一种陡峭褶皱岩壁路堑单边桥过路法开挖施工工法的制作方法

1.本发明属于水利水电施工技术领域，具体涉及一种陡峭褶皱岩壁路堑单边桥过路法开挖施工工法。


背景技术：

2.抽水蓄能电站大都修建在崇山峻岭中，上下库连接路是连接电站枢纽设施的主要交通道路，起点接进场公路，终点至上水库环库路。由于电站上、下水库一般直线距离较短、高差较大，其间山体地形陡峭，冲沟发育，地形条件复杂，上下库连接路一般沿山坡呈“之”字型布置，并设置多处回头弯。根据道路沿线地层的地质构造、围岩类型、冲沟分布、开口线覆盖层厚度等不同，路基开挖方式也存在差异。通常软岩及强风化岩层采用机械方式开挖，中硬岩及硬岩采用钻爆法施工。开口线高、冲沟密度大、覆盖层较厚路段采用机械+爆破法施工。
3.新疆阜康抽水蓄能电站上下库连接路全长约12.13km，高差565m，平均纵坡4.6％，采用水电三级公路设计标准，设计速度20km/h，路基宽度8.5m。道路沿线坡陡沟深，部分路段开口线较高，坡面裸露山梁与冲沟相间，呈褶皱状。采用机械+爆破法开挖会面临山体开挖量大、机械跨越冲沟困难、上部堆积体垮塌、超红线等诸多难题，也对安全施工造成较大隐患。
4.公告号为cn110306571b，公告日为2020年11月24日的中国专利文献公开了一种路堑开挖施工方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤s1：开挖截水沟和排水沟；步骤s2：清表；步骤s3：测量放样；步骤s4：路堑开挖及边坡防护施工。该文献通过从上到下的从内到外的逐级开挖，解决了现有的开挖施工方法不佳的问题；通过采用新的多级防护结构，解决了防护结构对落石的防护不佳的问题。但是该文献没有解决现有陡峭褶皱岩壁采用机械+爆破法开挖会面临山体开挖量大、机械跨越冲沟困难、上部堆积体垮塌、施工隐患大的问题。


技术实现要素：

5.本发明提供的一种陡峭褶皱岩壁路堑单边桥过路法开挖施工工法目的是克服现有技术中陡峭褶皱岩壁采用机械+爆破法开挖会面临山体开挖量大、机械跨越冲沟困难、上部堆积体垮塌、超红线的难题，也对安全施工造成较大隐患的问题。
6.为此，本发明提供了一种陡峭褶皱岩壁路堑单边桥过路法开挖施工工法，包括如下步骤：
7.1)按照设计图纸测量放线；
8.2)制作钢片梁并将钢片梁安装到沟壑的目标位置；
9.3)机械按照设计路线对边坡进行开挖通行；
10.4)开挖边坡覆盖层及上层强风化岩；
11.5)预裂边坡下层弱风化岩，按台阶分层采用梯段爆破进行石方开挖，检查验收合格后，完成陡峭褶皱岩壁路堑单边桥过路法开挖施工。
12.优选的，所述步骤4)和步骤5)开挖时均采用边坡支护。
13.优选的，所述钢片梁包括多个横梁和多个连接筋，多个横梁自前向后平行间隔分布且多个横梁均横向设置，多个横梁之间自左向右通过多个连接筋连接且多个连接筋均纵向设置。
14.优选的，所述横梁采用工字钢。
15.优选的，所述步骤2)将钢片梁安装到沟壑的目标位置的方法包括如下步骤：先将沟壑两边岩体浮渣，再在支撑钢片梁的目标位置打钻孔，在钻孔内插入钢筋并使钢筋外露，将钢片梁放置目标位置，最后将外露钢筋与钢片梁连接，完成钢片梁安装。
16.优选的，所述步骤3)开挖后将开挖的土石覆盖在钢片梁的表面，直至覆盖的厚度达到目标厚度；通行时，机械的履带一边落在钢片梁上，另一边落在边坡实体上。
17.优选的，所述步骤4)开挖边坡覆盖层及上层强风化岩包括如下步骤：
18.4.1)先按设计图纸测量放线，标出坡顶开挖边线，依据设计挖深及边坡斜率计算出每一台阶开挖边界；
19.4.2)开挖前，根据测量放线，按照设计图纸开挖截排水沟，然后由高到低、由外向里进行表土清理，清理完开挖区的覆盖土层；
20.4.3)对于边坡软石及强风化岩石，自上而下分层进行机械开挖，直至开挖完成。
21.优选的，所述边坡采取开挖一级防护一级的方式进行。
22.优选的，所述步骤5)开挖时自上而下按台阶逐级开挖，直至末级台阶挖完。
23.优选的，所述边坡支护采用锚杆+钢筋网+喷射混凝土的支护形式。
24.本发明的有益效果：
25.1、本发明提供的这种陡峭褶皱岩壁路堑单边桥过路法开挖施工工法，在分析研究开挖断面地质地形条件及褶皱沟壑两端岩性的基础上，利用工字钢加工成钢片梁，并通过承载力理论计算及反复试验，将钢片梁架设在路堑沟壑之上并靠近边坡一侧，利用钢片梁及下部岩体的承载力保证开挖机械安全通过沟壑障碍，实现按照方案设计自上而下开挖路堑边坡的目的。减少了边坡岩石超挖量，机械可快速通过冲沟地段，到达路堑开口线位置，缩短了工序时间。
26.2、本发明提供的这种陡峭褶皱岩壁路堑单边桥过路法开挖施工工法，边坡覆盖层及上层强风化岩自上而下分层进行机械开挖，实现单边桥过路机械开挖强风化岩层及冲沟堆积物，能较好的保证路堑设计断面尺寸，避免爆破开挖对边坡临空面的破坏，利于后续截、排水沟施工及边坡防护。
27.3、本发明提供的这种陡峭褶皱岩壁路堑单边桥过路法开挖施工工法，是针对陡峭褶皱岩壁路堑开挖机械难以到达作业面时采取单边桥跨越沟壑的施工方法，相较于非机械开挖时人工清理坡面深厚堆积物后再行爆破施工，在安全保证、开挖质量、施工效率等方面具有明显的优势和高效率。
28.4、本发明提供的这种陡峭褶皱岩壁路堑单边桥过路法开挖施工工法，通过机械开挖边坡覆盖层及上层强风化岩、预裂边坡下层弱风化岩，按台阶分层采用梯段爆破进行石方开挖，完成陡峭褶皱岩壁路堑单边桥过路法开挖施工，上部堆积体不易垮塌且不会超红线；大幅减少山体开挖量，最大限度地降低了对表层植被的破坏，也减少了弃渣量，利于保护自然生态环境；大幅减少超挖量，避免了同时也减少工程永久占地面积，降低了施工成
本。
附图说明
29.以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
30.图1是本发明的流程图；
31.图2是钢片梁的结构图；
32.图3是钢片梁的受力结构图。
33.附图标记说明：1、横梁；2、连接筋。
具体实施方式
34.实施例1：
35.如图1所示，一种陡峭褶皱岩壁路堑单边桥过路法开挖施工工法，包括如下步骤：
36.1)按照设计图纸测量放线；
37.实际操作时，按设计图纸测量放线，采用白灰或者其他标记物标出坡顶开挖边线，依据设计挖深及边坡斜率推算出开挖边界，并用木桩、警戒带在开挖边线5米外做好安全防护措施，且在主要通道口设置明显警示标志，确保开挖过程中的施工安全。同时对机械拟行走路线上各沟壑宽度进行测量或推算，为设计钢片梁跨度提供依据。
38.2)制作钢片梁并将钢片梁安装到沟壑的目标位置；
39.3)机械按照设计路线对边坡进行开挖通行；
40.4)开挖边坡覆盖层及上层强风化岩；
41.5)预裂边坡下层弱风化岩，按台阶分层采用梯段爆破进行石方开挖，检查验收合格后，完成陡峭褶皱岩壁路堑单边桥过路法开挖施工。
42.本发明提供的这种陡峭褶皱岩壁路堑单边桥过路法开挖施工工法，通过制作钢片梁并将钢片梁安装到沟壑的目标位置，机械按照设计路线对边坡进行开挖通行，减少了边坡岩石超挖量，机械可快速通过冲沟地段，到达路堑开口线位置，缩短了工序时间。通过机械开挖边坡覆盖层及上层强风化岩、预裂边坡下层弱风化岩，按台阶分层采用梯段爆破进行石方开挖，完成陡峭褶皱岩壁路堑单边桥过路法开挖施工，上部堆积体不易垮塌且不会超红线；大幅减少山体开挖量，最大限度地降低了对表层植被的破坏，也减少了弃渣量，利于保护自然生态环境；大幅减少超挖量，避免了同时也减少工程永久占地面积，降低了施工成本。
43.实施例2:
44.制作钢片梁并将钢片梁安装到沟壑的目标位置：
45.在实施例1的基础上，如图2所示，所述钢片梁包括多个横梁1和多个连接筋2，多个横梁1自前向后平行间隔分布且多个横梁1均横向设置，多个横梁1之间自左向右通过多个连接筋2连接且多个连接筋2均纵向设置。
46.在结构选择上，考虑所跨沟壑较窄且仅开挖机械施工通行，故采用片式结构，即所述钢片梁。
47.优选的，所述横梁1为4根，连接筋2为3-4个，横梁1和连接筋2之间采用焊接。焊接方式简单，结构稳定，承压力好。
48.优选的，所述多个横梁1之间底部连接加强梁。提高整体结构的稳定性。连接筋采用钢筋。
49.优选的，所述横梁1采用工字钢。
50.单边桥结构选型方面，在比较刚架结构、桁架结构、梁桁组合和贝雷等结构的基础上，结合施工区域沟壑宽度一般在2～5m的情况(＞5m时采用开挖边坡，缩短跨距)，在材料选择上，通过对常规的工字钢和槽钢的力学特征及制作安装的简便性比较，因工字钢具有翼缘宽、侧向刚度大、抗弯能力强，且翼缘两表面相互平行使得连接、加工、安装简便等特点，故选择工字钢作为单边桥主材。
51.在分析研究开挖断面地质地形条件及褶皱沟壑两端岩性的基础上，利用工字钢加工成钢片梁，并通过承载力理论计算(参见表1和图2和图3)及反复试验，将钢片梁架设在路堑沟壑之上并靠近边坡一侧，利用钢片梁及下部岩体的承载力保证开挖机械安全通过沟壑障碍，实现按照方案设计自上而下开挖路堑边坡的目的。减少了边坡岩石超挖量，机械可快速通过冲沟地段，到达路堑开口线位置，缩短了工序时间。
52.表1钢片梁力学性能计算公式表
53.54.[0055][0056]
荷载分析：
[0057]
因钢片梁单边桥仅为临时施工措施，且紧靠山体，故此处不考虑风荷载、地震荷载和其他荷载，仅考虑机械自重+土石垫层重量。本方法使用机械为挖掘机pc-320型挖掘机，工作重量34.916t(动荷载)，土石垫层容重1650kg/m3，层厚0.5m，垫层按均布恒载考虑。
[0058]
钢片梁制作：
[0059]
钢片梁制作分为构件加工、运输、现场焊接、焊缝检查四个步骤。
[0060]
1)在钢筋加工场按照设计尺寸对工字钢进行切割加工，完成后用运输机械将加工好的构件运至现场；
[0061]
2)将多根(4根)加工好的工字钢平行放置，用连接筋(钢筋)将工字钢横向焊接，形成钢片梁；
[0062]
3)跨度较大或钢片梁较宽时，在钢片梁下部采用工字钢横向焊接，以保证钢片梁整体稳定，受力均衡；
[0063]
4)焊接完成后，对焊接质量进行检查，确保连接安全可靠。
[0064]
优选的，所述步骤2)将钢片梁安装到沟壑的目标位置的方法包括如下步骤：先将沟壑两边岩体浮渣，再在支撑钢片梁的目标位置打钻孔，在钻孔内插入钢筋并使钢筋外露，将钢片梁放置目标位置，最后将外露钢筋与钢片梁连接，完成钢片梁安装。
[0065]
钻孔时，孔深为0.3～0.5m，钢筋外露便于连接钢片梁，其中外露钢筋与钢片梁采用焊接。
[0066]
实施例3:
[0067]
机械按照设计路线对边坡进行开挖通行：
[0068]
在实施例2的基础上，所述步骤3)开挖后将开挖的土石覆盖在钢片梁的表面，直至覆盖的厚度达到目标厚度；通行时，机械的履带一边落在钢片梁上，另一边落在边坡实体上。
[0069]
钢片梁安装完成后，机械按照设计路线对边坡进行开挖施工。土方和强风化岩层开挖应自上而下分层进行，分层厚度以3m为宜，不得乱挖超挖，严禁掏底开挖，防止上部堆积体垮塌。开挖后将部分土石覆盖在钢片梁表面，厚度控制在0.5m左右，作为机械过路钢片梁的保护层。机械在通过钢片梁结构时，履带应一边落在梁体上，一边落在边坡实体上，最大限度减少钢片梁的受力，保证施工安全。机械通道在钢片梁段应至少保证3.5m宽度(梁外侧至坡脚处)。机械开挖通过单边桥后，及时在外侧安放护栏或其他警示标识。
[0070]
实施例4:
[0071]
在实施例3的基础上，所述步骤4)开挖边坡覆盖层及上层强风化岩包括如下步骤：
[0072]
4.1)先按设计图纸测量放线，标出坡顶开挖边线，依据设计挖深及边坡斜率计算出每一台阶开挖边界；
[0073]
4.2)开挖前，根据测量放线，按照设计图纸开挖截排水沟，然后由高到低、由外向里进行表土清理，清理完开挖区的覆盖土层；覆盖土层包括地表植被、腐殖土及其它坡面堆积物；
[0074]
4.3)对于边坡软石及强风化岩石，自上而下分层进行机械开挖，直至开挖完成。
[0075]
分层厚度按照3.0m～4.0m控制；开挖时应严格按照设计形成标准断面及坡度，不得乱挖超挖，严禁掏底开挖或形成倒坡，避免出现垮塌。
[0076]
坡覆盖层及上层强风化岩开挖采用运装工具(反铲挖运装车)将废料运至指定弃料场。
[0077]
优选的，所述边坡采取开挖一级防护一级的方式进行。
[0078]
当覆盖层及上层强风化岩石坡面高度大于设计第一级台阶高度(一般8m)时，边坡采取开挖一级防护一级的方式进行，待上一级边坡防护工程(边坡支护)全部实施并能发挥防护作用后方可进行下一级边坡的开挖作业，以确保坡体稳定和结构安全。当覆盖层及上层强风化岩石坡面高度小于设计第一级台阶高度时，开挖完成后及时实施边坡防护工程(边坡支护)并能发挥作用后进行下部硬岩的爆破施工，防止爆破作业对上面已形成边坡的震动破坏。
[0079]
优选的，所述开挖过程中采取临时排水措施，确保施工作业面不积水。
[0080]
实施例5:
[0081]
预裂边坡下层弱风化岩，按台阶分层采用梯段爆破进行石方开挖，检查验收合格后，完成陡峭褶皱岩壁路堑单边桥过路法开挖施工。
[0082]
边坡下层弱风化岩开挖不能采用机械直接挖除，故采用爆破法开挖。为减小爆破震动对边坡围岩的扰动及破坏，边坡围岩采用预裂爆破；对局部小范围(不宜采用预裂爆破的部位)，则采用光面爆破。
[0083]
石方开挖按台阶分层采用梯段爆破进行，分层高度按3～6m设置，每一级边坡开挖完成后，及时跟进进行边坡支护；边坡开挖超前边坡支护不得大于二级。
[0084]
开挖边坡底部临近路堑的2～3m为石方开挖保护层，采用yt-28气腿钻水平造孔，路床开挖面处采用光面爆破。造孔主要采用液压钻造孔为主，对边角部位及边坡薄层等不
能使用液压钻造孔的部位，则采用yt-28气腿钻钻孔；预裂孔视坡度情况，采用液压钻或qzj－100b潜孔钻造孔；光面爆破采用yt-28气腿钻钻孔。
[0085]
根据施工前爆破试验结果，预裂及梯段爆破参数如下：
[0086]
预裂爆破孔及梯段爆破孔孔径90mm，孔向向爆破临空面倾斜75
°
～80
°
或与设计边坡坡率一致。爆破孔间距1.5～2.0m，深度较爆破高度超深50cm，采用膨化硝胺炸药耦合装药，堵孔深度0.5～1.0m，单位耗药量初定420～500g/m3；靠近基岩面缓冲孔的装药量控制为爆破孔装药量的2/3，以防止爆破对基岩面产生坡坏。预裂孔间距75～90cm，孔深较边坡设计坡长超深50cm，采用φ70乳化炸药不耦合间隔装药，线装药密度初定350～450g/m。所有爆破均使用非电毫秒导爆管雷管。
[0087]
开挖边坡应跟进爆破料的挖除，从上而下分段修整，同时清理边坡危石及松动石块。开挖料及时就近转运至填方路段，多余的再用20t自卸卡车运至指定弃土场。
[0088]
在实施例4的基础上，所述步骤5)开挖时自上而下按台阶逐级开挖，直至末级台阶挖完。对路床的欠挖部分必须凿除，边沟应与路床同步施工。
[0089]
实施例6:
[0090]
优选的，所述步骤4)和步骤5)开挖时均采用边坡支护。
[0091]
优选的，所述边坡支护采用锚杆+钢筋网+喷射混凝土的支护形式。
[0092]
所述边坡支护包括如下施工步骤：钻孔
→
在所钻的孔内插入锚杆并灌浆
→
挂钢筋网
→
设置排水孔
→
喷射混凝土
→
整理坡面及补喷。
[0093]
1)钻孔并在所钻的孔内插入锚杆并灌浆：
[0094]
对于钻孔深度在5m以下的锚杆，采用先注浆后插杆工艺；对于入岩深度在5m及以上的锚杆，采用先插杆后注浆工艺。
[0095]
所述先注浆后插杆工艺的施工步骤为：孔位放样
→
钻机就位
→
钻锚杆孔
→
清理锚杆孔
→
向锚杆孔内注浆
→
在注浆后的锚杆孔中放置锚杆
→
对放置锚杆的锚杆孔进行封孔。
[0096]
所述先插杆后注浆工艺的施工步骤为：孔位放样
→
钻机就位
→
钻锚杆孔
→
清理锚杆孔
→
锚杆杆体绑扎注浆管、排气管等
→
将绑扎后的锚杆插入锚杆孔
→
固定锚杆孔口
→
向锚杆孔内注浆
→
注浆管和排气管进行扎口。
[0097]
①
钻孔
[0098]
所述先注浆后插杆工艺中钻锚杆孔及自钻锚杆钻进采用yt-28气腿钻施工，锚杆孔径48mm；
[0099]
所述先插杆后注浆工艺中钻锚杆孔采用qzj－100b潜孔钻造孔，孔径75mm。造孔前按照图纸设计要求测放孔位。
[0100]
造孔过程中注意控制造孔角度和方向，砂浆锚杆应使锚杆孔垂直开挖坡面；自钻锚杆则按设计要求向下倾斜15
°
。边坡锚杆造孔搭设施工平台进行作业。砂浆锚杆孔施工完毕后及时用高压风水进行联合清洗，清洗完毕后孔口进行防护，防止掉石落渣。
[0101]
②
在所钻的孔内插入锚杆并灌浆
[0102]
所述先注浆后插杆工艺中向锚杆孔内注浆时，采用纯水泥浆灌注，水灰比为1：0.5，注浆压力在0.4～1.0mpa之间，根据边坡地质条件进行调整。灌注m7.5水泥砂浆(具体按设计要求实施)，注浆时均匀的向孔内注浆。锚杆在插杆时缓缓的拉拔钢筋，以确保锚杆孔畅通、水泥砂浆填注饱满；
[0103]
所述先插杆后注浆工艺中向锚杆孔内注浆时，采用hjb-25型注浆机注浆，在边坡马道(或路基)上制浆。在插杆前应将注浆管、排气管固定在锚杆杆体上，注浆管端头与杆体端头相距约5cm。插杆完成后对孔口进行加楔固定，以免人为的破坏。
[0104]
2)挂钢筋网：
[0105]
挂钢筋网采用φ6.5@200
×
200mm，利用人工进行。钢筋网应距坡面3～5cm，与锚杆或其它锚点绑扎牢靠；钢筋的搭接应满足有关规范要求，搭接长度不少于30d并保证相邻接头错开50cm以上，搭接段应绑扎牢固，绑扎不少于两道。纵横钢筋的绑扎可用梅花形连接，但连接点不少于钢筋网节点的50％。
[0106]
3)设置排水孔：
[0107]
排水孔设置于所挂钢筋网的锚喷处，孔深3m，直径42mm，间排距3m。排水孔施工在喷射混凝土复喷完成后施工，钻孔采用yt-28气腿钻造孔，施工时按设计要求向上倾斜，以利成孔后的排水，并应与锚杆错开呈梅花型布置。
[0108]
4)喷射混凝土及整理坡面及补喷：
[0109]
喷混凝土作业根据区段划分及总体施工顺序，边坡分别跟随排架搭设及钢筋网挂设施工，总体遵循从下到上，从右到左的施工程序。混凝土喷射用hpz-9型喷射机作业，素喷混凝土一次喷射到设计厚度。挂网喷射混凝土每区分两次施喷至设计厚度，第一次为初喷封闭围岩，喷射厚度为3cm，在坡面清理、排架搭设后及时进行；第二次为补喷至设计厚度，在钢筋网挂设后补喷至设计厚度。
[0110]
混凝土除喷前先由人工用高压风对坡面进行清理，在作业面设置喷厚标志，然后进行混凝土喷射。喷射时自下而上进行，初喷时先喷凹洼后补平，喷头与受喷面尽量垂直，一般保持0.6～1.0m的距离。在第二次补喷作业前，先用水湿润第一次的喷射混凝土表面，并将表面的乳膜、浮尘冲洗干净；分层喷射时，各喷层之间的间歇时间应符合有关规定，若间歇时间超过2h，在复喷前应先喷水湿润混凝土表面、再行喷射，以保证混凝土层间的良好粘结。
[0111]
本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。
[0112]
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。