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1、明洞、棚洞施工工藝工法1 前言1.1工藝工法概況明洞是隧道工程遵循“無洞門”設計理念和“早進晚出”的設計思想，或路基工程過崩塌落石段，本著盡量減少隧道或路基防護結構建設對周圍環境的破壞，體現環保，并能充分發揮設計創造力，以達到景與觀、天與地、力與美的合諧統一而用明挖法修建的洞口段隧道或路基防護結構。1.2工藝工法原理明洞有多種形式，采用最多的是拱式明洞（習慣簡稱明洞）和棚式明洞（習慣簡稱棚洞）。拱式明洞結構形式與一般隧道基本相似，也是由拱圈、邊墻和仰拱或鋪底組成；棚洞是框架結構，頂上不是拱圈而是梁板，內墻一般為重力式墩臺結構，抵抗山體的側向壓力。2 工藝工法特點明、棚洞施工不同于一般隧道，因為2、它不是在地層內先挖出坑道，然后修建結構物的，而是要在地面路塹上或敞口基坑內，先修筑結構物，然后再回填覆蓋土石。因此，明、棚洞施工分三步，第一步明挖明、棚洞路塹或基坑，核心是邊、仰坡分級支護；第二步是模筑明、棚洞結構，重點是基礎處理；第三步是明、棚洞結構頂回填，關鍵是結構外附加防水層施工。3 適用范圍本工藝工法適用于鐵路、公路隧道明洞及棚洞的施工。3.1 明洞當隧道口地形或地質條件難用暗挖法修建隧道時，如洞口附近埋深很淺，施工時不能保證上方覆蓋層的穩定；或是深路塹、高邊坡上有較多的崩塌落石，以致對行車有威脅，常需修筑拱式明洞防護。拱式明洞結構堅固，可以抵抗較大的推力，適用范圍較廣。3.2 棚洞棚3、洞為板、墻結構，基礎必須放置在穩固的基巖上。4 主要引用標準4.1鐵路隧道施工規范（TB 10204）、新建鐵路工程測量規范（TB 10101）、鐵路隧道監控量測技術規程（鐵建設2009138號，TB 10121）、高速鐵路隧道工程施工技術指南（鐵建設2010241號）、高速鐵路隧道工程施工質量驗收標準（TB 10753，J 1149）、高速鐵路工程測量規范（鐵建設2009196號，TB 10601）、公路隧道施工技術規范（JTG F60）。4.2設計圖紙、合同文件。5 施工方法5.1明洞施工工藝概述一般情況下，明洞施工都采用拱墻整體灌筑法，模板臺車作內模，外模采用一定規格的鋼?；蚰灸?。5.24、棚洞施工工藝概述棚洞的結構形式較多，常用的平頂斜腿方柱輕型剛架式棚洞結構形式較為美觀。此以其為例，敘述棚洞的施工工藝。該類棚洞的主要承載結構為棚洞結構內墻及下部基礎、橫梁及平頂板、外方柱及柱基礎。結構內墻及下部基礎一般采用縱向一定間距的排樁柱與立面上布設的多道縱向系梁形成框架，框格間模筑立板剪力墻，墻后回填圬工或隔水層。橫梁采用“T”梁或矩形梁，可現澆，也可預制吊裝，每道梁間水平面上布設的多道縱向系梁形成框架；平頂板采用現澆鋼筋砼。外斜腿方柱基礎一般采用擴大基礎，必要時縱向地基梁，斜腿方柱就地模筑，必要時在立面上設多道縱向系梁。6 工藝流程及操作要點6.1明洞施工工藝流程及操作要點6.1.1施5、工工藝流程圖圖1 明洞施工工藝圖施工準備側壁基礎開挖凈空檢查及測量放樣基坑檢查安裝邊墻基礎模板仰拱及邊墻基礎鋼筋安裝鋼筋檢查澆筑仰拱及邊墻基礎混凝土水溝及電纜邊墻施工填充混凝土澆筑臺車定位拱墻鋼筋安裝帽檐模板安裝鋼筋檢查外模安裝澆筑拱墻襯砌混凝土拆模養護防水層施做明洞回填YNNY不合格合格不合格合格6.1.2操作要點1施工準備、側壁及基礎開挖1)襯砌模板臺車現場組裝、驗收已完成。2)明洞施工應按設計要求，對地層進行預加固，然后分層開挖和支護，邊、仰坡分層施做防護。3)棧橋已加工完成。4)基礎地層為土質時，采用人工配合挖掘機開挖，當洞口基礎需爆破開挖時，應采取控制爆破技術。開挖過程中基坑上方利用6、棧橋架空，保證洞內外交通暢通。2凈空檢查及測量放樣洞口拉槽寬度應滿足明洞外側寬度和明洞外模安裝、加固等施工空間需求，拉槽槽底高程應考慮施工便道接引方便和洞內外車輛行走面的順接，洞口明洞拉槽完成后，技術人員按設計圖紙測量出仰拱開挖深度、兩側邊墻開挖的邊線、洞口里程橫向法線等。3基坑檢查施工人員按測量交底要求進行明洞仰拱及邊墻基礎的開挖，開挖至設計深度后，技術人員檢查基坑寬度、標高、地基承載力是否滿足設計要求。4安裝邊墻基礎模板明洞兩側矮邊墻采用組合鋼模，模型應安裝在明洞邊墻基礎邊線上，嚴禁侵限安裝。5仰拱及邊墻基礎鋼筋安裝、鋼筋檢查仰拱及邊墻鋼筋為雙層鋼筋，仰拱鋼筋安裝前應采取措施控制好上下層鋼7、筋網間層距以及縱環向鋼筋間距，底板或仰拱橫向和縱向施工縫止水帶在底板或仰拱鋼筋完成后，利用止水帶鋼筋卡將止水帶水平安裝在底板或仰拱上下層鋼筋中間。6澆筑仰拱及邊墻基礎混凝土鋼筋及模板經現場監理檢查同意后，方可進行仰拱及邊墻混凝土澆筑，混凝土在洞外拌合站集中拌和，砼罐車運輸，底板或仰拱上方采用自制棧橋架空，作為洞內行車通道，混凝土利用梭槽入模，插入式振搗器搗固。澆注混凝土從仰拱（底板）中心向兩側對稱進行，整體澆筑，一次成型。7水溝及電纜邊墻施工明洞兩側水溝及電纜槽邊墻在模板臺車就位前施工，水溝及電纜槽邊墻施工高度應結合模板臺車設計綜合考慮后確定。8填充混凝土施工填充混凝土澆筑工藝同仰拱混凝土澆筑8、工藝，在混凝土搗固時，應特別注意保持橫向排水管、過軌管線正確位置，防止預埋管破損造成堵塞。9臺車定位根據明洞設計長度、洞門設計型式、模板臺車設計長度、襯砌外觀質量確定明洞施工段數和施工順序，一般明洞整段施工安排在洞口，不足整模施工的襯砌段設置在洞內，模板臺車就位的施工順序如下：1)測量工程師和隧道工程師共同進行中線、高程、橫向法線測量放樣。2)根據中線和標高鋪設襯砌臺車軌道，要求使用標準枕木和魚尾板；軌距與臺車輪距一致，左右軌面高差10mm。起動電動機使襯砌臺車就位。涂刷脫模劑。3)起動襯砌臺車液壓系統，根據測量資料使鋼模定位，保證鋼模襯砌臺車中線與隧道中線一致，拱墻模板成型后固定，測量復核無9、誤。10拱墻鋼筋安裝及檢查臺車精確定位后，明洞拱墻鋼筋在臺車面板上進行安裝，先安裝內層鋼筋，再安裝外層鋼筋；并報監理檢查驗收。11外模帽檐模板安裝模型安裝接縫應嚴密、支撐牢固，特別是在圓心高度范圍內應加強支撐，防止因搗固混凝土及混凝土擠壓而造成模型移動變形。12澆筑拱墻混凝土明洞拱墻模型及鋼筋經檢查合格后方可澆筑拱墻混凝土，混凝土采用拌合站集中拌合，混凝土運輸車運輸，混凝土輸送泵泵送入模，插入式振搗器分層振搗，對稱入模，整體澆筑，不留施工縫。13拆模養護混凝土澆筑完畢后拆模及養護時間均應符合驗標要求。外模采用人工配合吊車，自上而下拆除。14防水層施做外模拆除后，對防水層施做基層進行找平處理，按10、照明洞設計防水層類型施做防水層。15回填土明洞回填應在明洞外防水層施做完成且混凝土強度達到設計強度后進行，側墻回填應兩側對稱進行。土質地層，應將墻背坡面挖成臺階狀，用片石分層碼砌，縫隙用碎石堵塞密實。拱部回填應兩側分層夯實，每層厚度不大于0.3m，兩側回填土面的高差不得大于0.5m。回填與拱頂齊平后，再分層滿鋪填筑至設計高程。采用機械回填時，應在人工夯填超過拱頂1.0m以上后進行。拱頂需做黏土隔水層時，隔水層應與邊仰坡搭界平順、封閉緊密，防止地表水下滲。6.2棚洞施工工藝流程及操作要點6.2.1棚洞施工工藝流程圖施工準備山體內側開挖邊坡頂天溝、截水溝并砌筑山體內側土石方開挖山體內側開挖邊坡支護11、墻、基礎施工加固墻、柱及系梁施工棚洞內墻外及頂回填棚洞內墻外及頂防水施工棚洞頂板模筑橫梁及縱系梁框架施工圖2 棚洞施工工藝流程圖6.2.2棚洞施工操作要點1施工準備棚洞施工準備包括“三通一平”準備，機械設備準備、施工技術準備和場區現場準備等。棚洞所需準備機械設備主要是梁、柱、墻模板及鋼管支架。若棚洞橫梁采用預制后吊裝，需要準備預制場地、預制龍門吊設備和吊裝起吊設備。2山體內側開挖邊坡頂天溝、截水溝并砌筑按照設計要求，對山體內側邊坡頂天溝、截水溝進行測量放線，采用人工配合挖掘機開挖；及時進行砌筑。3山體內側土石方開挖1)棚洞土石方開挖一般都是切削橫向陡坡，開挖前必須對坡頂坍落、滑石進行嚴格檢查和12、防護，開挖過程中密切監測坡頂情況防止出現安全事故。2)機械化開挖棚洞土石方，同樣嚴格遵循機械操作規程，特別注意?？吭诨紫喈敺€定的半坡原狀土或基巖上，嚴防機械隨滑或側翻。4山體內側開挖邊坡支護土石方開挖自上而下分段分層開挖，隨挖隨進行錨、網、噴支護施工。5墻、基礎施工加固1)棚洞內墻一般可分為重力式內墻、拉錨式內墻和重力、拉錨結合式內墻，拉錨式內墻適用于棚洞側坡較陡，坡面穩定而堅實，且外墻不受側向壓力情況。反之，則用重力式內墻或重力、拉錨結合式內墻。2)重力式內墻基礎一般采用擴大條形基礎。為抵抗山體側壓力，基礎開挖成向山體內側反坡，鋼筋砼重力式內墻的外側一般設計有趾腳，條件可能，一般修成衡重式13、結構。3)重力、拉錨結合式內墻適用于棚洞側坡面穩定而堅實，不但利用重力式內墻來抵抗山體側壓力，還在棚洞分段、分層土石方開挖后的坡面上施工錨桿，并把錨桿頭錨入內墻，以提高內墻抵抗山體側壓力的功能。4)拉錨式內墻常采用樁柱板墻結構。順作法施工是在土石方開挖出來后，在內墻位置跳槽開挖人工挖孔樁，后再模筑縱向承臺，繼而進行帶肋板墻結構和拉錨體系施工。逆作法施工時，先在坡面跳槽施工人工挖孔樁、柱，再縱向分段、豎向分層開挖土石方、施工柱的拉錨體系和柱相互間的縱向系梁及立面剪力墻。6墻、柱及系梁施工棚洞外墻一般不受側壓力，只承受棚洞頂覆土及坡頂局部坍石的豎向荷載，結構設計一般力求簡潔。傳統設計為立方柱或斜腿14、方柱，柱基礎一般采用擴大基礎，必要時縱向地基梁，方柱就地模筑，必要時在立面上設多道縱向系梁。為達到與周邊環境的協調，柱間或裝飾成彩玻璃幕墻，鏤空出別致的側窗，或留空裝點垂吊花卉、植物等。7橫梁及縱系梁框架施工棚洞墻、柱施工完后，進行橫梁及縱系梁施工；主要采用支架法施工。8棚洞頂板模筑1)棚洞梁板是在內墻和外墻（或柱）施工好后才開始進行，棚洞梁板內側一般都設拉錨體系錨固在坡體內。棚洞橫梁根據具體情況或采用預制后吊裝，或與棚洞頂板及縱向系梁聯合現澆。棚洞縱向系梁與頂板一般都是采用現澆施工。若棚洞橫梁采用預制后吊裝，則縱向系梁與頂板可采用吊模法施工。2)若棚洞橫梁與棚洞頂板及縱向系梁聯合現澆，可把施15、工縫留設在內、外墻上。模板支架要嚴格按高支模設計檢算，確保安全；梁模板下支架應根據具體情況適當加密。3)為防止地下水被堵塞在棚洞上而誘發其它不良地質災害，頂板鋼筋砼澆注頂面宜留出不小于坡面排水最小坡度2%的橫坡。棚洞頂部填土橫坡坡角宜選擇為土、石的休止角，便于滾滑下來的松散巖土體自由滾滑出棚洞。9棚洞內墻外及頂防水施工墻、頂板施工完成后，進行防水層施工，按照設計要求施工。10棚洞內墻外及頂回填棚洞回填應在外防水層施做完成且混凝土強度達到設計強度后進行，側墻回填應按設計要求施工。土質地層，應將墻背坡面挖成臺階狀，用片石分層碼砌，縫隙用碎石堵塞密實。頂板回填應分層夯實，每層厚度不大于0.3m，分層16、滿鋪填筑至設計高程。采用機械回填時，應在人工夯填超過拱頂1.0m以上后進行。拱頂需做黏土隔水層時，隔水層應與邊仰坡搭界平順、封閉緊密，防止地表水下滲。7 勞動力組織人員應結合正洞施工進行配置，以下勞動力配置表僅供參考：表1 明洞或棚洞施工人員配備表（單口每班）工種或職務人數工班長1攪拌機司機1混凝土運輸司機2輸送泵司機1電 工1裝載機司機1模型工4混凝土工6鋼筋工8電焊工2挖掘機司機1出碴車司機2吊車司機18 主要機具設備隧道單口施工，機械設備配置應結合正洞施工、工期要求進行合理配置，配套的生產能力應為均衡施工能力的1.21.5倍，下表僅供參考。表2 明洞或棚洞施工主要機械設備配置表（單口每班17、）機械設備名稱數量裝載機1臺輸送泵1臺混凝土罐車2臺10.1m12.1m模板臺車1臺拌合站1套電焊機4臺出碴車2臺挖掘機1臺吊車1臺9 質量控制9.1明洞質量控制9.1.1易出現的質量問題1明洞段開挖未按設計要求對地層進行預加固，未分層開挖和支護。2明洞仰拱基坑存在超欠挖情況，明洞襯砌施做不及時。3明洞襯砌混凝土澆注前對模板的幾何尺寸檢查不到位，不能確保襯砌混凝土的輪廓尺寸。4明洞外模拆除后防水層及排水盲管施做不及時，且排水不通暢。5未對明洞模板進行設計、檢算，混凝土澆筑前模板表面未清理干凈、拆模時間過早，存在質量安全隱患。6明洞回填時，襯砌混凝土未達到設計強度，側墻兩側及拱部未對稱回填、分層18、夯實，分層厚度超過0.3m，拱背粘土隔水層與邊、仰坡搭接不平順不能防止地表水下滲。9.1.2保證措施1明洞段開挖應按設計要求對地層進行預加固，然后分層開挖和支護。2明洞仰拱必須置于穩固的地基上，基坑超挖部分應用與仰拱同級混凝進行填充。明洞襯砌應盡早施工以保證洞口邊、仰坡穩定。3明洞襯砌混凝土澆注前應檢查模板的中線、高程和外輪廓尺寸（考慮預留沉降），確保襯砌質量符合設計及規范要求。4明洞外模拆除后應及時施做防水層及排水盲管，同時應和隧道的排水側溝、中心水溝的出水口及洞頂的截、排水設施統籌考慮，達到排水暢通。5明洞模板應符合下列要求：1）模板及支（拱）架應根據結構型式、荷載大小、地基土類別、施工設19、備和材料供應等條件進行設計。2）模板及支架安裝必須穩固牢靠，與腳手架之間不得相互連接。模板接縫必須嚴密不漏漿。3）混凝土澆筑前，模板與混凝土的接觸面必須清理干凈并涂刷隔離劑。4）襯砌模板拆除時，混凝土強度必須符合設計要求，設計無要求時，混凝土強度必須達到設計強度等級的100。6明洞回填應符合以下要求：1）明洞回填應在明洞外防水層施做完成且混凝土強度達到設計強度后進行。2）側墻兩側及拱部應對稱回填，分層夯實，每層厚度不大于0.3m，兩側回填土面的高差不得大于0.5m?；靥钪僚c拱頂齊平后，再分層滿鋪填筑至設計高度。3）采用機械回填時，應在人工夯填超過拱頂1.0m以上后進行。4）拱背需做粘土隔水層時20、，隔水層應與邊、仰坡搭接平順、封閉緊密，防止地表水下滲。9.2棚洞質量控制要點9.2.1易出現的質量問題1 棚洞墻、柱基礎埋置深度、地質條件，不符合設計要求。2 棚洞模板及支架未進行設計、檢算。3 棚洞頂部、內墻及洞門墻背的防水層和內墻背后縱、豎向暗溝、盲溝，施做不符合設計要求。9.2.2保證措施1 棚洞墻、柱基礎埋置深度、斷面尺寸及地質條件、結構形式、構造斷面及砼質量，均應符合設計要求。2 棚洞模板及支撐必須進行設計與檢算，保證其有足夠的強度、剛度和穩定性，模板接縫嚴密，不漏漿。3 棚洞頂部、內墻及洞門墻背的防水層和內墻背后縱、豎向暗溝、盲溝設置應按照設計要求施做，保證排水體系暢通。10 安21、全措施10.1主要安全風險分析10.1.1明、棚洞施工地基處理不到位，導致結構成型使用后沉降、拉裂。10.1.2明、棚洞基槽開挖未設置截、排水溝，施工工序沒有嚴格執行施工方案等。10.1.3明洞施工的襯砌臺車、臺架和棚洞施工高支模未經過設計、檢算，搭設成型后沒有進行驗收，拆除時沒有專人監管。10.2保證措施10.2.1防止明、棚洞施工地基處理不到位，主要的預防措施：1 明、棚洞土石方開挖完成后，嚴格做好基底水文、地質描述，必要時進行補勘，并核對與設計所描述的水文、地質是否接近，以確定設計地基處理方案是否合理。2 按地基處理方案實施過程中，嚴格控制工序質量，加強中間檢查、驗收，確保地基處理效果。22、3 地基承載力檢查必須選擇有代表性點位進行檢測，確保地基承載力達標的可靠性。10.2.2明、棚洞基槽開挖及邊坡支護安全措施1明、棚洞基槽開挖前必須對現場地質、管線等資料進行調查核實，制定針對性的施工方案。2明、棚洞基槽開挖前在其周圍設置截、排水溝，防止雨水或洪水倒灌基槽內，浸泡基坑。3明、棚洞基槽采用縱向分段、橫向分區、豎向分層進行開挖。4明、棚洞基槽采用爆破開挖時，必須嚴格按照明山爆破安全管理措施進行嚴格管理。邊坡重點、關鍵部位開挖需做好監測工作，及時記錄監測數據，認真分析，提前發現問題，及時做好處置。5明、棚洞基槽頂部設有人員通道時，必須在距基槽邊2m外設置防護欄桿，并設置夜間警示燈。1023、.2.3明、棚洞施工支架安全措施1明洞施工的襯砌臺車、臺架和棚洞施工高支模必須經過設計、檢算，確保其強度、剛度和穩定性。2支架施工作業搭設的扶梯、工作臺、腳手架、護身欄、安全網等，必須牢固可靠，并經驗收合格后方可使用。3支架拆除時，應在安全員檢查，警戒及防護措施到位后方可拆除，并按自上而下順序進行，嚴禁將架桿、扣件、模板等向下拋擲。11 環保措施11.1 不得向水體排放、傾倒工業廢渣、生活垃圾，或者在江河、湖泊、運河、涵渠、水庫最高水位線以下的灘地和岸坡存貯固體廢棄物。11.2設置簡易有效的隔油池，臨時食堂及機械車輛設備沖洗所產生的污水經隔油池處理排放。定期清掏隔油池內油和雜物。11.3施工場24、地臨時廁所，設化糞池并采取防漏措施。城市施工現場的臨時廁所采取水沖式，蹲坑上加蓋，并有防蠅、滅蛆措施。11.4及時清理、清掃施工現場，尤其是灑落的棄渣。保持場地清潔，避免不潔物質與大氣降水接觸，污染水體。11.5明、棚洞回填施工完成后，需及時按照設計圖紙對外露地表進行永久性防護及綠化，防止水土流失。12 應用實例12.1明洞施工應用實例12.1.1工程簡介由中鐵一局集團有限公司廣州分公司承建的南廣鐵路三垌1號隧道，進口設明洞長13米，采用單壓耳墻式明洞門；出口明洞長5米，采用偏壓路塹式明洞門。明洞襯砌厚度85cm，采用C35模筑砼。12.1.2施工情況三垌1號隧道設計共18m明洞，均采用明挖法25、施工。隧道進洞前，進行明洞開挖及防護一次成型，需要15天左右時間；邊仰坡防護完成后開挖仰拱，每循環510m，需58小時；進行仰拱初期支護，需610小時；澆注仰拱C35砼及填充C30砼，綁扎鋼筋、立模及澆砼需11.5天；合理安排下仰拱施工每循環需3天。仰拱砼等強后進行明洞二襯施工，模板臺車（10.1m）就位需68小時，綁扎明洞鋼筋需34天，安裝背模及堵頭模需2天左右，澆注C35砼1天，砼等強后拆除模板臺車需12天，合理安排下二襯施工每循環需78天。該明洞段施工工期為39天。12.1.3建設效果及施工圖片見圖3、圖4 圖3 明洞鋼筋綁扎 圖4 明洞模板安裝及加固12.2棚洞施工應用實例12.2.1工程簡介由中鐵一局集團有限公司承建的寶成鐵路棚洞隧道，棚洞長56米，采用了敞開式棚洞設計，內墻外柱混凝土施工。12.2.2施工情況任家灣棚洞隧道設計共56m長，棚洞外墻設計為立方柱，擴大基礎，方柱就地模筑施工，棚洞頂、內墻采用支架法混凝土現澆；洞頂回填主要是緩沖邊坡落石、坍塌的沖擊及排除坡面水。頂板施工完后，立即進行防水層施作，并按0.3m厚一層分層夯填；現澆頂板，在強度達設計的100%，回填土達0.7m厚時才拆除頂板支承架；采用粘土作隔水層與邊坡搭接良好，封閉嚴密。施工工期為6個月。12.2.3建設效果圖片見圖5圖5 棚洞效果圖片14