大跨隧道正穿既有挡墙的支挡结构及其施工方法

摘要

本发明属于隧道工程技术领域，特别涉及一种大跨隧道正穿既有挡墙的支挡结构及其施工方法，支挡结构包括两排抗滑桩、地连梁、连梁、冠梁、斜撑、锚拉索结构和注浆加固体，两排抗滑桩安装在支挡结构外侧，前排抗滑桩距离支挡结构一定距离且彼此以地连梁连接，后排抗滑桩紧贴支挡结构且彼此以冠梁、连梁、地连梁连接，两排抗滑桩之间以地连梁和斜撑连接，构成整体框架结构，后排抗滑桩上设置对拉式锚拉索，通过注浆加固体对抗滑桩周围受力侧的岩土体进行注浆加固，提高岩土体和支挡结构的承载能力，该支挡结构适用于大跨隧道进出口和要求小变形的洞口仰坡，既能保证加固效果又不阻碍交通运营。

说明书

技术领域

本发明属于隧道工程技术领域，特别涉及一种大跨隧道正穿既有挡墙的支挡结构及施工方法。

背景技术

二十一世纪以来，随着我国高速铁路网、高速公路网、高等级公路网以及城市市政路网的建设，我国的交通工程基础设施建设得到蓬勃发展。而我国内陆多山地，房屋、道路等多因地制宜采用挡墙加固边坡后依山而建，高等路网建设则常采用隧道结构穿越山体和边坡斜体的形式，这就涉及到隧道进出口段下穿房屋、道路且正穿边坡既有挡墙结构的问题。洞口段一般埋深较浅，且边坡岩体在地壳运动、风化侵蚀、雨水冲刷和人类活动等综合作用下裂隙纵横，隧道施工不可避免的会扰动边坡岩土体，从而影响上方房屋、交通道路的稳定性，同时，岩土体的变形与滑移又会加大边坡防护结构和隧道衬砌结构的受力，甚至洞门破除后可能造成既有挡墙结构的失效，进而引起洞口仰坡失稳，发生大型滑坡，不仅会影响临近建筑和交通运营的安全，造成巨大的经济损失，更严重威胁工作人员、临近居民和行人的生命财产安全。由此可见，在此种工况下，对仰坡既有挡墙结构采取拆除重建的方案不仅限制大、耗资多、工期长，而且无法保证临近建筑的安全和上方交通道路的正常运营，更无法保证裂隙发育的边坡岩土体不发生大滑坡灾害。因此，需采用合理的方案对洞口仰坡既有挡墙结构进行加固，以控制边坡岩土体的变形和滑移，防止既有结构失效，避免洞口滑坡灾害的发生。

目前，现有的隧道规范和边坡规范中并没有说明针对这种工况的处理措施，而实际工程中常常采用边坡处理中的注浆、锚拉和既有结构外新建支挡结构物等加固措施进行病害处理。注浆主要是通过提高岩土体的强度特性以减小变形，适用于裂隙发育、岩土体松散、填料压实不足、结构基底抗力不足等条件下，对于结构已发生鼓胀变形、开裂以及注浆不能提高滑体的稳定性反而加大了下滑力等病害不仅没有效果反而加重病害，市政路段路面注浆施工既干扰交通运营又影响周围环境。锚拉索(杆)的拉力有限，对于受力较大且要求变形小的结构并不适用，尤其是隧道出口和繁忙道路边坡支挡结构发生大变形意味着结构的破坏，严重威胁安全。既有结构外常见的新建支挡结构物有牛腿和抗滑桩，一般施工方便，工期短，不会干扰上方道路的运营，但影响外观，又有占地要求，为保证效果一般彼此间距较小，不适用于大跨隧道洞口仰坡既有结构的支挡加固。

有鉴于此，有必要发明一种既有挡墙的支挡结构及其施工方法，既能适应国内的地形地质条件对既有支护结构进行加固，保障结构的支护效用和临近交通的正常运营，又能克服现有加固结构的小间距缺陷，适用于大跨隧道进出口和要求小变形的边坡支挡结构的加固。同时，为实现这种支挡结构的支撑提供一种施工方法，以便实现大跨隧道洞口既有支护结构的加固处理。

发明内容

有鉴于此，本发明为了解决上述问题，提供一种能够适应国内地形地质条件、克服小间距缺陷、适用于大跨隧道进出口的既有挡墙加固的支挡结构及施工方法，既能保证加固效果又不阻碍交通运营。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

包括支挡结构、抗滑桩和注浆加固体，抗滑桩包括前排抗滑桩和与后排抗滑桩，后排抗滑桩中间部位的抗滑桩与前排抗滑桩相对应，后排抗滑桩紧贴在支挡结构上，后排抗滑桩高于前排抗滑桩，前排抗滑桩相邻抗滑桩的桩顶之间、与前排抗滑桩的桩顶在同一高程的后排抗滑桩的相邻抗滑桩之间固定安装有地连梁，与前排抗滑桩的桩顶在同一高程上的后排抗滑桩与前排抗滑桩之间通过地连梁固定连接，后排抗滑桩顶端固定安装有冠梁，冠梁和后排抗滑桩上的地连梁之间固定安装有连梁，连梁和冠梁之间固定安装若干用来加强支挡结构的肋柱，支挡结构上设有穿透支挡结构和后排抗滑桩的拉式锚拉索，前排抗滑桩的桩顶与对应的后排抗滑桩上部固定安装斜撑。

有益效果：本发明在既有挡墙的外侧修建双排抗滑桩，后排抗滑桩紧贴既有挡墙修建，分为嵌岩段和地上段，前排抗滑桩在既有挡墙前一定距离处修建，主要为嵌岩桩；前排抗滑桩在其桩顶通过地连梁连接在一起，并利用斜撑和地连梁与后排抗滑桩连接；后排抗滑桩的地上段通过冠梁、连梁和地连梁连接形成一个整体，将支挡结构传来的推力分担到各个抗滑桩上，实现了桩间大间距；后排抗滑桩通过斜撑和地连梁将推力传递到前排抗滑桩上，以减小后排抗滑桩的变形，增强结构的加固效果和承载能力；后排抗滑桩上的冠梁与其下方的连梁之间设置竖直肋柱，加强抗滑桩悬臂段和冠梁抵抗变形的能力；后排抗滑桩两侧还可以多加抗滑桩，用来分担中间结构上的力，以加大结构的承载能力。

本发明的前排抗滑桩前还可以设置若干排抗滑桩，相邻各排抗滑桩之间通过地连梁固定连接，前排抗滑桩前的抗滑桩与对应后排抗滑桩之间通过斜撑固定连接，多排抗滑桩与斜撑的配合能够对支挡结构起到进一步加固的作用。

进一步，斜撑远离前排抗滑桩桩顶的一端连接在后排抗滑桩与连梁或者冠梁相交的位置，斜撑、前排抗滑桩和后排抗滑桩之间地连梁以及对应的后排抗滑桩之间形成楔形框架结构。有益效果：斜撑远离前排抗滑桩桩顶的一端连接在后排抗滑桩与连梁或者冠梁相交的位置，能够使得斜撑对支挡结构的加固效果更佳。

进一步，拉式锚拉索穿透既有挡墙和支挡结构，锚拉索一端通过锚拉头固定安装在后排抗滑桩中，另一端通过注浆固定在基岩承载体中。

进一步，注浆加固体安装在抗滑桩周围，对抗滑桩周围受力侧的岩土体进行注浆加固。有益效果：本发明可采用必要的注浆措施对抗滑桩前松散的、裂隙发育的岩土体进行加固，以提高岩土体和抗滑桩的承载能力。本发明在隧道开挖之前采用超前支护或管棚对拱部岩土体进行加固，以减小隧道拱顶的沉降和地面沉降，保证既有建筑的稳定和交通的正常运营。

本发明中大跨隧道正穿既有挡墙的支挡结构的施工方法是通过以下技术方案实现的：

该大跨隧道正穿既有挡墙的支挡结构的施工方法，包括以下步骤：

步骤一：施工准备，包括以下步骤：

1、按施工设计图纸在隧址区进行施工测量，测设出隧道洞口及其在边坡既有挡墙上的开挖轮廓线，包括洞口处隧道主洞的中心线和外围边线；

2、按照施工设计图纸和测设出的隧道洞口轮廓线，测出附近要修建的抗滑桩位置轮廓，并标注抗滑桩的施工顺序；

3、根据施工设计图纸、测设出的隧道洞口和抗滑桩位置轮廓，测设出要施作的锚拉索位置。

步骤二：大跨隧道洞口既有挡墙的加固支挡结构施工，包括以下步骤：

1、为减小抗滑桩施工对隧道洞口既有挡墙的影响并缩短施工工期，抗滑桩的地下嵌岩段采用梅花形施工顺序，间隔施工；

2、根据测设的抗滑桩的位置轮廓线，同时施工后排中心位置处的抗滑桩和两侧间隔的抗滑桩以及前排中心桩两侧的抗滑桩，都浇筑到地连梁的底面高程处；

3、根据测设的剩余桩的位置轮廓线，紧接着施工余下的抗滑桩到地连梁的底面高程处；

4、施工完抗滑桩的嵌岩段后，整体浇筑地连梁结构，并在前排抗滑桩顶端的承台处预设斜撑的钢筋；

5、根据测设出的后排抗滑桩连梁与地连梁之间的锚拉索位置和锚拉索与水平面的设计夹角，施工拉式锚拉索，锚拉索的一端利用注浆固定在基岩承载体中，另一端通过锚拉头固定在后排抗滑桩中；

6、施工完此段抗滑桩上的锚拉索后，整体浇筑连梁和连梁下方的抗滑桩，并在连梁和抗滑桩的连接处预设斜撑的钢筋，连梁上预设肋柱钢筋；

7、按照上述施工步骤5的方法施工冠梁和连梁之间的锚拉索；

8、完成锚拉索施工后，架设钢筋和模板，整体浇筑连梁上部的抗滑桩、肋柱和冠梁；

9、根据施工设计图和斜撑的预设钢筋，架设斜撑的钢筋和模板，浇筑斜撑，完成整个支挡结构的施工；

10、可注浆加固抗滑桩周围传力的承载岩土体，以增强结构的承载能力。

步骤三：大跨隧道施工，包括以下步骤：

1、在洞口既有挡墙的支挡结构施工完成，进入养护阶段后，即可进行隧道开挖和衬砌结构施作；

2、根据测设的洞门轮廓，使用钻机在拱部上方的既有挡墙上打孔，利用超前小导管或管棚结构加固墙后岩土体，以减小拱顶沉降，避免引起地面不均匀沉降，影响上方建筑安全和交通运营，再进行洞门破除、隧道开挖和衬砌施作；

3、既有挡墙后的隧道施工依旧先利用管棚或超前小导管进行超前支护，而后开挖隧道，及时施作衬砌结构；

4、隧道施工采用小进尺、勤量测、快支护的方法，以保证施工安全。

本发明所具有的优点：

1、既有挡墙外侧加固，刚性结构，满足变形要求

本发明提出的技术方案由支挡结构、抗滑桩、冠梁、连梁、地连梁、斜撑、拉式锚拉索和基岩承载体组成，施作在既有挡墙结构外侧。在既有结构发挥作用的基础上，利用抗滑桩、斜撑、锚拉索形成的刚性结构和冠梁、连梁、地连梁形成的传力体系共同作用，将推力传递到下方基岩承载体上，极大的减小了结构的变形和滑体的移动，可满足工程中的小变形要求。

2、实现了抗滑桩间大间距的工程要求

本发明中的抗滑桩通过梁结构连接，实现了力的分担，减小了单根桩上的受力，一定范围内加大抗滑桩间距亦可满足工程需求，对于在抗滑桩间开挖大跨隧道洞口的工况尤为适用。

3、结构对称，外观漂亮

本发明中的支挡方案是在既有挡墙结构外侧利用抗滑桩、梁构件和斜撑形成类似框架结构，关于中性面对称，外观和谐漂亮。

4、相比牛腿结构节省材料，实用性更强

本发明采用地连梁和斜撑结构代替了牛腿，构造简单，节省材料。同时，利用前排抗滑桩将结构推力传递到较好的基岩承载体上，即便表层岩土体较破碎，也能采用本发明进行支挡加固，极大的增强了本发明的适用性。

5、施作安排紧凑，可最大限度缩短工期，减小交通干扰

本发明提出的支挡方案是在既有挡墙结构外侧施作，施工方便，可多根抗滑桩同时施工，而提出的与其相适应的施工方法安排紧凑，最大限度的缩短了施工工期，既能减小施工影响，又能最快的达到加固效果，同时，不会阻碍既有挡墙上方的交通运营。

本发明的其他优点和特征在某种程度上根据实际应用工程而决定，可从下文的实施例中进行一定的阐述，对相关领域技术人员有些教导。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明大跨隧道正穿既有挡墙的支挡结构的立体图；

图2为本发明大跨隧道正穿既有挡墙的支挡结构的主视图；

图3为本发明大跨隧道正穿既有挡墙的支挡结构B-B剖面的结构示意图；

图4为本发明大跨隧道正穿既有挡墙的支挡结构C-C剖面的结构示意图；

图5为本发明大跨隧道正穿既有挡墙的支挡结构D-D剖面的结构示意图；

图6为本发明大跨隧道正穿既有挡墙的支挡结构施工方法的施工流程图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

说明书附图中的附图标记包括：

基岩承载体1、潜在滑移面2、滑体3、坡顶路面4、地面线5、支挡结构6、抗滑桩7、注浆加固体8、地连梁9、桩端承台10、连梁11、肋柱12、锚拉索13、锚拉头14、冠梁15、斜撑16、连拱隧道中隔墙17、超前小导管18、隧道衬砌结构19、隧道洞口20。

如图1、图2、图3、图4和图5所示的大跨隧道正穿既有挡墙的支挡结构，本实施例为某连拱隧道出口段，隧道下穿交通繁忙的市政道路，洞口里程ZK5+494.461和YK5+495，均穿越道路边坡既有挡墙。洞口段上覆人工素填土和粉质粘土，厚3.90～15.20m，下伏侏罗系中统沙溪庙组泥岩、砂岩，岩土交界面较陡。岩层表面有0.9～2.7m厚的强风化岩体，较破碎，隧道开挖后可能导致掉块、垮塌等危害。洞口仰坡高约18.8m，主要由素填土和强风化岩体组成。隧道单洞为三车道大跨结构，开挖并破除洞门挡墙后，既有挡墙结构可能失去作用，导致仰坡土体可能沿着岩土界面或填土内部滑移破坏，威胁施工人员、设备及边坡上方道路、构筑物的安全。在工程需求的基础上，经验算，证明可采用本发明所提供的支挡方案及施工方法在此大跨隧道洞口20仰坡既有挡墙外进行方案施作。

对该大跨隧道正穿仰坡既有挡墙的工况采用本发明的支挡方案，具体的技术方案如下：

实施例按照本发明的支挡方案采用8根尺寸为2000×3000的抗滑桩7，后排抗滑桩7为5根，前排抗滑桩7为3根与后排抗滑桩7的中间3根相对应。

后排抗滑桩7的5根抗滑桩7以尺寸均为1500×3000的冠梁15、连梁11和地连梁9连接，地上段皆为18m，中间抗滑桩7嵌固19.25m，中间抗滑桩7两侧的4根桩均嵌固14.25m。

前排的3根抗滑桩7均嵌固15.75m，彼此以尺寸为1500×3000的地连梁9在其抗滑桩7顶连接在一起。

前后两排抗滑桩7以尺寸为2000×1500的地连梁9和尺寸为2000×2000且与后排抗滑桩7夹角为45°的斜撑16连接，构成整体框架结构。

后排抗滑桩7上设置的锚拉索13，中间抗滑桩7顶端设置一根，与水平面成30°夹角；紧邻中间桩的两侧抗滑桩7上分别设置两根，与水平面成20°夹角；两外侧的抗滑桩7上分别设置4根，与水平面成20°夹角。

对前排抗滑桩7前侧的岩土体进行注浆加固，以加强岩土体和支挡结构的承载能力，进而减小变形。

如图6所示的大跨隧道正穿既有挡墙的支挡结构的施工方法，包括以下步骤：

步骤一：施工准备

1、按施工设计图纸在隧址区进行施工测量，测设出隧道洞口20及其在边坡既有挡墙上的开挖轮廓线，包括洞口处左右两个隧道主洞的中心线和外围边线；

2、按照施工设计图纸在已测出的洞口处隧道轮廓线附近测出要修建的抗滑桩7位置，并标注其施工顺序；

3、根据施工设计图纸和测出的后排抗滑桩7的位置轮廓，测设出要施作锚拉索13的位置。

步骤二：洞口既有挡墙的加固结构施工

1、根据抗滑桩7的测设位置，同时施工前后排两侧的四根抗滑桩7和后排中心位置的一根抗滑桩7到地连梁9的底面高程处；

2、紧接着施工前排中心位置处的一根抗滑桩7和后排剩余的两个抗滑桩7到地连梁9底面高程处；

3、架设地连梁9的钢筋，在桩端承台10处预设斜撑16钢筋，支撑地连梁9模板，整体浇筑地连梁9构件和前排抗滑桩7桩端的桩端承台10，使前后排抗滑桩7形成一个整体结构；

4、根据测设的锚拉索13的位置，施工地连梁9和连梁11之间的锚拉索13，地下端通过注浆固定在基岩承载体1中，抗滑桩7端用锚拉头14固定；

5、架设钢筋，在前排抗滑桩7对应的后排抗滑桩7与连梁11的连接处预设斜撑16钢筋，支撑模板，整体浇筑连梁11与其下方的抗滑桩7；

6、继续施工冠梁15与连梁11之间的锚拉索13，地下端通过注浆与基岩承载体1或连拱隧道中隔墙17固定，抗滑桩7端用锚拉头14固定；

7、架设钢筋，施工抗滑桩7、肋柱12和冠梁15的模板，整体浇筑混凝土，形成整体结构；

8、施工斜撑16的模板，布设钢筋，浇筑混凝土，完成整个支挡结构的施工；

9、在前排抗滑桩7达到强度要求后，即可对其前方的岩土体进行注浆加固。

步骤三：隧道洞口施工

1、本实施例中连拱隧道采用中导洞法从岩体内部向洞口挡墙处开挖；

2、隧道施工时先开挖中导洞，超前隧道掌子面5～10m，施作临时衬砌结构和隧道中隔墙；

3、隧道开挖前在拱顶岩土体中施作超前小导管18或管棚结构，对拱顶岩土体的力学性能进行改善，增强其强度，减小变形；

4、隧道采用上下台阶法开挖后，及时施作隧道衬砌结构19，形成封闭的环形结构，以减小上部的岩土体沉降和滑体3移动；

5、隧道结构都施作到仰坡支挡并与既有支挡连成整体后，先破除导洞洞门并及时封堵裂隙，而后再破除隧道洞门挡墙并及时施作隧道结构，封堵裂隙，完成隧道的洞门施工；

6、隧道结构外突一定距离后，施作隧道洞口20，完成隧道正穿挡墙的施工。

实例证明，本发明的大跨隧道正穿既有挡墙的支挡结构施工方法适用于大跨隧道洞口20正穿仰坡既有挡墙的工况。本发明中的大跨隧道正穿既有挡墙的支挡结构设计简单，耗材较少，外观漂亮，施工方便，而施工方法安排紧凑，能有效缩短工期，实现大跨隧道洞口20仰坡的既有挡墙的支挡加固，控制边坡滑动与变形，减小施工扰动和对临近交通运营的影响，降低施工风险，节省工程造价。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。