一种偏压隧道洞口开挖防护结构及其施工方法与流程

本发明涉及隧道工程技术领域，特别涉及一种偏压隧道洞口开挖防护结构及其施工方法。

背景技术：

随着我国基础设施建设的高速发展，尤其是交通基础设施投入不断加大，产生了大量的公路和铁路隧道。由于地形和地质环境的限制，这些隧道常常会遇到下穿滑坡地段、地形偏压等不利工况。偏压会造成隧道的不平衡受力，轻则致使隧道拱圈变形，重则破坏隧道支护结构；尤其是隧道入口，围岩体风化严重，成拱能力差，上覆围岩受开挖扰动后极易造成滑坡、坍塌等地质灾害的发生，从而导致隧道开挖掘进困难，影响隧道正常施工和运营，威胁人民生命财产安全。为了防止偏压隧道洞口段围岩在施工过程中出现坍塌及变形破坏，最理想的状态就是在隧道开挖前，彻底的消除造成偏压的因素，从而确保隧道施工运营安全。

目前常用的偏压隧道洞口段防护措施主要分为两类：一是提高支护刚度或强度，例如：增加衬砌厚度、增设锚杆与管棚、加大钢拱架刚度来减小开挖过程中衬砌的变形和洞体的滑移；二是在浅埋侧增设重力式挡墙或者在浅埋侧回填反压土，通过重力式挡墙或反压土体平衡部分偏压力。这些方法施工工艺简单，偏压隧道洞口段围岩的稳定起到了一定的作用，但是这两类措施只是通过提高支护结构的刚度或设置反压体来抵抗山体的偏压力，没有从根本上消除形成片压力的因素。因此，如何设计一种能从根本上消除隧道偏压力，并且受力合理的偏压隧道洞口段防护结构极为重要。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

鉴于上述，本申请要解决的技术问题应当是：提供一种偏压隧道洞口开挖防护结构及其施工方法，以保证偏压隧道施工运营过程中的安全。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明提供一种偏压隧道洞口开挖防护结构，包括：侧墙、挡墙、墙踵面板、抗滑桩和至少一个第一扶壁；所述隧道的深埋侧设置有所述侧墙，所述隧道的浅埋侧设置有所述挡墙；所述侧墙和所述挡墙相对设置，由至少一个所述第一扶壁相互连接并固定；所述墙踵面板设置在所述挡墙远离所述隧道的一侧，且所述墙踵面板与地面交汇处水平设置；所述抗滑桩设置在所述墙踵面板的底面，沿所述墙踵面板的底面垂直设置。

进一步地，还包括：至少一个第二扶壁；所述第二扶壁将所述挡墙和所述墙踵面板连接并固定；所述第二扶壁为直角三角形的混凝土板，所述第二扶壁的竖直边与所述挡墙连接，所述第二扶壁的水平边与所述墙踵面板连接；所述第二扶壁的数量与所述第一扶壁的数量相同，且每个所述第二扶壁均与其对应所述第一扶壁处于同一断面。

进一步地，还包括：排水沟；所述排水沟沿所述侧墙远离所述隧道的一侧设置。

进一步地，所述第一扶壁为梯形扶壁，所述梯形扶壁的长端面竖直设置在所述侧墙靠近所述隧道的一侧，所述梯形扶壁的短端下侧面搭接在所述挡墙的墙顶。

进一步地，所述梯形扶壁的横断面形状为直角梯形，所述梯形扶壁的数量为多个，相邻所述梯形扶壁之间的距离为1～2m。

进一步地，所述侧墙距离所述隧道的深埋侧开挖轮廓为3～5m，所述侧墙的墙顶高于山体坡面0.5～1m，所述侧墙的墙底嵌固在滑移面以下3～5m处。

进一步地，所述挡墙距离所述隧道的浅埋侧开挖轮廓为3～5m，所述挡墙的墙顶与山体坡面齐平，所述挡墙的墙底低于所述隧道的仰拱3～5m。

为解决上述问题本发明还提供一种偏压隧道洞口开挖防护结构的施工方法，包括如下步骤：

步骤s1：确定抗滑桩的位置后，挖所述抗滑桩的桩孔，浇筑混凝土形成所述抗滑桩；

步骤s2：待所述抗滑桩混凝土达到设计强度后，开挖侧墙的沟槽，绑扎钢筋并浇筑混凝土形成所述侧墙；

步骤s3：待所述侧墙的混凝土达到设计强度后，开挖挡墙的沟槽，支模、绑扎钢筋并浇筑混凝土形成所述挡墙；

步骤s4：整平墙踵面板布置范围内的地面，支模、绑扎钢筋，浇筑混凝土形成所述墙踵面板；

步骤s5：垂直于所述侧墙开挖第一扶壁的沟槽，支模、绑扎钢筋浇筑混凝土形成所述第一扶壁，连接所述侧墙和所述挡墙；

步骤s6：沿隧道走向逐段重复实施所述步骤s1至所述步骤s5后，开挖所述隧道。

进一步地，所述步骤s5和所述步骤s6之间还包括子步骤：垂直于所述挡墙开挖第二扶壁的沟槽，支模、绑扎钢筋浇筑混凝土形成所述第二扶壁，连接所述挡墙面板和所述墙踵面板。

进一步地，所述步骤s5和所述步骤s6之间还包括子步骤：在所述侧墙远离所述隧道的一侧开挖勾道，形成排水沟。

(三)有益效果

本发明提供一种偏压隧道洞口开挖防护结构及其施工方法，该偏压隧道洞口开挖防护结构通过对偏压隧道洞口进行加固处理，提高了山体侧面边坡的稳定性，防止隧道在开挖或运营过程中出现塌方、滑移或开裂等破坏，整个防护结构工作时，侧墙和抗滑桩嵌固在滑移面以下的稳定地层中，通过抵抗侧面山体的偏压力，充分发挥其抗滑功能，有效地减小了侧面边坡作用于隧道下滑推力。同时通过减小或消除偏压力，防止隧道滑移或变形破坏，保证了偏压隧道施工运营过程中的安全。

附图说明

图1是本发明优选实施例中提供的偏压隧道洞口开挖防护结构的平面结构示意图；

图2是本发明优选实施例中提供的偏压隧道洞口开挖防护结构的立体结构示意图；

图3是本发明优选实施例中提供的偏压隧道洞口开挖防护结构的施工方法示意图；

其中，1：侧墙；2：第一扶壁；3：挡墙；4：第二扶壁；5：墙踵面板；6：隧道；7：排水沟；8：抗滑桩。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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的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。

本发明实施例提供一种偏压隧道洞口开挖防护结构，如图1和图2所示，该偏压隧道洞口开挖防护结构包括：侧墙1、挡墙3、墙踵面板5、抗滑桩8和至少一个第一扶壁2。

其中，侧墙1、挡墙3、墙踵面板5、抗滑桩8和第一扶壁2均可选用浇筑混凝土构成。隧道6的深埋侧设置有侧墙1，隧道6的浅埋侧设置有挡墙3。侧墙1和挡墙3相对设置由至少一个第一扶壁2相互连接并固定。墙踵面板5设置在挡墙3远离隧道6的一侧，且墙踵面板5与地面交汇处水平设置。抗滑桩8设置在墙踵面板5的底面，沿墙踵面板5的底面垂直设置。

本实施例中，墙踵面板5紧贴地面沿挡墙3水平设置，其厚度为0.5～0.8m，宽度为2～3m。

本实施例中，第一扶壁2的数量可根据隧道6的情况和偏压力的大小调整。一般情况下，侧墙1和挡墙3需通过两个第一扶壁2相互连接并固定。

其中，第一扶壁2为梯形扶壁，梯形扶壁的长端面竖直设置在侧墙1靠近隧道6的一侧，梯形扶壁的短端下侧面搭接在挡墙3的墙顶。梯形扶壁的横断面形状为直角梯形，梯形扶壁的数量为多个，相邻梯形扶壁之间的距离为1～2m。

本发明实施例提供一种偏压隧道洞口开挖防护结构，该偏压隧道洞口开挖防护结构通过对偏压隧道6洞口进行加固处理，提高了山体侧面边坡的稳定性，防止隧道6在开挖或运营过程中出现塌方、滑移或开裂等破坏，整个防护结构工作时，侧墙1和抗滑桩8嵌固在滑移面以下的稳定地层中，通过抵抗侧面山体的偏压力，充分发挥其抗滑功能，有效地减小了侧面边坡作用于隧道6下滑推力。同时通过减小或消除偏压力，防止隧道6滑移或变形破坏，保证了偏压隧道6施工运营过程中的安全。

基于上述实施例，在一个优选的实施例中，如图1和图2所示，该偏压隧道洞口开挖防护结构还包括：至少一个第二扶壁4。第二扶壁4将挡墙3和墙踵面板5连接并固定。

其中，第二扶壁4可选用直角三角形的混凝土板，第二扶壁4的竖直边与挡墙3连接，第二扶壁4的水平边与墙踵面板5连接。第二扶壁4厚度为0.5～1m，第二扶壁4的数量与第一扶壁2的数量相同，且每个第二扶壁4均与其对应第一扶壁2处于同一断面。

该偏压隧道洞口开挖防护结构工作过程中，侧墙1、挡墙3、第一扶壁2和第二扶壁4协同受力时，第一扶壁2和第二扶壁4自身承担了一部分侧墙1及挡墙3传递的弯矩和剪力，从而提高了侧墙1与挡墙3的抗弯和抗剪能力，减小了其的截面尺寸及配筋量，节约工程造价。

为避免山体侧面边坡与侧墙1积水，该偏压隧道洞口开挖防护结构还包括：排水沟7。排水沟7沿侧墙1远离隧道6的一侧设置，以通过排水沟7排出侧墙1处的积水。排水沟7断面为梯形，深度为0.3～0.5m，沟底宽为0.2～0.3m，上口宽为0.3～0.5m，设置在山体与侧墙1交汇处。

本实施例中，侧墙1距离隧道6的深埋侧开挖轮廓为3～5m，侧墙1的墙顶高于山体坡面0.5～1m，侧墙1的墙底嵌固在滑移面以下3～5m处。

本实施例中，挡墙3距离隧道6的浅埋侧开挖轮廓为3～5m，挡墙3的墙顶与山体坡面齐平，挡墙3的墙底低于隧道6的仰拱3～5m。

此外，可根据情况增设抗滑桩8的数量。抗滑桩8桩径为1～2m，抗滑桩8与第二扶壁4位于同一断面内，使其下端嵌固在滑移面以下3～5m处。

本发明实施例提供一种偏压隧道洞口开挖防护结构，该偏压隧道洞口开挖防护结构通过侧墙1、挡墙3、第一扶壁2和第二扶壁4协同受力时，第一扶壁2和第二扶壁4自身承担了一部分侧墙1及挡墙3传递的弯矩和剪力，从而提高了侧墙1与挡墙3的抗弯和抗剪能力，减小了其的截面尺寸及配筋量，节约工程造价。

本发明实施例提供一种偏压隧道洞口开挖防护结构的施工方法，如图3所示，该施工方法包括如下步骤：

步骤s1：确定抗滑桩的位置后，挖抗滑桩的桩孔，浇筑混凝土形成抗滑桩。

步骤s2：待抗滑桩混凝土达到设计强度后，开挖侧墙的沟槽，绑扎钢筋并浇筑混凝土形成侧墙。

步骤s3：待侧墙的混凝土达到设计强度后，开挖挡墙的沟槽，支模、绑扎钢筋并浇筑混凝土形成挡墙。

步骤s4：整平墙踵面板布置范围内的地面，支模、绑扎钢筋，浇筑混凝土形成墙踵面板。

步骤s5：垂直于侧墙开挖第一扶壁的沟槽，支模、绑扎钢筋浇筑混凝土形成第一扶壁，连接侧墙和挡墙。

步骤s6：沿隧道走向逐段重复实施步骤s1至s5后，开挖隧道。

参照图1至图2，步骤s1为抗滑桩8施工，具体步骤如下：按照设计图纸进行放线定位，确定抗滑桩8的位置后，利用旋挖钻或冲击钻开挖抗滑桩8的桩孔，孔径为1～2m，绑扎并吊装钢筋笼，浇筑混凝土形成抗滑桩8。

步骤s2为侧墙1分幅施工，具体步骤如下：待抗滑桩8混凝土达到设计强度后，开挖侧墙1，绑扎钢筋并浇筑混凝土形成侧墙1，侧墙1采用间隔跳挖法分幅施工，每一幅长度为2～3m。

步骤s3为挡墙3施工，具体步骤如下：待侧墙1混凝土达到设计强度后，开挖挡墙3，支模、绑扎钢筋并浇筑混凝土形成挡墙3，挡墙3可采用间隔跳挖法分幅施工，每一幅长度为2～3m。

步骤s4为墙踵面板5施工，具体步骤如下：整平墙踵面板5布置范围内的地面，支模、绑扎钢筋，浇筑混凝土形成墙踵面板5。

步骤s5为梯形扶壁4施工，具体步骤如下：垂直于挡墙3开挖第一扶壁2的沟槽，沟槽宽度为0.5～1m，支模、绑扎钢筋浇筑混凝土，通过第一扶壁2连接挡墙3和墙踵面板5。

步骤s6为隧道6施工，具体步骤如下：沿隧道6走向逐段重复实施步骤s1至s5，保证当前段的隧道6周围形成防护结构后，在当前段开挖隧道6。完成后，再在后续段的隧道6周围形成防护结构，进而开挖完整的隧道6。

本实施例中，步骤s5和步骤s6之间还包括子步骤：垂直于挡墙3开挖第二扶壁4的沟槽，沟槽宽度为0.5～1m，支模、绑扎钢筋浇筑混凝土形成第二扶壁4，连接挡墙3和墙踵面板5。

为避免山体侧面边坡与侧墙1积水，步骤s5和步骤s6之间还包括子步骤：在侧墙1远离隧道6的一侧开挖勾道，形成排水沟7。排水沟7施工过程中：在侧墙1靠山体一侧，按照设计，开挖排水沟7，支模，浇筑15～30cm厚的混凝土，并保证排水沟7沿山体坡面顺坡排水，且坡度大于4％。

其中，关于偏压隧道洞口开挖防护结构更加具体的结构请参阅上述图1至图2相关的文字描述，在此不再赘述。

本发明实施例提供一种偏压隧道洞口开挖防护结构的施工方法，该施工方法通过对偏压隧道6洞口进行加固处理，提高了山体侧面边坡的稳定性，防止隧道6在开挖或运营过程中出现塌方、滑移或开裂等破坏，整个防护结构工作时，侧墙1和抗滑桩8嵌固在滑移面以下的稳定地层中，通过抵抗侧面山体的偏压力，充分发挥其抗滑功能，有效地减小了侧面边坡作用于隧道6下滑推力。同时通过减小或消除偏压力，防止隧道6滑移或变形破坏，保证了偏压隧道6施工运营过程中的安全。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。