隧道口轻型钢棚洞防护高边坡施工技术

郭宝库

摘要： 以周家庄一号隧道在施工中遇到的洞口高边坡防护施工为例，针对隧道洞口边仰坡陡峭、垂直高度大，机械难到达且刷坡石方量过大，洞口段大面积爆破开挖不利于安全进洞，洞口前接深沟壑，传统钢筋混凝土棚洞施作需要大面积地基加固处理，与洞身施工交叉干扰较大，施工难度大等从安全、经济施工的角度，通过经现场调查研究与方案比选，确定在隧道口采用轻型钢棚洞防护确保铁路运营安全，减少对山体的破坏，同时保护了山体原有的植被，为今后类似洞口防护施工提供一点借鉴。

Abstract： By taking the high slope protection construction in the tunnel opening of Zhoujiazhuang 1# Tunnel as the example， aimed at the cliffy slope and vertical height of the tunnel opening， the machinery can not reach and the large amount of rock slope， the blasting excavation in the tunnel opening is not conducive to the safety， the gully in the tunnel opening is deep， the traditional reinforced concrete shed tunnel needs large area of foundation reinforcement treatment， and the tunnel construction cross interference is bigger， the construction is difficult and other problems， from the perspectives of security， economic construction， through the field investigation and comparison， it is determined that the light steel shed is used to ensure the safety of railway operation in the tunnel opening， reduce the destruction of the mountain， protect the original vegetation of the mountain and provide reference for the future protection of the entrance of the cave.

关键词： 洞口；陡峭；机械无法到达；不利于安全；轻型；破坏

Key words： tunnel opening；cliffy；machinery can not reach；not conducive to security；light-duty；destroy

中图分类号：U416.1+4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）32-0142-03

0 引言

随着我国社会发展及经济建设步伐的不断加快，铁路建设里程将逐年增多，而铁路建设受地形、环境以及造价等因素的影响，线路常在崇山峻岭中穿梭，隧道进出口位置常在山体高陡边坡上，对火车运营安全形成非常大的隐患，因此，隧道口的防护措施极为重要。

1 工程概况

中川铁路ZCTL-SG2标周家庄一号隧道位于兰州永登县内，全长2237m，起讫里程HK17+990～HK20+227，隧道洞身纵坡为4‰上坡，6‰的下坡。隧道最大埋深150m，区内地形起伏较大，沟壑纵横，自然坡度约30°～60°，山体多基岩出露，植被覆盖较差。隧道进口端位于咸水河右岸，出口位于周家庄附近一沟谷内，隧道进出口交通不便。

周家庄一号隧道出口位于山体半坡处，洞门上方仰坡陡峭。坡面为泥岩夹砂岩，由于风化差异，造成砂岩局部临空，形成层状危石，人工清理不能彻底消除隐患，对以后运营存在安全隐患。

2 施工方案比选

方案1：采用传统洞口仰坡防护方案，对边仰坡进行石方爆坡，进行刷坡。该方案在隧道仰坡防护中最为常见，但山体自然坡度达60°、垂直高度近50m，机械难心到达且刷坡石方量过大，洞口段大面积爆破开挖不利于安全进洞。

方案2：采用接长混凝土明洞施工。该方案在隧道仰坡防护中较为常见，但山体高坡、坡度较大，需接长明洞长度达20m，隧道出口接深沟壑，传统钢筋混凝土棚洞施作需要大面积地基加固处理，与洞身施工交叉干扰较大，施工难度大。施工周期长、与正洞二衬混凝土施工使用同一模板台车，相互影响，投入费用大。

方案3：采用洞口轻型钢棚洞防护方案。结构简单、自重较轻，对施作地基承载力要求低，沟壑部分采取级配碎石分层压实后，即可做为棚洞基础满足受力要求。如图1。

综合考虑施工安全、质量、工期、成本因素，结合本工程的施工特点，可以看出方案3效果为可行，具有钢棚洞整体设计为耐久性钢结构，解决了高陡边坡开挖难的问题，消除了运营期间的落石隐患，同时增添了一道亮丽的风景线；对于山体坡度较大的洞口段减小了刷坡量，保留了原始的自然地貌，减少了对原山体的扰动；结构简单、自重较轻，对施作地基承载力要求低，减弱了洞身施工带来的交叉干扰；相比较隧道洞口段混凝土棚洞施工灵活性增强，缩短了施工工期，减小了投资。

为保障铁路运输的安全，在隧道洞口外接长一道长度24m的钢棚洞确保火车安全进出洞，钢棚洞采用H型钢梁以隧道外轮廓设计加工拼装而成，每环间距3m，每一环钢架分割成5个部分进行安装，每一连接处采用16组高强螺栓进行连接，钢架间采用Φ102*×4.5斜拉撑杆连接成一整体，钢架外缘交叉张拉Φ15.2预应力钢绞线，之后铺设3/5×60双绞六边格栅网和R5/3/300环形网，棚洞拱部钢架外缘设6cm渗锌钢板。如图2。

3 施工工艺流程及操作要点

3.1 施工工艺流程（图3）

3.2 操作要点

3.2.1 施工准备

3.2.1.1 钢架的加工

①棚洞钢架采用H400×220×8×14钢材焊接而成。根据H型钢的结构尺寸翼板采用直条切割机垂直下料，由于腹板为弧形结构并且尺寸较长，加工分割成5个部分进行加工，根据图纸尺寸在钢板上放出腹板的内外弧度，复检腹板内外弧度的弧长、弦长和弦高，尺寸正确后方可进行下料。

②H型钢焊接成型后现场进行组装试拼，检查每榀钢架的垂直度和连接点焊接的精确度；采用热镀锌的工艺对加工的型钢进行处理，保证其在自然环境下的耐久性。

3.2.1.2 施做棚洞顶部山体坡面进行危石清理。为保障施工期间的安全，各项工作准备到位后才能进行棚洞的施工。

3.2.2 棚洞基础施工

3.2.2.1 测量放样

采用全站仪对棚洞基础进行放样，放出基础开挖边线。

3.2.2.2 基础开挖

采用挖机开挖棚洞基础，基础净空1m×1m×2m，单个基础通过地梁连接成一整体，保证基础受力均匀防止沉降，开挖完成后组织工人清除基底虚渣。

3.2.2.3 基础钢筋绑扎浇筑

①基础开挖完成后安装钢筋，单排棚洞基础通过地梁联成一整体，基础钢筋采用Φ16主筋间距25cm，箍筋采用Φ8钢筋间距20cm。地梁采用Φ8钢筋间距20×20cm高度1m贯穿于整个棚洞基础。

②模板安装前打磨除锈并涂刷隔离层，安装竖直、接缝严密。

③预埋件安装前提前在预埋件上画好十字中心线，测量人员放出每块模板4个角的标高，计算出每个角到预埋件的高差确保安装预埋件时能精确的控制安装面的水平，测量放出第一个和最后一个预埋件的中心点调平固定，采用拉通线同预埋件十字丝重合，线上每3m做一点确定出其余预埋件的中心点调平固定，最后测量放样复合每个预埋件的中心点和水平度，确保安装符合要求后进行砼浇筑。

④混凝土浇筑保证连续不间断，按照设计要求振捣密实，拆除模板洒水养护，强度达到100%后进行钢架的安装。

3.2.3 棚洞钢架安装

钢架的安装：

钢架通过加工厂统一加工，出厂前对每一榀钢架的垂直度、焊接质量、耐久性进行严格的把控，每榀钢架加工成五组便于加工、运输和安装，吊车配合安装，钢架安装图见图4。

①先安装F1节钢架，F1底面坐在预先安装的预埋件上，每个预埋件有6组螺栓，每组2个，调节F1钢架的垂直度、水平度。

②F2、F3为了便于安装事先在地面上拼装调平，然后采用吊车于F1拱架进行连接，所有的连接点均有12组高强螺栓四个面每侧进行连接，每一连接点必须进行调平否则拱架之间的支撑杆无法进行连接，隧道洞口相邻的一榀钢架焊接的钢板连接片采用植筋于洞门砼相连接成一整体，增加棚洞的整体受力，F2、F3于F1连接见图5。

③由于拱架顶距内轨面的高度为8.8m，一榀钢架安装完成后晃动幅度较大存在安全隐患，必须立刻安装相邻的另一榀钢架，两榀钢架安装到位后及时进行钢架之间的支撑安装，支撑杆采用102×4.5钢管制成，连接处采用1组高强螺栓进行连接，所有钢架进行调平保证了支撑杆连接处处于同一直线上，支撑杆的安装才能顺利完成。撑杆连接节点图见图6。

3.2.4 拱架外侧防护网的安装

①钢架外缘采用直径为Φ15.2钢绞线两两相互交叉进行连接，交叉于钢架外侧焊接的U型扣件钢板内侧，钢绞线采用收紧机拉紧后端头用端头锚具扣件进行扣接，钢绞线外缘的安装见图7。

②钢绞线安装完成后铺设型号为3/50×60双绞六边格栅网和R5/3/300环形网进行满铺，双绞六边格栅网固定采用U型扣件加固，U型扣件用螺栓上紧，外侧环向采用钢绞线间距5m设置一道进行二次加固处理，环形网采用U型扣件加固牢固。如图8。

4 结束语

轻型钢棚洞的施做减少对山体的破坏，同时保护了山体原有的植被，与传统的隧道棚洞相比，不仅结构简单自重轻，对地基承载力要求较低，整体线型美观、采光充足，观赏性强，且减小了对洞身施工带来的交叉影响，节约了投资，消除了高陡边坡顶部危岩、浮石带来的安全隐患，保证了铁路建设与运营的安全；降低了施工难度，加快了施工速度，为今后类似洞口边坡的施工提供一点借鉴。

参考文献：

[1]颜离园.隧道洞口边仰坡稳定性分析及相关支护措施的合理性研究[D].中南大学，2010.

[2]张方，任鹏，刘继滨.滑坡隧道加固新技术研究综述[J].四川建筑，2012（06）.

[3]周向涛.人造拱技术在苗干山隧道施工中的应用[J].铁道建筑技术，2015（09）.