隧道口輕型鋼棚洞防護(hù)高邊坡施工技術(shù)

郭寶庫(kù)

摘要： 以周家莊一號(hào)隧道在施工中遇到的洞口高邊坡防護(hù)施工為例，針對(duì)隧道洞口邊仰坡陡峭、垂直高度大，機(jī)械難到達(dá)且刷坡石方量過(guò)大，洞口段大面積爆破開(kāi)挖不利于安全進(jìn)洞，洞口前接深溝壑，傳統(tǒng)鋼筋混凝土棚洞施作需要大面積地基加固處理，與洞身施工交叉干擾較大，施工難度大等從安全、經(jīng)濟(jì)施工的角度，通過(guò)經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查研究與方案比選，確定在隧道口采用輕型鋼棚洞防護(hù)確保鐵路運(yùn)營(yíng)安全，減少對(duì)山體的破壞，同時(shí)保護(hù)了山體原有的植被，為今后類似洞口防護(hù)施工提供一點(diǎn)借鑒。

Abstract： By taking the high slope protection construction in the tunnel opening of Zhoujiazhuang 1# Tunnel as the example， aimed at the cliffy slope and vertical height of the tunnel opening， the machinery can not reach and the large amount of rock slope， the blasting excavation in the tunnel opening is not conducive to the safety， the gully in the tunnel opening is deep， the traditional reinforced concrete shed tunnel needs large area of foundation reinforcement treatment， and the tunnel construction cross interference is bigger， the construction is difficult and other problems， from the perspectives of security， economic construction， through the field investigation and comparison， it is determined that the light steel shed is used to ensure the safety of railway operation in the tunnel opening， reduce the destruction of the mountain， protect the original vegetation of the mountain and provide reference for the future protection of the entrance of the cave.

關(guān)鍵詞： 洞口；陡峭；機(jī)械無(wú)法到達(dá)；不利于安全；輕型；破壞

Key words： tunnel opening；cliffy；machinery can not reach；not conducive to security；light-duty；destroy

中圖分類號(hào)：U416.1+4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2016）32-0142-03

0 引言

隨著我國(guó)社會(huì)發(fā)展及經(jīng)濟(jì)建設(shè)步伐的不斷加快，鐵路建設(shè)里程將逐年增多，而鐵路建設(shè)受地形、環(huán)境以及造價(jià)等因素的影響，線路常在崇山峻嶺中穿梭，隧道進(jìn)出口位置常在山體高陡邊坡上，對(duì)火車運(yùn)營(yíng)安全形成非常大的隱患，因此，隧道口的防護(hù)措施極為重要。

1 工程概況

中川鐵路ZCTL-SG2標(biāo)周家莊一號(hào)隧道位于蘭州永登縣內(nèi)，全長(zhǎng)2237m，起訖里程HK17+990～HK20+227，隧道洞身縱坡為4‰上坡，6‰的下坡。隧道最大埋深150m，區(qū)內(nèi)地形起伏較大，溝壑縱橫，自然坡度約30°～60°，山體多基巖出露，植被覆蓋較差。隧道進(jìn)口端位于咸水河右岸，出口位于周家莊附近一溝谷內(nèi)，隧道進(jìn)出口交通不便。

周家莊一號(hào)隧道出口位于山體半坡處，洞門(mén)上方仰坡陡峭。坡面為泥巖夾砂巖，由于風(fēng)化差異，造成砂巖局部臨空，形成層狀危石，人工清理不能徹底消除隱患，對(duì)以后運(yùn)營(yíng)存在安全隱患。

2 施工方案比選

方案1：采用傳統(tǒng)洞口仰坡防護(hù)方案，對(duì)邊仰坡進(jìn)行石方爆坡，進(jìn)行刷坡。該方案在隧道仰坡防護(hù)中最為常見(jiàn)，但山體自然坡度達(dá)60°、垂直高度近50m，機(jī)械難心到達(dá)且刷坡石方量過(guò)大，洞口段大面積爆破開(kāi)挖不利于安全進(jìn)洞。

方案2：采用接長(zhǎng)混凝土明洞施工。該方案在隧道仰坡防護(hù)中較為常見(jiàn)，但山體高坡、坡度較大，需接長(zhǎng)明洞長(zhǎng)度達(dá)20m，隧道出口接深溝壑，傳統(tǒng)鋼筋混凝土棚洞施作需要大面積地基加固處理，與洞身施工交叉干擾較大，施工難度大。施工周期長(zhǎng)、與正洞二襯混凝土施工使用同一模板臺(tái)車，相互影響，投入費(fèi)用大。

方案3：采用洞口輕型鋼棚洞防護(hù)方案。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、自重較輕，對(duì)施作地基承載力要求低，溝壑部分采取級(jí)配碎石分層壓實(shí)后，即可做為棚洞基礎(chǔ)滿足受力要求。如圖1。

綜合考慮施工安全、質(zhì)量、工期、成本因素，結(jié)合本工程的施工特點(diǎn)，可以看出方案3效果為可行，具有鋼棚洞整體設(shè)計(jì)為耐久性鋼結(jié)構(gòu)，解決了高陡邊坡開(kāi)挖難的問(wèn)題，消除了運(yùn)營(yíng)期間的落石隱患，同時(shí)增添了一道亮麗的風(fēng)景線；對(duì)于山體坡度較大的洞口段減小了刷坡量，保留了原始的自然地貌，減少了對(duì)原山體的擾動(dòng)；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、自重較輕，對(duì)施作地基承載力要求低，減弱了洞身施工帶來(lái)的交叉干擾；相比較隧道洞口段混凝土棚洞施工靈活性增強(qiáng)，縮短了施工工期，減小了投資。

為保障鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩?，在隧道洞口外接長(zhǎng)一道長(zhǎng)度24m的鋼棚洞確保火車安全進(jìn)出洞，鋼棚洞采用H型鋼梁以隧道外輪廓設(shè)計(jì)加工拼裝而成，每環(huán)間距3m，每一環(huán)鋼架分割成5個(gè)部分進(jìn)行安裝，每一連接處采用16組高強(qiáng)螺栓進(jìn)行連接，鋼架間采用Φ102*×4.5斜拉撐桿連接成一整體，鋼架外緣交叉張拉Φ15.2預(yù)應(yīng)力鋼絞線，之后鋪設(shè)3/5×60雙絞六邊格柵網(wǎng)和R5/3/300環(huán)形網(wǎng)，棚洞拱部鋼架外緣設(shè)6cm滲鋅鋼板。如圖2。

3 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

3.1 施工工藝流程（圖3）

3.2 操作要點(diǎn)

3.2.1 施工準(zhǔn)備

3.2.1.1 鋼架的加工

①棚洞鋼架采用H400×220×8×14鋼材焊接而成。根據(jù)H型鋼的結(jié)構(gòu)尺寸翼板采用直條切割機(jī)垂直下料，由于腹板為弧形結(jié)構(gòu)并且尺寸較長(zhǎng)，加工分割成5個(gè)部分進(jìn)行加工，根據(jù)圖紙尺寸在鋼板上放出腹板的內(nèi)外弧度，復(fù)檢腹板內(nèi)外弧度的弧長(zhǎng)、弦長(zhǎng)和弦高，尺寸正確后方可進(jìn)行下料。

②H型鋼焊接成型后現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組裝試拼，檢查每榀鋼架的垂直度和連接點(diǎn)焊接的精確度；采用熱鍍鋅的工藝對(duì)加工的型鋼進(jìn)行處理，保證其在自然環(huán)境下的耐久性。

3.2.1.2 施做棚洞頂部山體坡面進(jìn)行危石清理。為保障施工期間的安全，各項(xiàng)工作準(zhǔn)備到位后才能進(jìn)行棚洞的施工。

3.2.2 棚洞基礎(chǔ)施工

3.2.2.1 測(cè)量放樣

采用全站儀對(duì)棚洞基礎(chǔ)進(jìn)行放樣，放出基礎(chǔ)開(kāi)挖邊線。

3.2.2.2 基礎(chǔ)開(kāi)挖

采用挖機(jī)開(kāi)挖棚洞基礎(chǔ)，基礎(chǔ)凈空1m×1m×2m，單個(gè)基礎(chǔ)通過(guò)地梁連接成一整體，保證基礎(chǔ)受力均勻防止沉降，開(kāi)挖完成后組織工人清除基底虛渣。

3.2.2.3 基礎(chǔ)鋼筋綁扎澆筑

①基礎(chǔ)開(kāi)挖完成后安裝鋼筋，單排棚洞基礎(chǔ)通過(guò)地梁聯(lián)成一整體，基礎(chǔ)鋼筋采用Φ16主筋間距25cm，箍筋采用Φ8鋼筋間距20cm。地梁采用Φ8鋼筋間距20×20cm高度1m貫穿于整個(gè)棚洞基礎(chǔ)。

②模板安裝前打磨除銹并涂刷隔離層，安裝豎直、接縫嚴(yán)密。

③預(yù)埋件安裝前提前在預(yù)埋件上畫(huà)好十字中心線，測(cè)量人員放出每塊模板4個(gè)角的標(biāo)高，計(jì)算出每個(gè)角到預(yù)埋件的高差確保安裝預(yù)埋件時(shí)能精確的控制安裝面的水平，測(cè)量放出第一個(gè)和最后一個(gè)預(yù)埋件的中心點(diǎn)調(diào)平固定，采用拉通線同預(yù)埋件十字絲重合，線上每3m做一點(diǎn)確定出其余預(yù)埋件的中心點(diǎn)調(diào)平固定，最后測(cè)量放樣復(fù)合每個(gè)預(yù)埋件的中心點(diǎn)和水平度，確保安裝符合要求后進(jìn)行砼澆筑。

④混凝土澆筑保證連續(xù)不間斷，按照設(shè)計(jì)要求振搗密實(shí)，拆除模板灑水養(yǎng)護(hù)，強(qiáng)度達(dá)到100%后進(jìn)行鋼架的安裝。

3.2.3 棚洞鋼架安裝

鋼架的安裝：

鋼架通過(guò)加工廠統(tǒng)一加工，出廠前對(duì)每一榀鋼架的垂直度、焊接質(zhì)量、耐久性進(jìn)行嚴(yán)格的把控，每榀鋼架加工成五組便于加工、運(yùn)輸和安裝，吊車配合安裝，鋼架安裝圖見(jiàn)圖4。

①先安裝F1節(jié)鋼架，F(xiàn)1底面坐在預(yù)先安裝的預(yù)埋件上，每個(gè)預(yù)埋件有6組螺栓，每組2個(gè)，調(diào)節(jié)F1鋼架的垂直度、水平度。

②F2、F3為了便于安裝事先在地面上拼裝調(diào)平，然后采用吊車于F1拱架進(jìn)行連接，所有的連接點(diǎn)均有12組高強(qiáng)螺栓四個(gè)面每側(cè)進(jìn)行連接，每一連接點(diǎn)必須進(jìn)行調(diào)平否則拱架之間的支撐桿無(wú)法進(jìn)行連接，隧道洞口相鄰的一榀鋼架焊接的鋼板連接片采用植筋于洞門(mén)砼相連接成一整體，增加棚洞的整體受力，F(xiàn)2、F3于F1連接見(jiàn)圖5。

③由于拱架頂距內(nèi)軌面的高度為8.8m，一榀鋼架安裝完成后晃動(dòng)幅度較大存在安全隱患，必須立刻安裝相鄰的另一榀鋼架，兩榀鋼架安裝到位后及時(shí)進(jìn)行鋼架之間的支撐安裝，支撐桿采用102×4.5鋼管制成，連接處采用1組高強(qiáng)螺栓進(jìn)行連接，所有鋼架進(jìn)行調(diào)平保證了支撐桿連接處處于同一直線上，支撐桿的安裝才能順利完成。撐桿連接節(jié)點(diǎn)圖見(jiàn)圖6。

3.2.4 拱架外側(cè)防護(hù)網(wǎng)的安裝

①鋼架外緣采用直徑為Φ15.2鋼絞線兩兩相互交叉進(jìn)行連接，交叉于鋼架外側(cè)焊接的U型扣件鋼板內(nèi)側(cè)，鋼絞線采用收緊機(jī)拉緊后端頭用端頭錨具扣件進(jìn)行扣接，鋼絞線外緣的安裝見(jiàn)圖7。

②鋼絞線安裝完成后鋪設(shè)型號(hào)為3/50×60雙絞六邊格柵網(wǎng)和R5/3/300環(huán)形網(wǎng)進(jìn)行滿鋪，雙絞六邊格柵網(wǎng)固定采用U型扣件加固，U型扣件用螺栓上緊，外側(cè)環(huán)向采用鋼絞線間距5m設(shè)置一道進(jìn)行二次加固處理，環(huán)形網(wǎng)采用U型扣件加固牢固。如圖8。

4 結(jié)束語(yǔ)

輕型鋼棚洞的施做減少對(duì)山體的破壞，同時(shí)保護(hù)了山體原有的植被，與傳統(tǒng)的隧道棚洞相比，不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單自重輕，對(duì)地基承載力要求較低，整體線型美觀、采光充足，觀賞性強(qiáng)，且減小了對(duì)洞身施工帶來(lái)的交叉影響，節(jié)約了投資，消除了高陡邊坡頂部危巖、浮石帶來(lái)的安全隱患，保證了鐵路建設(shè)與運(yùn)營(yíng)的安全；降低了施工難度，加快了施工速度，為今后類似洞口邊坡的施工提供一點(diǎn)借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]顏離園.隧道洞口邊仰坡穩(wěn)定性分析及相關(guān)支護(hù)措施的合理性研究[D].中南大學(xué)，2010.

[2]張方，任鵬，劉繼濱.滑坡隧道加固新技術(shù)研究綜述[J].四川建筑，2012（06）.

[3]周向濤.人造拱技術(shù)在苗干山隧道施工中的應(yīng)用[J].鐵道建筑技術(shù)，2015（09）.