特大溶洞洞顶落石防护施工方法
【专利摘要】本发明属特大溶洞隧道施工的【技术领域】，具体为一种特大溶洞洞顶落石防护施工方法，解决现有防护方法用于特大溶洞不能保证安全的问题，步骤为：在隧道宽度范围内设柔性被动防护网,搭设满堂脚手架及贝雷架作工作平台对溶腔顶部进行锚网喷防护；溶腔顶部防护前，先对顶部不稳定岩块进行找顶排险，然后初喷一层丝纤维混凝土，最后进行锚网喷防护；隧道小里程侧拼装贝雷架，拼装完成后牵引至大里程形成简支梁结构，铺设桥面系后在桥面上搭设作业平台进行喷锚防护，贝雷架底部设柔性被动防护网；溶腔顶部线路左侧设主动柔性防护网。可对特大溶洞洞顶落石达到防护效果，在搭设贝雷架平台进行初喷后便未发生过掉块现象。保证贝雷架正常接收，节约时间。
【专利说明】特大溶洞洞顶落石防护施工方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于特大溶洞隧道施工的【技术领域】，具体涉及一种特大溶洞洞顶落石防护 施工方法。
【背景技术】
[0002] 隧道施工会遇溶洞，特大形溶洞，一般溶洞形状不规则。如某溶洞，上部洞壁围岩 线路左侧岩体较为松散，线路右侧岩体较为完整，从溶洞下部情况看，洞壁岩体破碎，极易 巧落，底部有部分巧落的碎块±堆积，部分地段呈倒息状，稳定性差。
[0003] 通常采用的方式是；首先在隧道宽度范围内设置柔性被动防护网，在钢丝绳顶面 铺设钢筋网片，平铺于整个防护面。柔性防护网施工完成后，进行满堂脚手架搭设时，溶洞 大厅弯顶发生掉块将脚手架部分砸坏。所W采用销网喷防护对洞壁进行加固时，由于暗河 段的围岩局部稳定性较差，搭设满堂脚手架进行喷销防护的方案不能保证现场施工安全。
【发明内容】
[0004] 本发明为了解决现有防护方法用于特大溶洞不能保证安全的问题，提供了一种特 大溶洞洞顶落石防护施工方法。
[0005] 本发明采用如下的技术方案实现；一种特大溶洞洞顶落石防护施工方法，步骤如 下： 1) 先在隧道宽度范围内设置柔性被动防护网，然后搭设满堂脚手架W及贝雷架作为 工作平台对溶腔顶部进行销网喷防护； 2) 溶腔顶部防护前，先对顶部不稳定岩块进行找顶排险，然后初喷一层丝纤维混凝±， 最后进行销网喷防护； 3) 隧道小里程侧拼装贝雷架，拼装完成后牵引至大里程形成简支梁结构，铺设桥面系 后在桥面上搭设作业平台进行喷销防护，贝雷架底部设置柔性被动防护网； 4) 溶腔顶部线路左侧设置主动柔性防护网。
[0006] 具体步骤为： (1) 第一次初喷拾施工；在贝雷架搭设之前进行初喷，小里程侧直接在上台阶施工，大 里程侧在搭设息挑作业平台上采用机械手施工；贝雷架采用单层非加强型组合拼装，分组 拼装分组顶推，全部顶推到位后各组间每3m采用连板横向连接； (2) 贝雷架底部柔性防护网施工；设置柔性被动防护网，在防护网顶面铺设网格间距 为5X5cm的钢筋网片，防护网销固基础为条形基础，分别设置在暗河小里程端D2K473巧48 位置与大里程D2K473巧90位置； (3 )贝雷架拼装及过孔施工；隧道内建设息臂贝雷梁工作平台，其中小里程侧按双层H 排贝雷梁+单层H排鼻架，贝雷梁中线与隧道中线保持一致；导梁选用普通型，主衍架选用 加强型，在贝雷架下设置滑梁基础；在小里程侧进行贝雷架拼装，然后在大里程侧设置卷扬 机进行牵引过孔，每相邻3组作为一个单元进行过孔，同时贝雷梁过孔时在后侧采用5t卷 扬机进行反牵引；各组贝雷架横向连接完成后，在贝雷梁上方设置H道安全绳并进行桥面 系、作业平台及防护栏杆的安装；防护栏杆桥面设置完成后及时对洞顶危石采用圆木或钢 管柱进行支顶； (4) 喷销防护施工；对洞壁进行喷销防护前先进行地质素描并留取断面情况，找顶清 除危石后及时进行混凝±初喷，采用厚度为5cm的C25丝纤维混凝± ;销网喷防护参数为： (j5 25中空注浆销杆，k4m，间距环X纵l.OmXl.Om，交错布置，（j58钢筋网片20cmX20cm， C25喷微纤维混凝± 25cm ;喷销防护范围为线路中线左右各9m ; (5) 主动防护网施工；利用贝雷架作为施工平台，在贝雷架W上溶腔顶部左侧岩壁设置 主动防护网；主动防护网采用18钢丝绳，间距0. 5m，钢丝绳上满铺布鲁克网与钢丝绳连 接； (6) 洞顶危石支顶作业；对溶腔洞壁易巧塌危险区域采用4) 10cm圆木利用贝雷架平台 进行支顶。
[0007] 第一次初喷拾施工中所述贝雷梁主梁纵向9片，长27m，横向5组，每组3排，共15 排，最大息臂距离为12m。
[0008] 贝雷架底部柔性防护网施工中；条形基础混凝±采用C35现德混凝±，基础德筑 完成后，两端对拉纵向间距0. 3m的〇 32钢丝绳，钢丝绳安装固定在〇 32预埋件上，钢丝绳 搭接长度为Im时，钢丝绳搭接端头采用0. 2m-个间距布置的绳扣固定，基础预埋件横向间 距30cm，同时向拉力方向倾斜65。埋入混凝±基础内，埋入深度80cm，露出长度为20cm。
[0009] 步骤（3)中，大里程侧混凝±基础内埋设摇滚作为接受装置，贝雷架搭设完成后 在支点处调整标高；小里程侧每组贝雷梁下方设置2组摇滚或平滚，每组H排贝雷架的外 排及中排下安放在一组摇滚或平滚上；内排占用里侧摇滚或平滚靠外侧一个；摇滚条形 基础11 X 1 X0. 4m，采用C30混凝±安放在桥座之上，摇滚顶面标高595. 5,其后侧平滚顶 面与摇滚顶面保持平顺；位于上台阶的平滚采用枕木调节高度，位于弃渣上的摇滚放置 lOmX 1. 5m钢板之上，挖掘机压实；摇滚与条形基础采用膨胀螺栓连接；小里程侧前支点基 础上贝雷架对应纵向位置处预埋两根限位的118型钢，埋入长度30畑1，露出长度50cm ;大 里程侧采用衬硕台车对锁定定滑轮组，牵引施工时滑轮组中轴线与过孔的贝雷架中轴线对 齐。
[0010] 钻孔采用无水螺旋钻，销杆体的屈服力> 128KN，最大力> 193KN，断后伸长率 > 21% ;销杆设置钢垫板，垫板尺寸为150mmX150mmX6mm，销杆孔灌浆密实；布孔时根据留 取影像资料及现场记录对围岩较差的部位加密，布置间距加密到0. 8mX0. 8m ;注浆压力为 1. OMpa?1. 5Mpa，按单管达到设计图标示注浆量作为结束标准；当注浆压力达到终压不少 于lOmin，进浆量仍达不到注浆终量时，亦可结束注浆；注浆结束后，将管口封堵，销杆垫板 与孔口混凝±密贴，并随时检查销杆头的变形情况，紧固垫板螺帽。
[0011] 本发明有益效果：施工前在隧道宽度范围内设置柔性防护网，对特大溶洞洞顶自 由下落高度15m体积在0. 8m3 W下掉块可W达到防护效果；在搭设贝雷架平台进行初喷后 便未发生过掉块现象，采用被动防护网+贝雷架+主动防护网的方式对溶洞大厅弯顶附近 易掉块范围进行防护是可行的；在贝雷架牵引过孔施工中进行挽度计算时未考虑牵引力对 挽度的影响，保证了大里程侧接受平台标高负误差，保证了贝雷架正常接收。贝雷梁衍架方 案节约衍架加工等施工时间。
【专利附图】
【附图说明】
[0012] 图1为【具体实施方式】中所述隧道暗河段溶洞与线路关系平面图；图2为具体实施 方式中所述隧道暗河段溶洞与线路关系断面图；图3为回填示意图；图4为钢筋网施工工 艺流程图。
[0013] 图中；1-溶洞；2- D2K473巧48隧道进口；3-新德筑混凝±基础；4-临时施工通 道；5-D2K473巧00隧道进口仰拱端头；6-卷扬机；7-定滑轮；8-实际混凝±面；9-销网喷 防护；10- C25拾护拱；11-中空注浆销杆；12-左线线路中线；13-隧道中线；14-右线线路 中线。
【具体实施方式】
[0014] 某隧道原计划采用单口掘进施工，后受溶腔限制采用双口掘进。上台阶开挖至里 程D2K473巧30 (进洞施工约78m)，上台阶开挖掲示1#溶腔，经测量发现溶腔底部W下40m 发育暗河，暗河与隧道正洞在D2K473巧80处相交，水流量约为21600mVh。掲穿溶洞施工受 阻后，在线路左侧40m处增设一条长度268m的迂回平导并新增隧道出口掘进面，对跨暗河 段溶洞进行提前掲示，后在正洞（小里程侧)D2K473巧48位置掌子面右侧施工掲示出暗河溶 洞大厅，然后又在隧道出口端正洞D2K473巧90处再次对暗河溶洞进行掲示。
[0015] 溶洞大厅形状不规则，溶腔顺线路方向最宽约80m(溶洞中部)，隧道仰拱平面顺线 路方向溶腔宽约42m，横线路方向最宽约120m (溶洞底部)，溶腔最大深度91m (溶洞大里程 侧右下角），线路方向最大深度79. 3m，溶洞横线路方向成H角型、上窄下宽，顺线路方向呈 "啤酒肚"型，溶洞埋深约40m，隧道二衬拱顶标高与溶洞顶标高基本持平，溶洞大厅容积约 32万方，暗河沿溶洞大厅底部大里程侧由左向右、再向小里程方向流过，溶洞上部洞壁围岩 线路左侧岩体较为松散，线路右侧岩体较为完整，从溶洞下部情况看，洞壁岩体破碎，极易 巧落，底部有部分巧落的碎块±堆积，部分地段呈倒息状，稳定性差。
[0016] 确定处理方案为：一种特大溶洞洞顶落石防护施工方法，步骤如下： 1) 先在隧道宽度范围内设置柔性被动防护网，然后搭设满堂脚手架W及贝雷架作为 工作平台对溶腔顶部进行销网喷防护； 2) 溶腔顶部防护前，先对顶部不稳定岩块进行找顶排险，然后初喷一层丝纤维混凝±， 最后进行销网喷防护； 3) 隧道小里程侧拼装贝雷架，拼装完成后牵引至大里程形成简支梁结构，铺设桥面系 后在桥面上搭设作业平台进行喷销防护，贝雷架底部设置柔性被动防护网； 4) 溶腔顶部线路左侧设置主动柔性防护网。
[0017] 方案概况；在隧道内建设贝雷架作为喷销作业工作平台，其中小里程侧按双层H 排贝雷梁+单层H排鼻架，贝雷梁主梁纵向81m (27片）横向18排，鼻架长24m巧片）横向 18排，最大息臂距离为51m (实际为49m)，贝雷梁跨度51m。
[0018] 检算依据；《钢结构设计规范》（GB50017-2003);《溶洞实测断面图》；《路桥施工计 算手册》（人民交通出版社）；《材料力学第H版》（西南交通大学出版社）；《装配式公路钢桥 多用途使作手册》（广州军区工程科研设计所）；《钢结构设计规范》（GB50017-2003);《溶 洞实测断面图》；《铁路混凝±梁支架法现德施工技术规程》（TB10110-2011)。
[001引 贝雷架力学性质：双排双层不加强W=14817. 9cm3, 1=2148588. 8cm4， [M]=3265. 4KN.m,阳]=490. 5KN。双排双层加强 W=30641. 7cm3, 1=4596255. 2cm4, [M]=6750KN.m,阳]=490. 5KN。H 排单层不加强 W=10735. 6cm3, 1=751491. 6cm4, [M]=2246. 4KN.m,阳]=698. 9KN。 H 排双层加强 W=45962. 6cm3, I=6894390cm4, [M]=9618. 8KN. m，阳]=698. 9KN。
[0020] 贝雷架自重为27化g/片，考虑销子、支撑架、加强弦杆、横向联接构件等附属构件 后，单层H排非加强型每m自重重量为3(K)kg，即3KN/m;双层H排加强型每m自重重量为 80化g，即8KN/m。桥面按照满铺1cm钢板计算，自重为34t，即1. 33KN/m。
[0021] 施工时，荷载考虑人员机械活载，横向贝雷梁作业平台2个自重9.化，混凝±喷射 机两台重1600kg，作业人员12人(重96化g)，喷浆料按6000kg计算，6台钻机每台90 kg, 销杆按40根计算（8kg/根）为320 kg,钢筋网ImX Im间距0. Im直径6mm钢筋的重量为 97. 68 kg (考虑20片）。考虑动荷载系数1. 4后，总荷载为：262. 3KN。
[0022] 水平牵引力计算；贝雷梁分组进行顶推，每组贝雷梁总重=720KN，每次过孔时H 组同时进行。并采用8滑车组起吊W减小牵引力。在贝雷梁下侧设置摇滚及平滚，摩擦系 数为0. 1。考虑两组贝雷梁重为（648巧2)X3=2160KN。重量分力为2160X0. 02=43. 2KN; 则理论水平牵引力为43. 2+216=259. 2KN，每组需要水平牵引力86. 4KN。
[002引推出稳定校核： 主梁强度计算(最大息臂状态时）：
【权利要求】
1. 一种特大溶洞洞顶落石防护施工方法，其特征在于：步骤如下： 1) 先在隧道宽度范围内设置柔性被动防护网，然后搭设满堂脚手架以及贝雷架作为 工作平台对溶腔顶部进行锚网喷防护； 2) 溶腔顶部防护前，先对顶部不稳定岩块进行找顶排险，然后初喷一层丝纤维混凝土， 最后进行锚网喷防护； 3) 隧道小里程侧拼装贝雷架，拼装完成后牵引至大里程形成简支梁结构，铺设桥面系 后在桥面上搭设作业平台进行喷锚防护，贝雷架底部设置柔性被动防护网； 4) 溶腔顶部线路左侧设置主动柔性防护网。
2. 根据权利要求1所述的一种特大溶洞洞顶落石防护施工方法，其特征在于：具体步 骤为： (1) 第一次初喷砼施工：在贝雷架搭设之前进行初喷，小里程侧直接在上台阶施工，大 里程侧在搭设悬挑作业平台上采用机械手施工；贝雷架采用单层非加强型组合拼装，分组 拼装分组顶推，全部顶推到位后各组间每3m采用连板横向连接； (2) 贝雷架底部柔性防护网施工：设置柔性被动防护网，在防护网顶面铺设网格间距 为5X5cm的钢筋网片，防护网锚固基础为条形基础，分别设置在暗河小里程端D2K473+748 位置与大里程D2K473+790位置； (3) 贝雷架拼装及过孔施工：隧道内建设悬臂贝雷梁工作平台，其中小里程侧按双层三 排贝雷梁+单层三排鼻架，贝雷梁中线与隧道中线保持一致；导梁选用普通型，主桁架选用 加强型，在贝雷架下设置滑梁基础；在小里程侧进行贝雷架拼装，然后在大里程侧设置卷扬 机进行牵引过孔，每相邻3组作为一个单元进行过孔，同时贝雷梁过孔时在后侧采用5t卷 扬机进行反牵引；各组贝雷架横向连接完成后，在贝雷梁上方设置三道安全绳并进行桥面 系、作业平台及防护栏杆的安装；防护栏杆桥面设置完成后及时对洞顶危石采用圆木或钢 管柱进行支顶； (4) 喷锚防护施工：对洞壁进行喷锚防护前先进行地质素描并留取断面情况，找顶清 除危石后及时进行混凝土初喷，采用厚度为5cm的C25丝纤维混凝土；锚网喷防护参数为： ￠25中空注浆锚杆，L-4m，间距环X纵l.OmXl.Om，交错布置，￠8钢筋网片20cmX20cm， C25喷微纤维混凝土 25cm ;喷锚防护范围为线路中线左右各9m ; (5) 主动防护网施工：利用贝雷架作为施工平台，在贝雷架以上溶腔顶部左侧岩壁设置 主动防护网；主动防护网采用小18钢丝绳，间距0. 5m，钢丝绳上满铺布鲁克网与钢丝绳连 接； (6) 洞顶危石支顶作业：对溶腔洞壁易坍塌危险区域采用小10cm圆木利用贝雷架平台 进行支顶。
3. 根据权利要求2所述的一种特大溶洞洞顶落石防护施工方法，其特征在于：第一次 初喷砼施工中所述贝雷梁主梁纵向9片，长27m，横向5组，每组3排，共15排，最大悬臂距 离为12m。
4. 根据权利要求2所述的一种特大溶洞洞顶落石防护施工方法，其特征在于：贝雷架 底部柔性防护网施工中：条形基础混凝土采用C35现浇混凝土，基础浇筑完成后，两端对拉 纵向间距0. 3m的0 32钢丝绳，钢丝绳安装固定在0 32预埋件上，钢丝绳搭接长度为lm时， 钢丝绳搭接端头采用〇. 2m -个间距布置的绳扣固定，基础预埋件横向间距30cm，同时向拉 力方向倾斜65°埋入混凝土基础内，埋入深度80cm，露出长度为20cm。
5. 根据权利要求2所述的一种特大溶洞洞顶落石防护施工方法，其特征在于：步骤（3) 中，大里程侧混凝土基础内埋设摇滚作为接受装置，贝雷架搭设完成后在支点处调整标高； 小里程侧每组贝雷梁下方设置2组摇滚或平滚，每组三排贝雷架的外排及中排下安放在一 组摇滚或平滚上；内排占用里侧摇滚或平滚靠外侧一个；摇滚条形基础11 X 1 X 0. 4m，采用 C30混凝土安放在桥座之上，摇滚顶面标高595. 5,其后侧平滚顶面与摇滚顶面保持平顺； 位于上台阶的平滚采用枕木调节高度，位于弃渣上的摇滚放置10mX 1. 5m钢板之上，挖掘 机压实；摇滚与条形基础采用膨胀螺栓连接；小里程侧前支点基础上贝雷架对应纵向位置 处预埋两根限位的118型钢，埋入长度30cm，露出长度50cm ;大里程侧采用衬砌台车对锁定 定滑轮组，牵引施工时滑轮组中轴线与过孔的贝雷架中轴线对齐。
6. 根据权利要求2所述的一种特大溶洞洞顶落石防护施工方法，其特征在于：钻孔采 用无水螺旋钻，锚杆体的屈服力> 128KN，最大力> 193KN，断后伸长率> 21%;锚杆设置钢 垫板，垫板尺寸为150mmX150mmX6mm，锚杆孔灌楽密实；布孔时根据留取影像资料及现场 记录对围岩较差的部位加密，布置间距加密到〇. 8mX0. 8m ;注浆压力为1. OMpa?1. 5Mpa， 按单管达到设计图标示注浆量作为结束标准；当注浆压力达到终压不少于lOmin，进浆量 仍达不到注浆终量时，亦可结束注浆；注浆结束后，将管口封堵，锚杆垫板与孔口混凝土密 贴，并随时检查锚杆头的变形情况，紧固垫板螺帽。
【文档编号】E21D11/10GK104481552SQ201410744934
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月9日 优先权日:2014年10月29日
【发明者】马良, 张博轩, 辛振省, 王波, 宋国映 申请人:中铁三局集团有限公司, 中铁三局集团第二工程有限公司