘胶膜防水卷材进行止水；中直墙顶部三角形区域采用C15混凝土填充，铺设防水板时左右两幅衬砌顶部之间区域应不设搭接，且防水板往两边延伸不不大于50cm。2.排水盲管涉及DN110HDPE横向排水盲管、DN110HDPE泄水孔，横向排水盲管沿棚洞靠山侧，纵向间距每10m设立一道，连接外裹土工布的纵向碎石排水盲沟与棚洞内排水沟，外边墙泄水孔沿纵向间距每10m设立一道，形成完整的排水系统。3.防水层在洞身混凝土外面采用分离式防水层。设立防水层是确保棚洞防水功效的重要方法，防水层采用分离式防水层，由防水板加土工布构成。防水板采用EVA防水板，厚度不不大于1.5mm；土工布密度不不大于400g/m²。采用从下向上的次序铺设，下部防水板应压住上部防水板，松紧应适度并留有余量（实铺长度与弧长的比值为10：8），确保防水板全部面积均能抵到混凝土面；两幅防水板的搭接宽度不应不大于15cm，外边墙与洞身接触部分铺设的卷材的边沿部位预留最少605.2.5洞顶反压回填施工洞身混凝土强度达成设计强度的75%方可拆模，混凝土强度达成设计的100%时才干进行洞顶回填，回填时采用机械和人工相结合的方式，机械回填时载重量不得超出20吨，靠山侧边坡坡脚与洞身间狭窄部位采用片石混凝土回填。5.2.6棚洞施工注意事项1.严格控制棚洞仰拱及中墙基础一次性开挖长度不不不大于5m，左右幅分部开挖，及时施做仰拱、填充混凝土。2.棚洞基础地基承载力规定不不大于250KPa，基底虚方清理干净，基坑不得积水软化基础。3.棚洞洞身施工缝应与仰拱及中墙施工缝设立在同一里程，避免棚洞受力不均时拉裂洞身混凝土。4.棚洞洞身混凝土达成设计强度后及时进行洞顶回填，回填土应对称、分层夯填密实，机械回填时汽车载重量不超出10吨。5.棚洞左右幅同时浇筑洞身及中墙混凝土，需对称、分层浇筑，分层高度不不不大于2m，确保衬砌台车及支架受力均匀。6.由于防水板铺在混凝土构造外表面，为了避免落石等物体破坏防水板，应严禁车辆直接翻斗卸荷，采用人工搬运的方式码砌块石。7.棚洞直中墙基础及外边墙可与边坡同时施作，边坡完毕后，应立刻施作棚洞构造，并反压回填，以利于边坡的稳定，同时棚洞主体构造完毕后，应及时对挡墙外侧进行反压回填，保持构造稳定性。双幅棚洞两部改装衬砌台车同时浇筑见图5.2.6-1。图5.2.6-1双幅棚洞整体浇筑8.在该段路堑边坡顶岩体和坡面均匀布设变形观察桩，监控必测项目为边坡稳定性和支护状况观察、坡面沉降和变形位移监测，棚洞施工期间必须每天对观察点进行观察并统计成册，通过测量数据反映边坡的稳定状况，随时掌握边坡动态；安排有经验且责任心强的专职安全员巡视检查坡面的稳定性，如发现险情，立刻撤离施工人员，建立完善的施工风险预控机制，确保施工期间的一切安全。5.2.7施工测量及监控量测1.施工测量施工测量前认真进行对图纸的审核、测量定位根据点的交接与校核、测量仪器的检定与校核，测量方案的编制与数据准备。根据图纸和工程构造特性拟定控制网形式，采用一级控制网测设。为确保工程施工的竖向精度，棚洞布设3个高程控制点构成高程控制网，采用绝对高程控制，高程控制点布置在距施工现场20.0米2.监控测量在路基边坡顶岩体和边坡布设变形观察桩，监控必测项目为衬砌拱顶沉降、挡土墙顶部位移、施工过程中中直墙顶部位移、地质及支护状态观察、衬砌与中直墙连接处构造内力等，每天需对观察点进行观察并统计成册，通过测量数据反映边坡的位移、沉降状况，及时预报险情，随时掌握边坡动态，拟定施工对策和方法，避免事故的发生，确保施工安全及构造的长久稳定。6．材料与设备本工法涉及的重要材料均为符合衬砌强度、防水及耐久性的规定的普通材料，施工设备如表6所示。本工法所用重要设备表表6序号名称单位数量备注1挖掘机辆12装载机辆13混凝土运输车辆44电焊机台265自卸汽车辆2衬砌台车台27钢轨米507．质量控制7.1棚洞仰拱及基础开挖严格控制开挖进尺，一次性开挖长度不应不不大于5m，左右幅分部开挖，同时浇筑仰拱、填充及中墙、偏压挡墙基础的钢筋及混凝土。7.2棚洞基础地基承载力规定不不大于250KPa，基底虚方清理干净，基坑不得积水软化基础。7.3棚洞洞身施工缝应与仰拱及中墙施工缝设立在同一里程，避免棚洞受力不均时拉裂洞身混凝土。7.4棚洞洞身混凝土达成设计强度后及时进行洞顶防水层及反压回填，回填土应对称、分层夯填密实。7.5棚洞右侧偏压挡墙及时施做，洞身混凝土外模拆除后立刻组织施工，避免洞身受偏压后造成构造偏压受力后破坏。7.6棚洞左右幅同时浇筑洞身及中墙混凝土，需对称、分层浇筑，分层高度不不不大于1m，确保衬砌台车及支架受力均匀及稳定。7.7防水工程7.7.1必须对防水主材及其辅材进行优选，确保其完全满足该工程使用功效和设计以及规范的规定；对拟定的防水材料，除必须含有认证资料外，还必须对进场的材料复试。满足规定后方可进行施工。对粘结材料同样作粘结实验，对其粘结强度等进行实验合格后方可使用。7.7.2防水工程施工时严格按操作工艺进行施工，施工完毕后必须及时进行蓄水和淋水实验，合格后及时做好防水保护层的施工，以避免卷材被人为的破坏，造成渗漏。7.7.3防水做法及防水节点设计必须科学合理，对防水施工的质量必须进行严格管理和控制；7.7.4对防水层的保护方法和防水保护层的施工要确保防水的安全可靠性。7.7.5对构造断面变化的地方以及阴阳角等特殊必须采用最为安全稳妥的防水做法。8．安全方法8.1开挖边坡上部不稳定岩体、松动岩块，直接影响下部作业安全，应制订具体的安全保障方法和安全风险评定后进行去除或采用临时加固支护解决。8.2棚洞施工洞内设专人指挥调度，三管两线设专人管理，确保照明、通风、排水设施良好，道路平顺畅通、灯光明亮。设立好运输线路安全信号标志，确保洞内运输安全;专职安全人员上岗必须佩戴安全检查袖标，凡进洞人员必须戴安全帽;重视洞口的稳定和排水，做好截水沟及排水沟，经常检查洞顶边坡的稳定状况。高压电线及风管通过衬砌台车时，设立绝缘活动装置和风管分节安装，避免挂断电缆和弄坏风管;爆破工必须进行岗前培训，持证上岗。火工品实施专人管理、集中管理，建立严格的规章制度，建立完善的火工品台帐，配备完善的消防器材；油库专人管理，设立明显的警戒标志，油库内设灭火砂及消防器材。8.3路基上边坡开挖及防护施工、棚洞施工阶段，在路基自然段大小里程两端各配备两名专职安全员，对该段路基进行全时段安全防护，道路两端在醒目位置布设“前方施工，注意安全”等安全警示牌，作业时在道路两端布置禁行栏杆和禁行标志。专职安全员和各施工设备司机均配备对讲机，边坡下方有行人或车辆需要通过时，全部设备停止作业并排除危险落石后方可通行。8.4为了确保施工期的安全施工，应对边坡进行安全巡逻及监控量测,监测的部位涉及开挖构造面和开口线上部岩体，通过人工巡视检查和对观察数据进行整顿、分析，掌握边坡岩体内部作用力和外部变形状况，评定和判断高边坡的稳定状况。9．环保方法9.1坚持环保设计、施工、使用统筹规划、同时运行。9.2加强对管理人员及生产工人环保教育，在生产过程中严格恪守有关环保方面的法律、法规和有关规定。9.3生产过程中产生的废弃物、建筑垃圾严禁随意乱丢污染环境，进行统一管理，集中堆放，再运至环保部门制订地点填埋解决。9.4构造物施工剩余混凝土不得随意弃倒，需排放至指定场合。9.5清洗模板废水费油等集中回收统一解决，不得排放到河流，污染水体。10．效益分析双幅棚洞采用左右幅、中墙及洞身同时浇筑，大大提高了功效，加紧了路堑滑坍高边坡下双幅棚洞施工的进度，抓住了施工的最佳时机，节省工期4个月，对比业主下达的节点目的，提前2个月完毕了施工任务，快速有效的解决了滑坍高陡边坡的处置难度和速度，减少了高陡边坡的处置费用，与常规的处置滑坍高边坡的方式对比，可节省工程费用约146万元，详见下表10。滑坍高边坡常规处置与增设双幅棚洞的经济对比表10序号常规防护双幅棚洞对比项目名称金额（万元）项目名称金额（万元）（万元）1土石方开挖84土石方开挖回填及支护109-252边坡防护362边坡防护1282343抗滑桩824二次衬砌850-264路基工程88洞门及附属125-37累计∕1358∕1212146工期对比10个月6个月11．工程实例11.1云南省富龙高速公路棚洞范畴路基滑坍边坡概况云南省富龙高速公路K14+605-K14+895段原设计路线以路堑形式通过，路基宽度24.5m，全长290m，地形复杂，自然山坡高陡。按照原设计，该段路基边坡分六级进行开挖，最大刷坡高度为56.25m（K14+780），刷坡高度在48-56.25m，开口线表层地质为崩坡积层，以巨块状石灰岩为主，其下列地质为全、强风化硅质岩，岩体破碎，一、二级边坡见黑色泥岩，近泥状，有泉水出露。该段路堑边坡原设计坡率为1:0.5，每级坡高8m，第1、6级边坡设计为主动防护网防护，第2～5级边坡设计为锚杆框格梁，第2、3级坡面锚杆长6m，第4、5级坡面锚杆长9m，路基滑坍边坡典型断面见图11.1。棚洞范畴K14+725-K14+865路基左侧边坡为七级边坡，最高处为84.4