一种新意法隧道下穿公路洞口仰坡防护结构及方法

技术领域

本申请涉及一种新意法隧道下穿公路洞口仰坡防护结构及方法，属于隧道下穿公路洞口仰坡支护技术领域。

背景技术

新意法即岩土控制变形分析法是Pietro Lunardi教授基于新奥法提出的新的是隧道开挖理念，意图通过控制隧道掌子面超前核心土的变形来实现隧道的安全开挖。新意法隧道多采用全断面开挖，对围岩的变形控制要求较高，同时新意法隧道下穿既有公路开挖时可能会导致既有公路产生较大的变形，因此丞需进行支护措施以保证隧道洞口段开挖安全和既有公路的正常使用。

隧道穿越既有线路施工风险和难度较大，施工风险和技术管理控制非常困难。洞口施工下穿既有地表结构的工程案例较少，且与常规隧道进洞边界约束条件相比，增加了既有公路保持运营的环境限制。同时，隧道洞口仰坡难以自稳，洞口段施工可能会对既有公路造成很大影响，如何减小隧道进洞对既有公路仰坡的影响是施工的关键难题。

发明内容

有鉴于此，本申请针对现有的隧道洞口仰坡难以自稳，洞口段施工可能会对既有公路造成很大影响，本申请提出一种微型钢管桩与锚杆联合支护结构作为隧道洞口仰坡的防护结构，提供了一种新意法隧道下穿公路洞口仰坡防护结构，所述防护结构包括：

微型桩，竖直设置于公路下方的隧道洞口旁，所述微型桩沿着公路间隔设置有若干个，所述微型桩包括钢管和以及填充在钢管内的水泥砂浆；

所述钢管竖直插入仰坡内，所述钢管上均匀设置有若干注浆孔，所述钢管内的水泥砂浆灌进钢管内，通过注浆孔渗透到钢管周边的仰坡内；

锚索锚具组件，包括若干锚索和若干锚具；所述锚索分别设置于至少间隔一个的所述微型桩之间，所述锚索一端固定于隧道洞口旁的仰坡内，所述锚索的另一端伸出仰坡；所述锚具分别锚固在所述微型桩上；

横向H梁，位于所述锚索和锚具背向仰坡的一侧，所述横向H梁分别与所述微型桩、锚索和锚具连接；

混凝土结构，包括混凝土和钢筋网片，所述钢筋网片铺设在整个桩-锚体系上，所述混凝土填充并包覆在所述微型桩、所述锚索、锚具、横向H梁以及钢筋网片上，所述混凝土与微型桩、锚索、锚具、H梁以及钢筋网片构成整个仰坡的防护结构。

所述防护结构的上方设置有截水沟。

微型桩-锚杆支护体系作为“新意法”隧道建造由于其施工方便、结构简单、布置灵活等优点，本申请提供过一种新意法隧道下穿公路洞口仰坡防护方法，用以解决上述隧道洞口段下穿既有公路“进洞”困难的问题。包括以下步骤：

(1)建立微型桩平台；

(2)在所述微型桩平台上根据布设位置钻设桩孔；

(3)在所述桩孔内分别制作微型桩；

(4)在微型桩之间均匀安装锚索，相邻的两个锚索通过锚具连接；

(5)将横向H梁安装在所述锚索和所述锚具背向仰坡的一侧；

(6)通过喷涂工艺向所述横向H梁、所述锚索、所述锚具以及所述微型桩上喷射混凝土，完成整个仰坡防护结构的制作；

其中，在整个施工期间对施工区域内原有路面的沉降进行持续的监测。

优选的，所述微型桩的制作过程为：

首先，根据桩孔的孔深确定钢管的数量；

其次，所述钢管沿着沿着桩孔的延伸方向布设；

然后，将灌浆机与钢管伸出桩孔的一端连接，向钢管内灌入水泥砂浆。

优选的，相邻所述微型桩之间的距离为0.5m～0.6m；

所述微型桩的高度与地表到至隧道底部的距离相同，所述微型桩的直径为150～180mm；

所述钢管的厚度为10mm。

优选的，位于同一桩孔内相邻的两个钢管之间通过套管连接。

优选的，所述水泥砂浆的水灰比小于等于0.5，水泥砂浆的强度等级为C30。

优选的，向钢管内灌入水泥砂浆时，采用一次性完成灌浆，且灌浆压力为1-3Mpa。

优选的，所述锚索的安装步骤为：

(1)在之上间隔一个的所述微型桩之间钻设锚索安装孔；

(2)将单个锚索和锚索注浆管分别插入锚索安装孔；

(3)通过灌浆机向锚索安装孔内灌注砂浆；

(4)在砂浆凝固达到设计强度的80％后，对锚索进行张拉。

优选的，锚索的张拉包括：

首先，进行1～2次的预张拉，其中预张拉的载荷水平为设计张拉的0.1-0.2倍；

然后，分五级对锚索进行正式张拉，其中五级的张拉载荷依次为设计拉力的40％、60％、80％、100％和120％，每级时间为10分钟。

优选的，所述喷涂工艺包括：

首先，在所述微型桩、所述锚索、所述锚具以及横向H梁上分别铺设钢筋网片片；

然后，沿着微型桩的延伸方向自下而上向钢筋网片方向依次分段进行喷涂，其中喷涂作业分多层完成，喷涂的厚度以4～6cm/层进行。

本申请能产生的有益效果包括：

1)本申请所提供的边坡防护结构，采用微型桩和锚索锚具组件结合的结构进行防护，该微型桩支护结构是微型桩桩体制作完成后配合后续的锚索锚具组件通过混凝土形成一体结构，提高安全性能，减少地下水对坡体的影响，作为新意法隧道洞口段开挖时的边坡土方围护结构可以使变形协调性大为增强，配合钢筋网片喷射混凝土大幅提高综合性能，抗渗效果好，可以起到很好的防水效果；

2)本申请所提供的一种新意法隧道下穿公路洞口仰坡防护结构及方法，解决现有工程中存在的洞口施工危险困难，洞口仰坡难以自稳的施工问题，微型桩施工的关键在于确保成桩质量，主要表现在成孔质量和混凝土质量控制等方面微型桩的施工关键技术为成孔、成桩的垂直度控制以及混凝土灌注技术。本施工方法实现了下穿公路隧道洞口处的微型桩防护施工，本申请可适用于各类隧道洞口临近重要建构筑物及重要道路的防护，能够保证临近道路的正常使用和下部隧道的施工安全。

附图说明

图1为本发明仰坡防护结构的结构示意图；

图2为仰坡防护结构与截水沟的位置示意图；

图3为本发明微型桩的结构示意；

图4为本发明锚索结构示意图；

图5为本发明桩—锚结构布置图；

图6为本发明监测点布置图；

图7为本发明流程图；

其中：1-微型桩；2-桩孔；3-钢管；4-套管；5-注浆孔；6-焊接；7-水泥砂浆；8-锚索；9-锚具；10-横向H型梁；11-钢筋网片；12-混凝土；13-既有公路；14-截水沟；15-锚索注浆管；16-注浆体；17-注浆管固定器；18-隧道管棚超前支护；19-路面沉降监测点。

具体实施方式

下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。

实施例一

根据附图1-3所示的一种新意法隧道下穿公路洞口仰坡防护结构，所述防护结构包括：

微型桩1，竖直设置于公路下方的隧道洞口旁，所述微型桩1沿着公路间隔设置有若干个，所述微型桩1包括钢管3和以及填充在钢管3内的水泥砂浆；

所述钢管3竖直插入仰坡内，所述钢管3上均匀设置有若干注浆孔5，所述钢管3内的水泥砂浆灌进钢管3内，通过注浆孔5渗透到钢管周边的仰坡内；

锚索锚具组件，包括若干锚索8和若干锚具9；所述锚索8分别位于至少间隔一个的所述微型桩1之间，所述锚索8一端固定于隧道洞口旁的仰坡内，所述锚索8的另一端伸出仰坡；所述锚具9分别连接相邻的锚索8伸出仰坡的一端；

横向H梁10，位于所述锚索8和锚具9背向仰坡的一侧，所述横向H梁10分别与所述微型桩1、锚索8和锚具9连接；

混凝土结构，包括混凝土12和钢筋网片11，所述筋网片铺设在整个仰坡上，所述混凝土12填充并包覆在所述微型桩1、所述锚索8、锚具9、横向H梁10以及钢筋网片11上，所述混凝土12与微型桩1、锚索8、锚具9、横向H梁10构成整个仰坡的防护结构；

所述防护结构的上方朝向既有公路13的一侧设置有截水沟14。

实施例二

本申请的施工基本施工流程为：

测量和放线→现场清理→微型桩平台开挖→钻进成孔→清除孔底沉渣→吊放钢管→二次清孔→灌浆→成桩→隧道顶部截水沟施工→临时硬横跨施工→开挖施工→锚索施工→喷射混凝土→下一循环施工，具体的：

根据附图4-7所示的一种新意法隧道下穿公路洞口仰坡防护方法，包括以下步骤：

(1)建立微型桩平台，所述微型桩平台位于公路的下穿隧道的洞口的仰坡处，其中微型桩平台的建立步骤包括：

1)测量放线确定施工场地；

2)根据施工现场情况，人工配合挖掘机对微型桩平台进行平整和清理，微型桩平台场地平整至设计场坪标高，为下一步微型桩施工做准备。

(2)在所述微型桩平台上根据布设位置钻设桩孔2；具体为：

1)根据设计图纸，采用木楔在微型桩平台上标记好各微型桩的位置，其中木楔放在待安装的微型桩的桩孔的圆心处。钻孔应对准木楔顶部，以确保钻孔位置符合设计图纸的要求，并按照施工图纸对各桩孔进行编号，其中所有桩孔的桩位、桩径、间距、深度，施工图纸均已给出确定尺寸，施工前对需要各微型桩的位置编号并标记，作为后续施工的参考基础；

2)钻孔，将多功能钻孔放在指定位置，水平放置，防止倾斜；将钻杆吊至钻机侧面，缓慢钻孔，直至成孔，桩孔2的孔径为240mm；钻杆每3m连接一次，直至达到设计深度。

(3)在所述桩孔2内分别制作微型桩1；

3)在若干微型桩1之间间隔设置有锚索8，其中锚索8的设置密度根

据

仰坡的防护结构的设计强度来确定，通常为每3～5个微型桩1之间设置一个锚索8，相邻的两个锚索8通过锚具9连接；

(4)将横向H梁10安装在所述锚索8和所述锚具9背向仰坡的一侧；

(5)通过喷涂工艺向所述横向H梁10、所述锚索8、所述锚具9以及所述微型桩1和喷射混凝土12，完成整个仰坡防护结构的制作。

施工期间，应持续监测施工区域内原有路面的沉降，路面沉降监测点19布置应满足下列要求：

1)监测点埋设：在隧道进口方向穿过原道路的位置，在原道路的左右车道上分别布置5个监测点，水平间距3m，纵向间距2m，共20个监测点。

2)监测频率：施工期间每天2～3次。

进一步的，相邻所述微型桩之间的距离为0.5m～0.6m；

所述微型桩的高度与地表到至隧道底部的距离相同，即微型桩的高度根据地表至隧道底部的距离来确定，所述微型桩的直径为150～180mm，在本申请的一个实施例中，所述微型桩的直径为168.3mm，所述钢管的厚度为10mm。

进一步的，所述微型桩的制作过程为：

首先，根据图5桩-锚结构布置图确定桩孔2的孔深及钢管3的数量；

其次，所述钢管3沿着沿着桩孔2的延伸方向布设，然后，将灌浆机与钢管3伸出桩孔的一端连接，向钢管3内灌入水泥砂浆，灌入钢管3内的水泥砂浆通过注浆孔5向钢管附件的仰坡内渗透，从而使微型桩1与仰坡成为一个整体；

具体为：清理干净各桩孔2之后，在桩孔2内安装钢管3，各钢管3沿着桩孔2的延伸方向顺次放入桩孔2内，各钢管3的轴心与桩孔2的中心线重合，相邻的两个钢管3的端部通过套管4连接，位于桩孔2顶部的钢管3一端伸出桩孔2露出地面200mm(即钢管上端的50mm的PVC管露处地面)以方便钢管3与灌浆机上的灌浆管的连接，套管4的两端分别与相邻两个钢管3的互相靠近的一端的内壁。

进一步的，位于同一桩孔内相邻的两个钢管之间通过套管连接。

进一步的，所述水泥砂浆的水灰比小于等于0.5，水泥砂浆的强度等级为C30。

进一步的，向钢管内灌入水泥砂浆时，采用一次性完成灌浆，且灌浆压力为1-3Mpa。

进一步的，所述锚索的安装步骤为：

(1)在至少间隔一个所述的微型桩之间钻设锚索安装孔；

(2)将单个锚索和锚索注浆管15分别插入锚索安装孔；

(3)通过灌浆机向锚索安装孔内灌注砂浆；

(4)在砂浆凝固达到设计强度的80％后，对锚索进行张拉。

具体为：

锚索采用高强度的钢绞线，其强度等级为1860MPa，钢绞线的直径为Φ15.24mm。检查确认锚索数量与桩孔的数量一致，用高压空气清理各锚索安装孔，然后慢慢将锚索插入锚索安装孔的孔底，锚索注浆管15一端套在锚索外，与锚索一起插入锚索安装孔内，锚索注浆管15的另一端与注浆机连接，锚索注浆管15通过注浆管固定器17固定在仰坡上；插入锚索安装孔内的锚索注浆管15与孔底之间应保持30-50cm的距离。

然后注浆机通过锚索注浆管15向锚索和锚索安装孔内灌注砂浆，灌注的砂浆凝固后形成注浆体16；

锚索安装完成后，在相邻的两个锚索之间安装锚具，锚具分别连接两个相邻的锚索；

最后，在锚索和锚具外侧安装横向H型钢梁(HEA180)。

其中，锚索孔内灌浆材料采用C30水泥，最大水灰比为0.5，自下而上灌浆，灌浆压力不小于1～2.5MPa，以保证锚索安装孔内灌满。在砂浆凝固之前，不得拉动和移动锚索。当固体达到设计强度的80％后，即可张拉锚索。张拉前必须对张拉设备进行校准，以确保能够满足预应力值。

进一步的，锚索的张拉包括：

首先，进行1～2次的预张拉，其中预张拉的载荷水平为设计张拉的0.1-0.2倍；

然后，分五级对锚索进行正式张拉，其中五级的张拉载荷依次为设计拉力的40％、60％、80％、100％和120％，每级时间为10分钟。

具体为：锚索在正式张拉前进行1-2次预张拉，荷载水平为设计张拉的0.1-0.2倍。锚索的形式拉力分为五级，每级荷载分别为设计拉力的40％、60％、80％、100％和120％，每级时间应为10分钟，并分别记录每级锚索的伸长量。应记录每个稳定时间内1、3、5和10分钟的锚索位移值。加载速率(KN/min)50-100。当拉力达到最终荷载且变形稳定时，卸载至锁定荷载并锁定锚索，其中设计拉力为60KN。

进一步的，所述喷涂工艺包括：

首先，在所述微型桩、所述锚索、所述锚具以及横向H梁上分别铺设钢筋网片；钢筋网的网格间距为15*15cm，钢筋为A240钢筋，ф8。

然后，沿着微型桩的延伸方向自下而上向钢筋网片方向依次分段进行喷涂，其中喷涂的厚度以4～6cm/层进行。

喷涂工艺具体为：

微型桩防护采用规格C20喷射混凝土，采用湿拌形态的混凝土进行喷射。喷射前，用高压空气将表面松散的土石清理干净，并埋设标记钉，控制喷射混凝土的厚度；喷涂作业分层完成，各层喷涂作业自下而上依次分段进行，每段长度不超过6米。初始喷涂厚度为4-6cm。喷涂操作以适当的厚度(4-6cm/层)进行，后一层在前一层凝固后进行喷涂。

在本申请中，图4为所述截水沟14的设计图，截水沟14为现浇C25钢筋混凝土矩形截水沟，厚度20cm，宽度60cm，深度60cm，截水沟14位于隧道的顶部，设置于既有公路13与仰坡防护结构之间。

需要说明的是：

本申请所涉及的仰坡所处的隧道近乎垂直下穿现状道路，并且隧道进口紧邻道路段埋深极浅，对后续洞口边坡防护、洞门结构施工以及道路正下方隧道开挖极为不利，因此必须首先保证在工程施工期间现状道路的正常使用，不对其造成任何不利影响，以便后续隧道施工的正常进行。由此，本申请采用微型桩和锚索支护结合的防护施工工法，便是综合考虑了对现状道路防护和洞口边坡防护的施工方法，利用微型桩结合锚索结构和网喷混凝土形成综合防护结构，并在防护结构上方，即隧道顶部设置截水沟，用以防止地表水对防护结构的影响，保证防护边坡安全。

如图5所示，所述微型桩布置于下穿隧道洞口上方，沿既有公路均匀布置。如图6所示，所述锚索布置于新意法隧道管棚超前支护18上方。(锚索堆土体的加固作用对超前管棚施工也有一定的帮助)

图7为所述桩锚支护体系中原有公路路面沉降监测点位布置图，测点沿既有公路两车道均匀布置，位置位于下穿隧道双线上方，微型桩1与既有公路13之间，共20个。

本申请的安全性高：在隧道上部既有公路13的路边不具备大型机械作业场地，采用多功能钻机进行钻孔作业，既保证了既有公路的正常使用，又提高了微型桩施工的安全性，确保了灌注的安全性。

质量佳：微型桩的施工关键技术为成孔、成桩的垂直度控制以及混凝土灌注技术。施工过程各工艺流程简洁明了，发现问题能快速有效地处理，从而加快施工进度，保证施工质量。

建设投资更低：微型桩施工造价相对经济合理，施工期间工程造价在同等的地质条件下比连续墙降低40％左右，比人工挖孔桩降低20％左右，本工法操作方便，减少了劳动力投入，降低了劳动强度，节约施工工期。

绿色环保：微型桩与普通钻孔灌注桩或地下连续墙等维护结构相比，具有施工速度快、噪音低、造价低、无污染等优点，利于各种情况下的边坡防护工程。

以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。