淺埋山區公路隧道門式排樁剛構圍護結構及其施工方法技術

本發明專利技術公開了一種淺埋山區公路隧道門式排樁剛構圍護結構及其施工方法，涉及一種淺埋山區公路隧道蓋挖施工領域，也是一種通過門式排樁剛構圍護結構來完成淺埋山區公路隧道主體施工的通透式蓋挖施工方法，該門式排樁剛構圍護結構主要是由兩排互相平行并分別設置在公路隧道主體兩側的鉆孔樁、位于每排鉆孔樁頂部并澆筑相連一體的冠梁、及兩排鉆孔樁頂部的冠梁之間澆筑連接的多根橫撐等構成，這種施工結構具有構造簡單、安全可靠、費用低廉、施工條件優越、低碳環保等優點，其結合相應的施工方法能有利于減少淺埋山區公路隧道邊坡開挖的工程數量，節約棄土場，還具有節能減排的效果，施工環境友好，經濟效益和社會效益顯著。

Shallow buried mountain highway tunnel gate type row pile rigid structure retaining structure and construction method thereof

The invention discloses a shallow buried highway tunnel portal rigid frame row pile retaining structure and construction method thereof, and relates to a shallow buried highway tunnel cover excavation construction field, is also a kind of door type rigid frame through pile retaining structure to complete the shallow buried highway tunnel construction pass through cover excavation construction methods the portal rigid frame row pile retaining structure is mainly between the top beam is composed of two rows of parallel to each other and are respectively arranged on both sides of the main highway tunnel bored pile, bored pile in each row and connected to one of the top pouring crown beam, and two rows of bored pile top pouring connecting a plurality of transverse brace composition. The construction of this structure has the advantages of simple structure, safe and reliable, low cost, construction conditions, low carbon and environmental protection, the combination of the corresponding construction method can help to reduce the tunnel slope excavation of shallow mountain highway engineering The utility model has the advantages of energy saving and emission reduction, friendly construction environment, remarkable economic and social benefits.

【技術實現步驟摘要】
淺埋山區公路隧道門式排樁剛構圍護結構及其施工方法
本專利技術涉及一種淺埋山區公路隧道蓋挖施工領域，具體是指淺埋山區公路隧道門式排樁剛構圍護的通透式蓋挖施工方法。
技術介紹
淺埋山區公路隧道蓋挖法施工是由地面向下開挖至一定深度后，將頂部封閉，其余的下部工程在封閉的頂蓋下進行施工。由于在封閉條件下開挖隧道土石方，施工期間需要采取通風排煙、燈光照明和洞內排泄滲透水等保障措施，費用巨大，且存在安全隱患；而公開的中國專利號為201420739014.0的“山嶺隧道樁拱蓋挖法綜合支護結構”，雖然采用了兩排相互平行的鉆孔樁圍護結構，但將護拱與鉆孔樁結合成綜合支護結構，仍需在封閉的頂蓋下進行施工，故依然存在封閉式施工的缺陷。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題在于克服現有技術的缺陷而提供一種構造簡單、安全可靠、費用低廉、施工條件優越、低碳環保的淺埋山區公路隧道門式排樁剛構圍護結構及其施工方法。本專利技術的技術問題通過以下技術方案實現：一種淺埋山區公路隧道門式排樁剛構圍護結構，其包括兩排互相平行、并分別設置在公路隧道主體兩側的鉆孔樁，每排鉆孔樁均是由多個鉆孔樁沿公路隧道主體的軸線方向按設計的間距設置而成，每排鉆孔樁頂部均設有沿公路隧道主體的軸線方向延伸的冠梁，該冠梁將所述每排鉆孔樁的多個鉆孔樁澆筑相連一體，兩排鉆孔樁頂部的冠梁之間澆筑連接多根橫撐，該多根橫撐沿公路隧道主體的軸線方向按設計的間距設置。所述的淺埋山區公路隧道門式排樁剛構圍護結構的計算模型為：鉆孔樁的直徑、長度、同排的每相鄰兩個鉆孔樁中心間距，基巖頂至橫撐中心高度即門式排樁剛構圍護結構的計算高度，橫撐的計算長度、高度、寬度、慣性矩，以相鄰兩根橫撐中心之間的范圍作為一個計算單元，將每排鉆孔樁總長度內鉆孔樁截面慣性矩之和平均分攤再乘以作為一個計算單元長度的鉆孔樁截面慣性矩，并形成立面為鉆孔樁底部固結、鉆孔樁頂部的冠梁與橫撐剛接的門式排樁剛構圍護結構；需采用有限元軟件精確計算門式排樁剛構圍護結構的內力，在編制施工方案階段采用解析法初步計算，初擬鉆孔樁、冠梁和橫梁的尺寸；門式排樁剛構圍護結構的承載能力由彎矩控制，各節點的彎矩和承載能力由下列公式計算：公式一、公式二、將式代入式中，計算出鉆孔樁在處的彎矩極大值；公式三、根據公式三的結果確定鉆孔樁直徑、混凝土強度等級和配筋，及橫撐尺寸、混凝土強度等級和配筋；在公式一、公式二和公式三中：——分別為門式排樁剛構圍護結構節點A、B、C、D處的彎矩，；——鉆孔樁自基巖頂端以上的任意高度，；——鉆孔樁自基巖頂端以上高度所受的彎矩，；——橫撐跨中的彎矩，；——鉆孔樁處的彎矩，；——分別為鉆孔樁的直徑、同排的每相鄰兩個鉆孔樁中心間距、鉆孔樁的總長度，，；——分別為基巖頂至橫撐中心高度即門式排樁剛構圍護結構的計算高度、橫撐的高度、橫撐的寬度、橫撐的計算長度，；——相鄰兩根橫撐中心之間的距離，確定為一個門式排樁剛構圍護結構計算單元的長度，；——鉆孔樁一個計算單元長度內的截面慣性矩，；——每根橫撐截面的慣性矩，；——基巖頂部的粘土主動土壓力強度，；——橫撐、蓋板、鋪裝層以及其上其他荷載的強度，；——分別為鉆孔樁、橫撐的重要性系數，，按有關規范取值；——分別為鉆孔樁一個計算單元長度內的截面承載能力設計彎矩、每根橫撐截面的承載能力設計彎矩，；——分別為門式排樁剛構圍護結構A節點、D節點處鉆孔樁的垂直反力，；——分別為門式排樁剛構圍護結構A節點、D節點處鉆孔樁的水平反力，。所述的每排鉆孔樁的相鄰兩個鉆孔樁之間設有多個上、下布置的壓漿管，間距為，按設計取。每個所述的鉆孔樁直徑為80~150cm，每相鄰兩個鉆孔樁外緣之間的間距寬度為20~40cm。所述的冠梁寬度比所述鉆孔樁直徑寬10~20cm，冠梁高度與多根橫撐高度相同，每相鄰兩根橫撐之間的間距寬度為5~7m，將挖掘機的鏟斗伸進兩根橫撐之間的空隙，開挖門式排樁剛構圍護結構內的土體，裝車運至棄土場，或在門式排樁剛構圍護結構的橫撐下部松動爆破，挖運土體。所述的門式排樁剛構圍護結構內開挖施工公路隧道主體，門式排樁剛構圍護結構頂面依次設置蓋板和鋪筑防水混凝土鋪裝層。一種淺埋山區公路隧道門式排樁剛構圍護結構的施工方法，其特征在于該施工方法包括如下步驟：步驟一、擬定淺埋山區公路隧道門式排樁剛構圍護結構方案：①根據淺埋山區公路隧道的規模和地質鉆探資料以及設計圖紙，擬定鉆孔樁、冠梁、橫撐、蓋板及鋪裝層尺寸；②按照公式一、公式二和公式三計算門式排樁剛構圍護結構的承載力；③用有限元軟件計算復核門式排樁剛構圍護結構的承載力，直至滿足要求；步驟二、清理表面土以及開展施工準備工作：①清理表面土；②開挖排水溝范圍的土體并漿砌片石排水溝，要求表面水排水暢通；③現場測量放樣，埋設沉降和水平位移觀測點；步驟三、施工排樁：①鉆孔樁施工機械干式氣動成樁機就位；②鉆孔樁成孔、下放鋼筋籠并澆筑混凝土；步驟四、施工冠梁：①鑿除排樁混凝土樁頭、整理鋼筋；②按冠梁模板尺寸清理樁頭附近土體，并安放冠梁模板；③綁扎冠梁鋼筋，并預留橫撐接頭鋼筋；④澆筑冠梁混凝土；⑤拆除冠梁模板并養護；步驟五、施工橫撐：①整理、填筑橫撐模板基礎，并安放橫撐模板；②綁扎橫撐鋼筋；③澆筑橫撐混凝土；④拆除橫撐模板并養護；步驟六、開挖門式排樁剛構圍護結構內的土體：①待門式排樁剛構圍護結構達到設計強度后，挖掘機和運輸車到位；②將挖掘機的鏟斗伸進兩根橫撐之間的空隙，開挖門式排樁剛構圍護結構內的土體，裝車運至棄土場或在門式排樁剛構圍護結構的橫撐下部松動爆破，挖運土體。③排樁之間空隙如有滲透水，打入壓漿管注漿，起到止水作用；④設置排水溝，采用潛水泵抽排滲透水；⑤清理門式排樁剛構圍護結構內的殘余土體達到設計要求，并掛網噴漿防護；步驟七、施工墊層和公路隧道主體結構：①鋪筑基巖以上混凝土墊層；②綁扎仰拱鋼筋并澆筑仰拱混凝土；③使用模板臺車澆筑二次襯砌混凝土；④施工路面系結構；步驟八、安裝蓋板及鋪筑鋪裝層混凝土：①運送預制場預制的蓋板并安裝在橫撐上部；②澆筑蓋板上部防水混凝土鋪裝層；在全部施工過程中，及時檢測門式排樁剛構圍護結構的水平位移和沉降，并及時反饋檢測結果，如有異常及時調整施工方案，確保施工安全和工程質量。與現有技術相比，本專利技術主要設計了一種通過門式排樁剛構圍護結構來完成淺埋山區公路隧道主體施工的通透式蓋挖施工方法，該門式排樁剛構圍護結構主要是由兩排互相平行并分別設置在公路隧道主體兩側的鉆孔樁、位于每排鉆孔樁頂部并澆筑相連一體的冠梁、及兩排鉆孔樁頂部的冠梁之間澆筑連接的多根橫撐等構成，這種施工結構具有構造簡單、安全可靠、費用低廉、施工條件優越、低碳環保等優點，其結合相應的施工方法能有利于減少淺埋山區公路隧道邊坡開挖的工程數量，節約棄土場，還具有節能減排的效果，施工環境友好，經濟效益和社會效益顯著。附圖說明圖1為本專利技術的結構立面示意圖。圖2為圖1的俯視圖。圖3為門式排樁剛構圍護結構的計算圖式。具體實施方式下面將按上述附圖對本專利技術實施例再作詳細說明。如圖1~圖3所示，1.基巖、2.粘土、3.鉆孔樁、4.壓漿管、5.冠梁、6.橫撐、7.墊層、8.公路隧道主體、81.仰拱、82.二次襯砌、83.路面系、9.蓋板、10.鋪裝層、11.排水溝。淺埋山區公路隧道門式排樁剛構圍護結構及其施工方本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種淺埋山區公路隧道門式排樁剛構圍護結構，其特征在于該結構包括兩排互相平行、并分別設置在公路隧道主體（8）兩側的鉆孔樁（3），每排鉆孔樁均是由多個鉆孔樁（3）沿公路隧道主體（8）的軸線方向按設計的間距設置而成，每排鉆孔樁（3）頂部均設有沿公路隧道主體（8）的軸線方向延伸的冠梁（5），該冠梁將所述每排鉆孔樁（3）的多個鉆孔樁（3）澆筑相連一體，兩排鉆孔樁（3）頂部的冠梁（5）之間澆筑連接多根橫撐（6），該多根橫撐沿公路隧道主體（8）的軸線方向按設計的間距設置。

【技術特征摘要】
1.一種淺埋山區公路隧道門式排樁剛構圍護結構，其特征在于該結構包括兩排互相平行、并分別設置在公路隧道主體（8）兩側的鉆孔樁（3），每排鉆孔樁均是由多個鉆孔樁（3）沿公路隧道主體（8）的軸線方向按設計的間距設置而成，每排鉆孔樁（3）頂部均設有沿公路隧道主體（8）的軸線方向延伸的冠梁（5），該冠梁將所述每排鉆孔樁（3）的多個鉆孔樁（3）澆筑相連一體，兩排鉆孔樁（3）頂部的冠梁（5）之間澆筑連接多根橫撐（6），該多根橫撐沿公路隧道主體（8）的軸線方向按設計的間距設置。2.根據權利要求1所述的淺埋山區公路隧道門式排樁剛構圍護結構，其特征在于所述的淺埋山區公路隧道門式排樁剛構圍護結構的計算模型為：鉆孔樁（3）的直徑、長度、同排的每相鄰兩個鉆孔樁（3）中心間距，基巖（1）頂至橫撐（6）中心高度即門式排樁剛構圍護結構的計算高度，橫撐（6）的計算長度、高度、寬度、慣性矩，以相鄰兩根橫撐（6）中心之間的范圍作為一個計算單元，將每排鉆孔樁（3）總長度內鉆孔樁截面慣性矩之和平均分攤再乘以作為一個計算單元長度的鉆孔樁截面慣性矩，并形成立面為鉆孔樁（3）底部固結、鉆孔樁頂部的冠梁（5）與橫撐（6）剛接的門式排樁剛構圍護結構；需采用有限元軟件精確計算門式排樁剛構圍護結構的內力，在編制施工方案階段采用解析法初步計算，初擬鉆孔樁（3）、冠梁（5）和橫梁（6）的尺寸；門式排樁剛構圍護結構的承載能力由彎矩控制，各節點的彎矩和承載能力由下列公式計算：公式一、公式二、將式代入式中，計算出鉆孔樁（3）在處的彎矩極大值；公式三、根據公式三的結果確定鉆孔樁（3）直徑、混凝土強度等級和配筋，及橫撐（6）尺寸、混凝土強度等級和配筋；在公式一、公式二和公式三中：——分別為門式排樁剛構圍護結構節點A、B、C、D處的彎矩，；——鉆孔樁（3）自基巖（1）頂端以上的任意高度，；——鉆孔樁（3）自基巖（1）頂端以上高度所受的彎矩，；——橫撐（6）跨中的彎矩，；——鉆孔樁（3）處的彎矩，；——分別為鉆孔樁（3）的直徑、同排的每相鄰兩個鉆孔樁（3）中心間距、鉆孔樁（3）的總長度，，；——分別為基巖（1）頂至橫撐（6）中心高度即門式排樁剛構圍護結構的計算高度、橫撐（6）的高度、橫撐（6）的寬度、橫撐（6）的計算長度，；——相鄰兩根橫撐（6）中心之間的距離，確定為一個門式排樁剛構圍護結構計算單元的長度，；——鉆孔樁（3）一個計算單元長度內的截面慣性矩，；——每根橫撐（6）截面的慣性矩，；——基巖（1）頂部的粘土（2）主動土壓力強度，；——橫撐（6）、蓋板（9）、鋪裝層（10）以及其上其他荷載的強度，；——分別為鉆孔樁（3）、橫撐（6）的重要性系數，，按有關規范取值；——分別為鉆孔樁（3）一個計算單元長度內的截面承載能力設計彎矩、每根橫撐（6）截面的承載能力設計彎矩，；——分別為門式排樁剛構圍護結構A節點、D節點處鉆孔樁（3）的垂直反力，；——分別為門式排樁剛構圍護結構A節點、D節點處鉆孔樁（3）的水平反力，。3.根據權利要求1所述的淺埋山區公路隧道門式排樁剛構圍護結構，其特征在于所述的每排鉆孔樁（3）的相鄰兩個鉆孔樁之間設有多個上、下布置的壓漿管（4）...

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳海圣，徐懋剛，冉平，謝瑜軍，方梁正，朱一湘，單建波，陳興艾，楊磊，鄭國增，周一勤，
申請(專利權)人：寧波交通工程建設集團有限公司，
類型：發明
國別省市：浙江,33