浅埋山区公路隧道门式排桩刚构围护结构及其施工方法技术

本发明专利技术公开了一种浅埋山区公路隧道门式排桩刚构围护结构及其施工方法，涉及一种浅埋山区公路隧道盖挖施工领域，也是一种通过门式排桩刚构围护结构来完成浅埋山区公路隧道主体施工的通透式盖挖施工方法，该门式排桩刚构围护结构主要是由两排互相平行并分别设置在公路隧道主体两侧的钻孔桩、位于每排钻孔桩顶部并浇筑相连一体的冠梁、及两排钻孔桩顶部的冠梁之间浇筑连接的多根横撑等构成，这种施工结构具有构造简单、安全可靠、费用低廉、施工条件优越、低碳环保等优点，其结合相应的施工方法能有利于减少浅埋山区公路隧道边坡开挖的工程数量，节约弃土场，还具有节能减排的效果，施工环境友好，经济效益和社会效益显著。

Shallow buried mountain highway tunnel gate type row pile rigid structure retaining structure and construction method thereof

The invention discloses a shallow buried highway tunnel portal rigid frame row pile retaining structure and construction method thereof, and relates to a shallow buried highway tunnel cover excavation construction field, is also a kind of door type rigid frame through pile retaining structure to complete the shallow buried highway tunnel construction pass through cover excavation construction methods the portal rigid frame row pile retaining structure is mainly between the top beam is composed of two rows of parallel to each other and are respectively arranged on both sides of the main highway tunnel bored pile, bored pile in each row and connected to one of the top pouring crown beam, and two rows of bored pile top pouring connecting a plurality of transverse brace composition. The construction of this structure has the advantages of simple structure, safe and reliable, low cost, construction conditions, low carbon and environmental protection, the combination of the corresponding construction method can help to reduce the tunnel slope excavation of shallow mountain highway engineering The utility model has the advantages of energy saving and emission reduction, friendly construction environment, remarkable economic and social benefits.

【技术实现步骤摘要】
浅埋山区公路隧道门式排桩刚构围护结构及其施工方法
本专利技术涉及一种浅埋山区公路隧道盖挖施工领域，具体是指浅埋山区公路隧道门式排桩刚构围护的通透式盖挖施工方法。
技术介绍
浅埋山区公路隧道盖挖法施工是由地面向下开挖至一定深度后，将顶部封闭，其余的下部工程在封闭的顶盖下进行施工。由于在封闭条件下开挖隧道土石方，施工期间需要采取通风排烟、灯光照明和洞内排泄渗透水等保障措施，费用巨大，且存在安全隐患；而公开的中国专利号为201420739014.0的“山岭隧道桩拱盖挖法综合支护结构”，虽然采用了两排相互平行的钻孔桩围护结构，但将护拱与钻孔桩结合成综合支护结构，仍需在封闭的顶盖下进行施工，故依然存在封闭式施工的缺陷。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷而提供一种构造简单、安全可靠、费用低廉、施工条件优越、低碳环保的浅埋山区公路隧道门式排桩刚构围护结构及其施工方法。本专利技术的技术问题通过以下技术方案实现：一种浅埋山区公路隧道门式排桩刚构围护结构，其包括两排互相平行、并分别设置在公路隧道主体两侧的钻孔桩，每排钻孔桩均是由多个钻孔桩沿公路隧道主体的轴线方向按设计的间距设置而成，每排钻孔桩顶部均设有沿公路隧道主体的轴线方向延伸的冠梁，该冠梁将所述每排钻孔桩的多个钻孔桩浇筑相连一体，两排钻孔桩顶部的冠梁之间浇筑连接多根横撑，该多根横撑沿公路隧道主体的轴线方向按设计的间距设置。所述的浅埋山区公路隧道门式排桩刚构围护结构的计算模型为：钻孔桩的直径、长度、同排的每相邻两个钻孔桩中心间距，基岩顶至横撑中心高度即门式排桩刚构围护结构的计算高度，横撑的计算长度、高度、宽度、惯性矩，以相邻两根横撑中心之间的范围作为一个计算单元，将每排钻孔桩总长度内钻孔桩截面惯性矩之和平均分摊再乘以作为一个计算单元长度的钻孔桩截面惯性矩，并形成立面为钻孔桩底部固结、钻孔桩顶部的冠梁与横撑刚接的门式排桩刚构围护结构；需采用有限元软件精确计算门式排桩刚构围护结构的内力，在编制施工方案阶段采用解析法初步计算，初拟钻孔桩、冠梁和横梁的尺寸；门式排桩刚构围护结构的承载能力由弯矩控制，各节点的弯矩和承载能力由下列公式计算：公式一、公式二、将式代入式中，计算出钻孔桩在处的弯矩极大值；公式三、根据公式三的结果确定钻孔桩直径、混凝土强度等级和配筋，及横撑尺寸、混凝土强度等级和配筋；在公式一、公式二和公式三中：——分别为门式排桩刚构围护结构节点A、B、C、D处的弯矩，；——钻孔桩自基岩顶端以上的任意高度，；——钻孔桩自基岩顶端以上高度所受的弯矩，；——横撑跨中的弯矩，；——钻孔桩处的弯矩，；——分别为钻孔桩的直径、同排的每相邻两个钻孔桩中心间距、钻孔桩的总长度，，；——分别为基岩顶至横撑中心高度即门式排桩刚构围护结构的计算高度、横撑的高度、横撑的宽度、横撑的计算长度，；——相邻两根横撑中心之间的距离，确定为一个门式排桩刚构围护结构计算单元的长度，；——钻孔桩一个计算单元长度内的截面惯性矩，；——每根横撑截面的惯性矩，；——基岩顶部的粘土主动土压力强度，；——横撑、盖板、铺装层以及其上其他荷载的强度，；——分别为钻孔桩、横撑的重要性系数，，按有关规范取值；——分别为钻孔桩一个计算单元长度内的截面承载能力设计弯矩、每根横撑截面的承载能力设计弯矩，；——分别为门式排桩刚构围护结构A节点、D节点处钻孔桩的垂直反力，；——分别为门式排桩刚构围护结构A节点、D节点处钻孔桩的水平反力，。所述的每排钻孔桩的相邻两个钻孔桩之间设有多个上、下布置的压浆管，间距为，按设计取。每个所述的钻孔桩直径为80~150cm，每相邻两个钻孔桩外缘之间的间距宽度为20~40cm。所述的冠梁宽度比所述钻孔桩直径宽10~20cm，冠梁高度与多根横撑高度相同，每相邻两根横撑之间的间距宽度为5~7m，将挖掘机的铲斗伸进两根横撑之间的空隙，开挖门式排桩刚构围护结构内的土体，装车运至弃土场，或在门式排桩刚构围护结构的横撑下部松动爆破，挖运土体。所述的门式排桩刚构围护结构内开挖施工公路隧道主体，门式排桩刚构围护结构顶面依次设置盖板和铺筑防水混凝土铺装层。一种浅埋山区公路隧道门式排桩刚构围护结构的施工方法，其特征在于该施工方法包括如下步骤：步骤一、拟定浅埋山区公路隧道门式排桩刚构围护结构方案：①根据浅埋山区公路隧道的规模和地质钻探资料以及设计图纸，拟定钻孔桩、冠梁、横撑、盖板及铺装层尺寸；②按照公式一、公式二和公式三计算门式排桩刚构围护结构的承载力；③用有限元软件计算复核门式排桩刚构围护结构的承载力，直至满足要求；步骤二、清理表面土以及开展施工准备工作：①清理表面土；②开挖排水沟范围的土体并浆砌片石排水沟，要求表面水排水畅通；③现场测量放样，埋设沉降和水平位移观测点；步骤三、施工排桩：①钻孔桩施工机械干式气动成桩机就位；②钻孔桩成孔、下放钢筋笼并浇筑混凝土；步骤四、施工冠梁：①凿除排桩混凝土桩头、整理钢筋；②按冠梁模板尺寸清理桩头附近土体，并安放冠梁模板；③绑扎冠梁钢筋，并预留横撑接头钢筋；④浇筑冠梁混凝土；⑤拆除冠梁模板并养护；步骤五、施工横撑：①整理、填筑横撑模板基础，并安放横撑模板；②绑扎横撑钢筋；③浇筑横撑混凝土；④拆除横撑模板并养护；步骤六、开挖门式排桩刚构围护结构内的土体：①待门式排桩刚构围护结构达到设计强度后，挖掘机和运输车到位；②将挖掘机的铲斗伸进两根横撑之间的空隙，开挖门式排桩刚构围护结构内的土体，装车运至弃土场或在门式排桩刚构围护结构的横撑下部松动爆破，挖运土体。③排桩之间空隙如有渗透水，打入压浆管注浆，起到止水作用；④设置排水沟，采用潜水泵抽排渗透水；⑤清理门式排桩刚构围护结构内的残余土体达到设计要求，并挂网喷浆防护；步骤七、施工垫层和公路隧道主体结构：①铺筑基岩以上混凝土垫层；②绑扎仰拱钢筋并浇筑仰拱混凝土；③使用模板台车浇筑二次衬砌混凝土；④施工路面系结构；步骤八、安装盖板及铺筑铺装层混凝土：①运送预制场预制的盖板并安装在横撑上部；②浇筑盖板上部防水混凝土铺装层；在全部施工过程中，及时检测门式排桩刚构围护结构的水平位移和沉降，并及时反馈检测结果，如有异常及时调整施工方案，确保施工安全和工程质量。与现有技术相比，本专利技术主要设计了一种通过门式排桩刚构围护结构来完成浅埋山区公路隧道主体施工的通透式盖挖施工方法，该门式排桩刚构围护结构主要是由两排互相平行并分别设置在公路隧道主体两侧的钻孔桩、位于每排钻孔桩顶部并浇筑相连一体的冠梁、及两排钻孔桩顶部的冠梁之间浇筑连接的多根横撑等构成，这种施工结构具有构造简单、安全可靠、费用低廉、施工条件优越、低碳环保等优点，其结合相应的施工方法能有利于减少浅埋山区公路隧道边坡开挖的工程数量，节约弃土场，还具有节能减排的效果，施工环境友好，经济效益和社会效益显著。附图说明图1为本专利技术的结构立面示意图。图2为图1的俯视图。图3为门式排桩刚构围护结构的计算图式。具体实施方式下面将按上述附图对本专利技术实施例再作详细说明。如图1~图3所示，1.基岩、2.粘土、3.钻孔桩、4.压浆管、5.冠梁、6.横撑、7.垫层、8.公路隧道主体、81.仰拱、82.二次衬砌、83.路面系、9.盖板、10.铺装层、11.排水沟。浅埋山区公路隧道门式排桩刚构围护结构及其施工方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种浅埋山区公路隧道门式排桩刚构围护结构，其特征在于该结构包括两排互相平行、并分别设置在公路隧道主体（8）两侧的钻孔桩（3），每排钻孔桩均是由多个钻孔桩（3）沿公路隧道主体（8）的轴线方向按设计的间距设置而成，每排钻孔桩（3）顶部均设有沿公路隧道主体（8）的轴线方向延伸的冠梁（5），该冠梁将所述每排钻孔桩（3）的多个钻孔桩（3）浇筑相连一体，两排钻孔桩（3）顶部的冠梁（5）之间浇筑连接多根横撑（6），该多根横撑沿公路隧道主体（8）的轴线方向按设计的间距设置。

【技术特征摘要】
1.一种浅埋山区公路隧道门式排桩刚构围护结构，其特征在于该结构包括两排互相平行、并分别设置在公路隧道主体（8）两侧的钻孔桩（3），每排钻孔桩均是由多个钻孔桩（3）沿公路隧道主体（8）的轴线方向按设计的间距设置而成，每排钻孔桩（3）顶部均设有沿公路隧道主体（8）的轴线方向延伸的冠梁（5），该冠梁将所述每排钻孔桩（3）的多个钻孔桩（3）浇筑相连一体，两排钻孔桩（3）顶部的冠梁（5）之间浇筑连接多根横撑（6），该多根横撑沿公路隧道主体（8）的轴线方向按设计的间距设置。2.根据权利要求1所述的浅埋山区公路隧道门式排桩刚构围护结构，其特征在于所述的浅埋山区公路隧道门式排桩刚构围护结构的计算模型为：钻孔桩（3）的直径、长度、同排的每相邻两个钻孔桩（3）中心间距，基岩（1）顶至横撑（6）中心高度即门式排桩刚构围护结构的计算高度，横撑（6）的计算长度、高度、宽度、惯性矩，以相邻两根横撑（6）中心之间的范围作为一个计算单元，将每排钻孔桩（3）总长度内钻孔桩截面惯性矩之和平均分摊再乘以作为一个计算单元长度的钻孔桩截面惯性矩，并形成立面为钻孔桩（3）底部固结、钻孔桩顶部的冠梁（5）与横撑（6）刚接的门式排桩刚构围护结构；需采用有限元软件精确计算门式排桩刚构围护结构的内力，在编制施工方案阶段采用解析法初步计算，初拟钻孔桩（3）、冠梁（5）和横梁（6）的尺寸；门式排桩刚构围护结构的承载能力由弯矩控制，各节点的弯矩和承载能力由下列公式计算：公式一、公式二、将式代入式中，计算出钻孔桩（3）在处的弯矩极大值；公式三、根据公式三的结果确定钻孔桩（3）直径、混凝土强度等级和配筋，及横撑（6）尺寸、混凝土强度等级和配筋；在公式一、公式二和公式三中：——分别为门式排桩刚构围护结构节点A、B、C、D处的弯矩，；——钻孔桩（3）自基岩（1）顶端以上的任意高度，；——钻孔桩（3）自基岩（1）顶端以上高度所受的弯矩，；——横撑（6）跨中的弯矩，；——钻孔桩（3）处的弯矩，；——分别为钻孔桩（3）的直径、同排的每相邻两个钻孔桩（3）中心间距、钻孔桩（3）的总长度，，；——分别为基岩（1）顶至横撑（6）中心高度即门式排桩刚构围护结构的计算高度、横撑（6）的高度、横撑（6）的宽度、横撑（6）的计算长度，；——相邻两根横撑（6）中心之间的距离，确定为一个门式排桩刚构围护结构计算单元的长度，；——钻孔桩（3）一个计算单元长度内的截面惯性矩，；——每根横撑（6）截面的惯性矩，；——基岩（1）顶部的粘土（2）主动土压力强度，；——横撑（6）、盖板（9）、铺装层（10）以及其上其他荷载的强度，；——分别为钻孔桩（3）、横撑（6）的重要性系数，，按有关规范取值；——分别为钻孔桩（3）一个计算单元长度内的截面承载能力设计弯矩、每根横撑（6）截面的承载能力设计弯矩，；——分别为门式排桩刚构围护结构A节点、D节点处钻孔桩（3）的垂直反力，；——分别为门式排桩刚构围护结构A节点、D节点处钻孔桩（3）的水平反力，。3.根据权利要求1所述的浅埋山区公路隧道门式排桩刚构围护结构，其特征在于所述的每排钻孔桩（3）的相邻两个钻孔桩之间设有多个上、下布置的压浆管（4）...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈海圣，徐懋刚，冉平，谢瑜军，方梁正，朱一湘，单建波，陈兴艾，杨磊，郑国增，周一勤，
申请(专利权)人：宁波交通工程建设集团有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33