超大断面倾斜式单桩基础开挖及出碴施工工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种超大断面倾斜式单桩基础开挖及出碴施工工艺，包括步骤：一、管棚超前支护施工；二、洞口防护：在桩洞的洞口施工洞口支护结构；三、洞口出碴设备安装：在桩洞的洞口外侧安装出碴设备；出碴设备包括左右两个纵向走行架、能在两个纵向走行架上前后平移的横向走行架、能沿横向走行架左右平移的吊装设备和通过绳索吊装于吊装设备下方的出碴料斗；四、桩洞开挖及出碴施工：采用全断面开挖法由上至下分多个施工节段对桩洞进行开挖，每个施工节段开挖过程中采用出碴设备同步出碴。本发明工艺步骤简单、设计合理、投入成本低且施工简便、使用效果好，能简便、快速完成超大断面倾斜式单桩基础的开挖及出碴施工过程，施工过程易于控制。
【专利说明】
超大断面倾斜式单桩基础开挖及出碴施工工艺
技术领域
[0001]本发明属于粧基础施工技术领域，尤其是涉及一种超大断面倾斜式单粧基础开挖及出碴施工工艺。
【背景技术】
[0002]对开挖断面面积大于10m2且倾角(即中心轴线与铅垂线之间的夹角)大于45°的超大断面大倾角倾斜式单粧基础(以下简称超大断面倾斜式单粧基础)进行开挖时，必须采用工程措施以确保施工期间的岩体稳定及作业安全。国内对上述超大断面倾斜式单粧基础进行开挖时，多按照矿山隧道开挖作业方式进行开挖，并采用人工钻爆与小型机械挖掘机相结合的开挖方式。实际开挖时需加强支护，确保基础混凝土灌注前的围岩稳定。为尽量减少开挖作业对周边的扰动，基坑采用分部、分台阶开挖。
[0003]但上述开挖方法存在以下三方面的缺陷和不足:①断面分部、分台阶开挖时，通过减小施工空间、加大体内支撑等方式提高开挖安全性，但是空间狭小致使不能使用机械配合，机械化程度低，大大降低了施工进度，给施工带来了困难;②由于基础倾斜角度大大型机械无法自行进出基础，渣土或碴石无法利用有轨运输进行出渣，施工效率极低。
[0004]另外，现如今对开挖断面面积大于10m2且隧道最大倾角为45°的超大断面大倾角隧道进行施工时，斜井采用新奥法进行开挖施工，竖井与隧道施工均采用新奥法或盾构法进行施工。但实际施工时，上述两种施工方法均有其自身局限性，不同程度地存在缺陷和不足。其中，新奥法受地形、地质条件影响较大，而且对于倾斜角度大于45°的斜井施工难度系数很大，机械化程度低，施工过程困难。而盾构法主要适用于隧道开挖工程，并且施工投入大、场地限制较大，不适用于超大断面倾斜式单粧基础开挖施工。
[0005]目前所采用的出碴方式有很多种，主要包括斜井的有轨出碴、无轨出碴、连续皮带机出碴等方式。但对上述超大断面倾斜式单粧基础进行开挖施工过程中，开挖断面深度在30米以内时可采用挖掘机配合进行出碴，但是开挖断面深度在30米以上时即使采用2台挖掘机配合进行接力出碴也会很吃力，出碴过程施工难度大，极大程度上影响了后续开挖施工过程。而采用有轨出碴或连续皮带机出碴时，爆破作业会对轨道造成伤害，并且倾斜角度过大、开挖断面深度在30米以上的开挖进尺等因素都不允许使用轨道或连续皮带机进行出碴。并且，有轨出碴及连续皮带机出碴存在工序复杂、造价高、不机动、不灵活、施工干扰大等缺陷。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种超大断面倾斜式单粧基础开挖及出碴施工工艺，其工艺步骤简单、设计合理、投入成本低且施工简便、使用效果好，能简便、快速完成超大断面倾斜式单粧基础的开挖及出碴施工过程，施工过程易于控制。
[0007]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:一种超大断面倾斜式单粧基础开挖及出碴施工工艺，其特征在于:所施工超大断面倾斜式单粧基础为钢筋混凝土粧，所述钢筋混凝土粧的横断面面积大于10m2且其倾角大于45°;对所施工超大断面倾斜式单粧基础进行开挖及出碴施工时，包括以下步骤:
[0008]步骤一、管棚超前支护施工:对所施工超大断面倾斜式单粧基础的粧洞进行开挖之前，先对粧洞顶部进行管棚超前支护施工，获得施工成型的管棚超前支护结构；
[0009]步骤二、洞口防护:在粧洞的洞口施工洞口支护结构；
[0010]步骤三、洞口出碴设备安装:在粧洞的洞口外侧安装出碴设备；
[0011 ]所述出碴设备包括左右两个纵向走行架、安装在两个所述纵向走行架上且能在两个所述纵向走行架上进行前后平移的横向走行架、安装在横向走行架上且能沿横向走行架进行左右平移的吊装设备和通过绳索吊装于吊装设备下方的出碴料斗;两个所述纵向走行架均为竖向支撑架且二者分别布设在粧洞的洞口左右两侧，所述横向走行架呈水平布设且其与纵向走行架呈垂直布设;两个所述纵向走行架呈平行布设且二者均与粧洞呈平行布设；
[0012]步骤四、粧洞开挖及出碴施工:采用全断面开挖法由上至下分多个施工节段对粧洞进行开挖，且每个施工节段开挖过程中同步进行出碴，过程如下:
[0013]步骤401、初始施工节段开挖及出碴施工:采用钻爆法由上至下对粧洞的初始施工节段进行开挖施工，并采用步骤三中所述出碴设备进行出碴；
[0014]所述初始施工节段为多个所述施工节段中位于最上部的施工节段；
[0015]步骤402、下一个施工节段开挖及出碴施工:按照步骤401中所述的方法，对粧洞的下一个施工节段进行开挖及出碴施工；
[0016]步骤403、多次重复步骤402，直至完成粧洞中所有施工节段的开挖及出碴施工过程。
[0017]上述超大断面倾斜式单粧基础开挖及出碴施工工艺，其特征是:步骤四中所述施工节段的长度为0.5m?1.5m。
[0018]上述超大断面倾斜式单粧基础开挖及出碴施工工艺，其特征是:步骤401中进行初始施工节段开挖及出碴施工时，过程如下:
[0019]步骤1、钻爆:先采用钻孔设备在且当前所施工的开挖断面上钻取炮孔，再在已钻取炮孔内装药，装药完成后起爆进行爆破；
[0020]步骤Π、出碴，包括以下步骤:
[0021]步骤Π-1、挖掘机吊装到位:采用所述出碴设备将挖掘机吊装至当前所施工的开挖断面上；
[0022]步骤Π-2、料斗吊装出碴:采用所述出碴设备将出碴料斗吊装至当前所施工的开挖断面上后，采用步骤Π-1中所述挖掘机将爆破后产生的碴石装入出碴料斗内，再采用所述出碴设备将装有碴石的所述料斗吊至粧洞的洞口外侧；
[0023]步骤Π-3、多次重复步骤Π-2，直至完成步骤I中爆破后所产生碴石的出碴过程。
[0024]上述超大断面倾斜式单粧基础开挖及出碴施工工艺，其特征是:步骤Π -2中进行料斗吊装出碴时，包括以下步骤:
[0025]步骤Π-21、横向走行架水平前移及吊装设备平移:先将横向走行架沿两个所述纵向走行架水平向前移动，直至横向走行架位于当前所施工的开挖断面上方;再将吊装设备在横向走行架上进行向左平移或向右平移，直至吊装设备位于当前所施工的开挖断面上方；
[0026]步骤Π-22、料斗下放:采用吊装设备将出碴料斗吊装并下放至当前所施工的开挖断面上；
[0027]步骤Π-23、碴石装斗:采用步骤Π -1中所述挖掘机将爆破后产生的碴石装入出碴料斗内；
[0028]步骤Π-24、料斗上提:采用吊装设备将出碴料斗吊装并向上提升至粧洞的洞口上方；
[0029]步骤Π-25、横向走行架水平后移:将横向走行架沿两个所述纵向走行架水平向后移动，直至将出碴料斗移至粧洞的洞口外侧；
[0030]步骤Π-26、碴石倾倒:将出碴料斗内所装碴石倾倒于粧洞的洞口外侧。
[0031]上述超大断面倾斜式单粧基础开挖及出碴施工工艺，其特征是:步骤三中所述纵向走行架包括一根供横向走行架进行前后平移的纵向钢轨和多根由前至后支撑于纵向钢轨下方的竖向支撑杆；
[0032]所述横向走行架的左右两侧底部均安装有沿纵向钢轨进行前后平移的纵向走行轮，所述纵向走行轮安装在纵向钢轨上。
[0033]上述超大断面倾斜式单粧基础开挖及出碴施工工艺，其特征是:步骤三中所述横向走行架为由多根杆件拼装形成的支撑桁架；
[0034]所述横向走行架上设置有供吊装设备进行左右平移的平移轨道，所述平移轨道与横向走行架呈平行布设;所述吊装设备底部安装有在所述平移轨道上进行左右平移的横向行走机构，所述横向行走机构安装在所述平移轨道上。
[0035]上述超大断面倾斜式单粧基础开挖及出碴施工工艺，其特征是:步骤二中所述洞口支护结构为环形防护墙，所述环形防护墙为现饶混凝土墙且其位于所述管棚超前支护结构内侧；所述环形防护墙的形状与粧洞的洞口形状相同，所述环形防护墙进入粧洞的深度为Im?3m。
[0036]上述超大断面倾斜式单粧基础开挖及出碴施工工艺，其特征是:步骤三中多个所述施工节段均呈水平布设；
[0037]步骤301中采用钻爆法由上至下对粧洞的初始施工节段进行开挖施工时，开挖断面呈水平布设；
[0038]步骤一中所述粧洞的洞口位于边坡上；
[0039]所述粧洞由上至下分为上部开挖段、中部开挖段和下部开挖段；
[0040]所述上部开挖段、中部开挖段和下部开挖段均由上至下分为多个所述施工节段进行开挖施工；
[0041]所述上部开挖段的开挖断面由上至下逐渐增大，所述中部开挖段的开挖断面由上至下均相同，所述下部开挖段的开挖断面由上至下逐渐缩小。
[0042]上述超大断面倾斜式单粧基础开挖及出碴施工工艺，其特征是:步骤一中所述粧洞的洞口位于边坡上；
[0043]步骤一中进行管棚超前支护施工时，按照常规的管棚超前支护施工方法进行施工；
[0044]所述管棚超前支护结构沿粧洞的长度方向进行布设且其长度与粧洞的长度一致；所述管棚超前支护结构包括布设在边坡坡面上的导向墙、布设于导向墙内的拱形钢架、多根由后向前打入边坡内的管棚管和多个分别对多根所述管棚管进行导向的导向管，所述导向墙位于粧洞的顶部外侧；多个所述导向管均安装在拱形钢架上，多个所述导向管沿拱形钢架的中心线由左至右进行布设，且多个所述导向管均布设在同一平面上;所述拱形钢架与粧洞的长度方向呈垂直布设;所述导向墙为混凝土墙；
[0045]多根所述管棚管的长度均与粧洞的纵向长度一致;多根所述管棚管的外插角均为1°?3°，每根所述管棚管均与对其进行导向的导向管呈同轴布设；
[0046]所述边坡上设置有左右两个分别供拱形钢架的两个拱脚支撑的支撑墩，所述支撑墩为混凝土支撑墩;所述导向墙的左右两侧底部分别支撑于两个所述支撑墩上，所述导向墙与两个所述支撑墩浇筑为一体。
[0047]上述超大断面倾斜式单粧基础开挖及出碴施工工艺，其特征是:步骤一中进行管棚超前支护施工之前，还需采用预应力锚索组对边坡的两个待加固区域分别进行加固;两个所述待加固区域分别为位于两个所述支撑墩上方的区域;所述预应力锚索组包括多道分别锚入所述待加固区域内侧岩体内的预应力锚索，多道所述预应力锚索分多排多列进行布设。
[0048]本发明与现有技术相比具有以下优点:
[0049]1、工艺步骤简单、设计合理且投入成本低。
[0050]2、所采用的全断面支护结构简单、设计合理且施工简便、使用效果好，同时增设洞内锚索组，全断面支护结构与洞内锚索组形成封闭式强支护体系，能有效解决软弱围岩自身无法形成稳定支护体系的问题，同时改变了传统隧道通过初期支护达到围岩自身稳定再进行开挖的开挖工艺，实现了基础水平全断面开挖。
[0051]通过多个洞内锚索组实现以锚索形式将体外支撑转变为体内锚索支撑，大大加大了开挖施工的作业面，为挖掘机旋转出碴施工提供了作业面，提高了机械化施工水平，大大加快了开挖作业进程。同时，采用封闭成环的全断面支撑架并喷射钢纤维混凝土，来提高单粧基础的开挖稳定性，大大降低了施工风险。
[0052]3、所采用的开挖工艺步骤简单、设计合理且施工简便、施工效率高、施工效果好，采用全断面开挖方式，并且开挖断面呈水平布设，实现了基础水平全断面开挖，开挖难度大幅降低。
[0053]4、所采用的垂直吊装系统结构简单、设计合理且拆装简便、使用操作简便、使用效果好，能实现碴石、钢筋等的垂直运输，提出垂直吊装出碴方式，能有效解决超大倾角单粧基础施工中大型机械无法正常进出、作业空间狭小、倒运碴石困难的问题，突破了传统有轨运输出碴施工工艺，最大限度提升机械使用率，提高施工效率，极大降低施工安全风险。同时，采用垂直吊装系统吊装钢筋，满足粧洞内现场绑扎钢筋笼的施工需求。
[0054]5、所采用的垂直吊装系统占用空间小，并能大大提高单粧基础的施工效率。并且，垂直吊装系统位于洞口上方，不占用地面场地，不影响洞口车辆的出入。
[0055]6、所采用的钢筋笼绑扎方法步骤简单、设计合理且实现简便、使用效果好，采用垂直吊装系统将预先在加工厂制作完成的钢筋吊装入粧洞内进行绑扎，实现了在粧洞内部绑扎钢筋化整为零的目的，便于人工在机械设备无法到达的硐室内绑扎钢筋，省去了场地加工钢筋笼以及吊运钢筋笼的工序，同时绑扎的钢筋笼更加符合单粧基础的开挖线型。
[0056]7、利用满堂式脚手架作为钢筋绑扎的操作平台，方便人员施工，同时将倾斜的单粧基础转化为水平方向施工，操作更方便。满堂式脚手架还可以为后续混凝土施工提供方便，并且满堂式脚手架后期可以不用拆除，作为钢筋混凝土粧的内部刚性骨架，进一步提高钢筋混凝土粧的承载力。
[0057]8、采用垂直吊装系统进行垂直吊装出碴，具有以下优点:I)、采用出碴料斗出碴，方量大;2)、垂直吊装系统垂直提升碴石，出碴速度快，大大提升了作业效率;3)、垂直吊装系统安装在洞口上方，不影响出碴车辆进出施工现场，解决了场地狭小的困难;4)、通过垂直吊装系统提升挖掘机等出碴设备进出硐室，减少爆破对施工机械的损害；同时粧洞的上下断面可同时施工，不必为机械进出硐室设置便道，解决了爆破施工对施工机械及施工机械对全断面施工的影响；5)、垂直吊装系统安装在洞口上方，分离了工作面，实现出碴与运输连续作业，提高了工作效率，缩短了工序之间的衔接时间；6)、不占用施工现场的地面场地，方便施工机械进出施工现场，还不受爆破作业的影响；7)、有效解决了单粧基础倾斜角度大时机械无法直接到达基础内部的难题，使机械到达基础内部，提高了机械化施工水平。
[0058]9、使用效果好且实用价值高，首先，采用在边坡上钻孔打锚索的方式对坡面进行预压紧，防止仰坡坍塌;开挖前进行管棚超前支护施工;开挖过程中，采用全断面支护结构进行支护;并且，由于全断面开挖面积大，粧基倾角大，为防止坍塌，在粧洞顶部范围及左右侧壁内打锚索，将岩体通过锚索的预压锚固作用提高安全系数，因而本发明实现了“管棚超前、弱爆破、短进尺(即施工节段长度短)、紧支护、早封闭”的施工原则。本发明采用全断面支护结构配合洞内锚索组的护壁方式，并形成强支护体系，能有效保证全断面开挖时围岩稳定性，解决了施工空间狭小问题;并且，在洞口外侧设置垂直吊装系统，实现机械、碴石、钢筋等的垂直无轨运输，并能保证机械、碴石、钢筋等在大倾角粧洞内的自由运输，极大程度了提高施工效率，施工过程安全可靠。同时，本发明对开挖、出碴、支护以及钢筋笼绑扎方法分别进行改进，能有效保证超大断面倾斜式单粧基础的施工进度及开挖安全，能有效提高机械化水平，扩大工作面，机械进出粧洞方便；同时全断面的开挖配合加强支护，提高围岩稳定性，保证开挖过程中的岩体稳定，提高施工安全。
[0059]综上所述，本发明工艺步骤简单、设计合理、投入成本低且施工简便、使用效果好，能简便、快速完成超大断面倾斜式单粧基础的施工过程，施工过程易于控制。
[0060]下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
【附图说明】
[0061 ]图1为本发明的施工工艺流程框图。
[0062]图2为本发明管棚超前支护结构的结构示意图。
[0063]图3为本发明出碴设备的使用状态参考图。
[0064]图4为本发明施工成型粧洞的结构示意图。
[0065]图5为本发明洞口支护结构的结构示意图。
[0066]附图标记说明:
[0067]I 一粧洞；1-1 一上部开挖段；1-2 —中部开挖段；
[0068]n 一下部开挖段； 2—边坡；3—超开挖区；
[0069]4-丨一拱形钢架； 4_2 一管棚管；4_3 一导向管；
[0070]4-4 一导向墙； 5—支撑域；6—环形防护墙；
[0071]74—纵向走行架； 7_丨丨一纵向钢轨；7_丨2 一竖向支撑杆；
[0072]7-13—钢筋混凝土支墩；7-14—斜向支撑杆；7_2—横向走行架；
[0073]7-3一吊装设备； 7-4—绳索；7-5—出碴:料斗。
【具体实施方式】
[0074]如图1所示的一种超大断面倾斜式单粧基础开挖及出碴施工工艺，所施工超大断面倾斜式单粧基础为钢筋混凝土粧，所述钢筋混凝土粧的横断面面积大于10m2且其倾角大于45° ;对所施工超大断面倾斜式单粧基础进行开挖及出碴施工时，包括以下步骤:
[0075]步骤一、管棚超前支护施工:对所施工超大断面倾斜式单粧基础的粧洞I进行开挖之前，先对粧洞I顶部进行管棚超前支护施工，获得施工成型的管棚超前支护结构，详见图2；
[0076]步骤二、洞口防护:在粧洞I的洞口施工洞口支护结构；
[0077]步骤三、洞口出碴设备安装:在粧洞I的洞口外侧安装出碴设备；
[0078]如图3所示，所述出碴设备包括左右两个纵向走行架7-1、安装在两个所述纵向走行架7-1上且能在两个所述纵向走行架7-1上进行前后平移的横向走行架7-2、安装在横向走行架7-2上且能沿横向走行架7-2进行左右平移的吊装设备7-3和通过绳索7-4吊装于吊装设备7-3下方的出碴料斗7-5;两个所述纵向走行架7-1均为竖向支撑架且二者分别布设在粧洞I的洞口左右两侧，所述横向走行架7-2呈水平布设且其与纵向走行架7-1呈垂直布设;两个所述纵向走行架7-1呈平行布设且二者均与粧洞I呈平行布设；
[0079]步骤四、粧洞开挖及出碴施工:采用全断面开挖法由上至下分多个施工节段对粧洞I进行开挖，且每个施工节段开挖过程中同步进行出碴，过程如下:
[0080]步骤401、初始施工节段开挖及出碴施工:采用钻爆法由上至下对粧洞I的初始施工节段进行开挖施工，并采用步骤三中所述出碴设备进行出碴；
[0081]所述初始施工节段为多个所述施工节段中位于最上部的施工节段；
[0082]步骤402、下一个施工节段开挖及出碴施工:按照步骤401中所述的方法，对粧洞I的下一个施工节段进行开挖及出碴施工；
[0083]步骤403、多次重复步骤402，直至完成粧洞I中所有施工节段的开挖及出碴施工过程。
[0084]其中，所述钢筋混凝土粧的倾角指的是该粧的纵向中心线与竖直面之间的夹角，即所述钢筋混凝土粧的纵向中心线与铅垂线间夹角。
[0085]本实施例中，所述出碴料斗7-5和所述吊具均吊装于吊装设备7-3的正下方。
[0086]本实施例中，所述粧洞I的横截面顶部为拱形。
[0087]本实施例中，步骤四中多个所述施工节段均呈水平布设；
[0088]步骤401中采用钻爆法由上至下对粧洞I的初始施工节段进行开挖施工时，开挖断面呈水平布设。
[0089]本实施例中，所施工超大断面倾斜式单粧基础的围岩为泥岩弱风化围岩，所述钢筋混凝土粧的横断面面积为310m2且其与水平面之间的倾角为55.19°，所述钢筋混凝土粧的纵向长度(即斜向长度)为47米。并且，所述钢筋混凝土粧的横断面为22.5mX 16.4m的椭圆形截面。
[0090]实际施工过程中，步骤四中所述施工节段的长度为0.5m?1.5m。本实施例中，所述施工节段的长度为1.2m。
[0091]实际施工时，可根据具体需要，对所述施工节段的长度进行相应调整。
[0092]本实施例中，步骤一中所述粧洞I的洞口位于边坡2上。
[0093]如图2所示，所述管棚超前支护结构沿粧洞I的长度方向进行布设且其长度与粧洞I的长度一致，所述管棚超前支护结构位于粧洞I的拱部进行支护的支护结构。
[0094]本实施例中，步骤一中进行管棚超前支护施工时，按照常规的管棚超前支护施工方法进行施工；
[0095]所述管棚超前支护结构包括布设在边坡2坡面上的导向墙4-4、布设于导向墙4-4内的拱形钢架4-1、多根由后向前打入边坡2内的管棚管4-2和多个分别对多根所述管棚管4-2进行导向的导向管4-3，所述导向墙4-4位于粧洞I的顶部外侧;多个所述导向管4-3均安装在拱形钢架4-1上，多个所述导向管4-3沿拱形钢架4-1的中心线由左至右进行布设，且多个所述导向管4-3均布设在同一平面上;所述拱形钢架4-1与粧洞I的长度方向呈垂直布设；所述导向墙4-4为混凝土墙；
[0096]多根所述管棚管4-2的长度均与所述粧洞的纵向长度一致;多根所述管棚管4-2的外插角均为1°?3°，每根所述管棚管4-2均与对其进行导向的导向管4-3呈同轴布设；
[0097]所述边坡2上设置有左右两个分别供拱形钢架4-1的两个拱脚支撑的支撑墩5，所述支撑墩5为混凝土支撑墩。
[0098]同时，所述管棚超前支护结构还包括布设在边坡2上的导向墙4-4，所述导向墙4-4为拱形且其为混凝土墙体，所述拱形钢架4-1和多个所述导向管4-3均浇筑于导向墙4-4内。
[0099]本实施例中，所述拱形钢架4-1采用型钢弯曲而成，具体是采用118热乳型钢弯曲
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[0?00] 本实施例中，所述导向管4-3的直径为Φ 140mm且其壁厚为8mm，所述导向管4-3的长度为1.5m。
[0101]实际加工时，可根据具体需要，对导向管4-3的直径、壁厚和长度分别进行相应调整。
[0102]本实施例中，所述导向管4-3与拱形钢架4-1之间采用钢筋进行焊接固定。
[0103]本实施例中，所述导向墙4-4的圆心角为145°。
[0104]因而，在粧洞I顶部(也称拱部)145°范围内进行管棚超前支护。
[0105]本实施例中，所述管棚管4-2的直径为Φ 108mm且其壁厚为6.5mm，所述管棚管4-2的长度为47米，相邻两根所述管棚管4-2之间的环向间距为40cm。
[0106]实际施工时，可根据具体需要，对所述管棚管4-2的直径、壁厚和长度以及相邻两根所述管棚管4-2之间的环向间距分别进行相应调整。
[0107]本实施例中，利用管棚管4-2进行注浆时，所注浆液为水泥砂浆。
[0108]如图5所示，本实施例中，步骤二中所述洞口支护结构为环形防护墙6，所述环形防护墙6为现浇混凝土墙且其位于所述管棚超前支护结构内侧;所述环形防护墙6进入所述粧洞的深度为Im?3m，所述环形防护墙6与两个所述支撑墩5浇筑为一体，所述环形防护墙6通过两个所述支撑墩5分为上部墙体和位于所述上部墙体下方的下部墙体。
[0109]本实施例中，所述环形防护墙6进入所述粧洞的深度为Im且其墙体厚度为lm。
[0110]同时，所述环形防护墙6内设置有环向抗裂构造钢筋6-1。并且，所述环向抗裂构造钢筋6-1位于环形防护墙6的拱部。
[0111]本实施例中，步骤一中进行管棚超前支护施工之前，还需采用预应力锚索组对边坡2的两个待加固区域分别进行加固；两个所述待加固区域分别为位于两个所述支撑墩5上方的区域;所述预应力锚索组包括多道分别锚入所述待加固区域内侧岩体内的预应力锚索，多道所述预应力锚索分多排多列进行布设。
[0112]这样，通过两个所述预应力锚索组对边坡2进行简便、有效防护。
[0113]本实施例中，所述预应力锚索的长度为40m且其锚固段长度为10m，所述预应力锚索由后向前逐渐向下倾斜且下倾角度为20°，所述预应力锚索的设计锚固力为700kN。多道所述预应力锚索按照4m X 4m的间距布置，，拉完成后，灌注M35水泥砂浆。
[0114]本实施例中，步骤一中进行管棚超前支护施工之前，具体是对所述预应力锚索组进行施工之前，先对所施工粧基周侧的表层土和围岩分别进行清理，并开辟施工通道。
[0115]本实施例中，如图4所示，所述粧洞I由上至下分为上部开挖段1-1、中部开挖段1-2和下部开挖段1-3;
[0116]所述上部开挖段1-1、中部开挖段1-2和下部开挖段1-3均由上至下分为多个所述施工节段进行开挖施工；
[0117]所述上部开挖段1-1的开挖断面由上至下逐渐增大，所述中部开挖段1-2的开挖断面由上至下均相同，所述下部开挖段1-3的开挖断面由上至下逐渐缩小；
[0118]步骤四中进行粧洞开挖及出碴施工过程中，还需在粧洞I靠近所述垂直吊装系统的一侧由上至下进行开挖，并开挖形成超开挖区3;
[0119]所述超开挖区3与粧洞I内部连通且其外侧壁为竖向侧壁。
[0120]并且，所述超开挖区3的宽度与粧洞I的宽度相同，且超开挖区3内部与粧洞I内部连通。
[0121]本实施例中，由于粧洞I呈倾斜向布设，为解决所述垂直吊装设备将用于绑扎所述钢筋笼的钢筋吊装至粧洞I内侧底部的吊装需求，本发明采用超挖方式，具体是将粧洞I下部向下垂直开挖，并开挖形成超开挖区3，使用于绑扎所述钢筋笼的钢筋能吊装至粧洞I的内侧底部。
[0122]本实施例中，每个施工节段开挖及出碴施工完成后，均采用全断面支护结构对开挖成型的粧洞节段进行支护。
[0123]所述全断面支护结构为全断面支撑架与锚喷联合支护结构；
[0124]所述全断面支撑架与锚喷联合支护结构包括支撑于所述粧洞节段内的全断面支撑架、对所述粧洞节段的内壁进行加固的锚杆组和喷射于所述粧洞节段内壁上的混凝土喷射层，所述锚杆组的内端和所述全断面支撑架均固定于所述混凝土喷射层内；
[0125]所述全断面支撑架的数量为一个或多个，多个所述全断面支撑架沿所述粧洞节段的长度方向由上至下布设;每个所述全断面支撑架的外侧均布设有一个所述锚杆组;所述全断面支撑架的数量与所述锚杆组的数量相同；所述全断面支撑架的形状与所述粧洞节段的横断面形状相同，所述锚杆组包括多根沿所述全断面支撑架的内侧轮廓线由前至后布设的锚杆，多根所述锚杆均布设在所述粧洞节段的同一个横断面上;所述全断面支撑架与粧洞I的长度方向呈垂直布设。其中，所述粧洞节段的横断面指的是与所述粧洞节段的长度方向垂直的平面。
[0126]本实施例中，步骤四中进行粧洞开挖过程中，还需在粧洞I内由上至下布设多个洞内锚索组，上下相邻两个所述洞内锚索组之间的间距为3.5m?4.5m;每个所述洞内锚索组均与所述全断面支撑架呈平行布设；
[0127]每个所述洞内锚索组均包括多道布设在所述粧洞节段的同一个横断面上的锚索。
[0128]本实施例中，步骤401中进行初始施工节段开挖及出碴施工时，过程如下:
[0129]步骤1、钻爆:先采用钻孔设备在且当前所施工的开挖断面上钻取炮孔，再在已钻取炮孔内装药，装药完成后起爆进行爆破;其中，所述炮孔沿所述初始施工节段的纵向长度方向进行布设；
[0130]步骤Π、出碴，包括以下步骤:
[0131]步骤Π-1、挖掘机吊装到位:采用所述出碴设备将挖掘机吊装至当前所施工的开挖断面上；
[0132]步骤Π-2、料斗吊装出碴:采用所述出碴设备将出碴料斗7-5吊装至当前所施工的开挖断面上后，采用步骤Π-1中所述挖掘机将爆破后产生的碴石装入出碴料斗7-5内，再采用所述出碴设备将装有碴石的所述料斗吊至粧洞I的洞口外侧；
[0133]步骤Π-3、多次重复步骤Π-2，直至完成步骤I中爆破后所产生碴石的出碴过程。
[0134]本实施例中，步骤Π-2中进行料斗吊装出碴时，包括以下步骤:
[0135]步骤Π-21、横向走行架水平前移及吊装设备平移:先将横向走行架7-2沿两个所述纵向走行架7-1水平向前移动，直至横向走行架7-2位于当前所施工的开挖断面上方;再将吊装设备7-3在横向走行架7-2上进行向左平移或向右平移，直至吊装设备7-3位于当前所施工的开挖断面上方；
[0136]步骤Π-22、料斗下放:采用吊装设备7-3将出碴料斗7-5吊装并下放至当前所施工的开挖断面上；
[0137]步骤Π-23、碴石装斗:采用步骤Π -1中所述挖掘机将爆破后产生的碴石装入出碴料斗7-5内；
[0138]步骤Π-24、料斗上提:采用吊装设备7-3将出碴料斗7-5吊装并向上提升至粧洞I的洞口上方；
[0139]步骤Π-25、横向走行架水平后移:将横向走行架7-2沿两个所述纵向走行架7-1水平向后移动，直至将出碴料斗7-5移至粧洞I的洞口外侧；
[0140]步骤Π-26、碴石倾倒:将出碴料斗7-5内所装碴石倾倒于粧洞I的洞口外侧。
[0141]如图3所示，本实施例中，步骤三中所述横向走行架7-2为由多根杆件拼装形成的支撑桁架。
[0142]本实施例中，所述纵向走行架7-1包括一根供横向走行架7-2进行前后平移的纵向钢轨7-11和多根由前至后支撑于纵向钢轨7-11下方的竖向支撑杆7-12;
[0143]所述横向走行架7-2的左右两侧底部均安装有沿纵向钢轨7-11进行前后平移的纵向走行轮，所述纵向走行轮安装在纵向钢轨7-11上。
[0144]本实施例中，步骤三中所述纵向走行架7-1前侧支撑于边坡2上且其后侧支撑于边坡2外侧的地面上。
[0145]并且，所述纵向走行架7-1中所包括竖向支撑杆7-12的数量为四根，四根所述竖向支撑杆7-12由前至后分别为第一支撑杆、第二支撑杆、第三支撑杆和第四支撑杆，所述第一支撑杆和第二支撑杆均支撑于边坡2上，所述第三支撑杆和第四支撑杆均支撑于边坡2外侧的地面上。
[0146]本实施例中，步骤三中所述纵向走行架7-1还包括两根斜向支撑杆7-14，两根所述斜向支撑杆7-14位于所述第三支撑杆和第四支撑杆之间;两根所述斜向支撑杆7-14的上端均固定在纵向钢轨7-11上，且两根所述斜向支撑杆7-14的下端分别固定在所述第三支撑杆和第四支撑杆上。
[0147]实际加工时，可根据具体需要，对纵向走行架7-1中所包括竖向支撑杆7-12的数量以及各竖向支撑杆7-12的布设位置分别进行相应调整。
[0148]本实施例中，所述竖向支撑杆7-12和斜向支撑杆7-14均为钢管，所述竖向支撑杆7-12与纵向钢轨7-11和斜向支撑杆7-14之间以及斜向支撑杆7-14与纵向钢轨7-11之间均以焊接方式进行固定连接。
[0149]本实施例中，每根所述竖向支撑杆7-12底部均支撑在一个钢筋混凝土支墩7-13上，所述钢筋混凝土支墩7-13呈水平布设。
[0150]实际安装时，所述横向走行架7-2上设置有供吊装设备7-3进行左右平移的平移轨道，所述平移轨道与横向走行架7-2呈平行布设;所述吊装设备7-3底部安装有在所述平移轨道上进行左右平移的横向行走机构，所述横向行走机构安装在所述平移轨道上。
[0151]本实施例中，所述绳索7-4为钢丝绳。
[0152]由于本发明所施工超大断面倾斜式单粧基础的倾斜角度大，现有的出碴机械进出硐室困难，为了让出碴机械进出硐室需在粧洞I的下断面处修筑一个较为平缓的斜坡，但粧洞I下断面的开挖施工就会受阻。再加上施工场地在边坡2上，施工场地狭小，出碴机械进出场地困难。为了能够满足出碴及不影响施工车辆进出施工场地，需要满足出碴机械不占用大量场地，能够灵活机动地将硐室(即粧洞I)内的碴石运出场外。另外，由于本发明所施工超大断面倾斜式单粧基础采用爆破石方的方式(即钻爆法)进行开挖，在爆破过程中所有机械设备都要远离施工现场，笨重的出碴机械设备对施工干扰非常大。但本发明所采用的所述出碴设备能克服上述现有出碴机械存在的缺陷和不足。实际使用时，本发明采用的所述出碴设备中，通过出碴料斗7-5垂直出碴，并将出碴料斗7-5转运至洞外，然后通过洞口外侧的挖掘机将碴石装载到自卸汽车上运出场外。
[0153]本实施例中，所述绳索7-4下方也可以吊装供所述挖掘机水平放置的水平放置平台，所述绳索7-4的数量为多道。
[0154]本实施例中，所述纵向钢轨7-11的长度为36m，所述横向走行架7-2的左右两侧底部安装的所述纵向走行轮分别由两个纵向平移驱动电机进行驱动。所述吊装设备7-3为电动卷扬机，所述电动卷扬机与绳索7-4之间通过传动机构进行传动连接。同时，所述绳索7-4底端设置有用于吊装所述吊具或出碴料斗7-5的吊钩。
[0155]本实施例中，所述横向行走机构由横向平移驱动电机进行驱动。
[0156]实际使用时，所述纵向平移驱动电机、所述电动卷扬机和所述横向平移驱动电机均由遥控器进行远程控制，操作简易。
[0157]本实施例中，步骤Π-1中采用所述出碴设备将挖掘机吊装至当前所施工的开挖断面上时，先将所述水平放置平台通过绳索7-4吊装于吊装设备7-3下放后，再将需吊装的挖掘机水平放置于所述水平放置平台上。
[0158]这样，将挖掘机吊装至当前所施工的开挖断面上后，利用吊装至粧洞I内的挖掘机将碴石装入出碴料斗7-5内；待出碴完成后，再采用所述垂直吊装设备将所述挖掘机吊装至粧洞I外侧。随后，再对下一个施工节段进行开挖，防止爆破对挖掘机造成损害。
[0159]为施工简便、快速，步骤四中进行粧洞开挖及出碴施工过程中，当粧洞I的开挖深度不大于20m时，采用2台挖掘机配合直接出碴的方式，其中一台挖掘机将粧洞I内的碴石移至洞口外侧的平台上，另一台挖掘机将平台上的碴石装入自卸汽车中，由自卸汽车将碴石运出场外的弃碴场。当粧洞I的开挖深度大于20m时，挖掘机进出粧洞I不方便，采用所述出碴设备进行出碴。本实施例中，对上部开挖段1-1进行开挖时，采用上述2台挖掘机配合直接出碴的方式;对中部开挖段1-2和下部开挖段1-3进行开挖时，采用所述出碴设备进行出碴。
[0160]综上所述，本发明采用大倾角超大断面弱围岩全断面开挖支护方式。传统的斜井、隧道开挖施工采用新奥法，大致分为以下几种:台阶法、CD法、CRD法等，上述方法均应用岩体力学理论，以维护和利用围岩的自承能力为基点，采用初期支护为主要支护手段，及时进行支护，控制围岩的变形和松弛，使围岩成为支护体系的组成部分，并通过对围岩和支护的量测、监控来指导隧道施工和地下工程设计施工的方法和原则，但上述方法很难实现全断面整体开挖施工，工效极低。而本发明采用全断面开挖方法能快速完成开挖过程。
[0161]另外，采用新奥法对斜井、隧道进行开挖施工时，所采用的出碴方式一般为有轨运输，大型机械无法进洞作业，施工效率极低，且安全风险极大，而本发明通过全断面开挖方式并利用架设于洞口外侧的所述出碴设备进行垂直出碴，实现机械、碴石垂直运输，并解决了大倾角单粧基础开挖施工过程中大型机械无法正常进出、倒运碴石困难的问题，最大限度提升机械使用率，提高施工效率，极大降低施工安全风险。
[0162]以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
【主权项】
1.一种超大断面倾斜式单粧基础开挖及出碴施工工艺，其特征在于:所施工超大断面倾斜式单粧基础为钢筋混凝土粧，所述钢筋混凝土粧的横断面面积大于10m2且其倾角大于45° ;对所施工超大断面倾斜式单粧基础进行开挖及出碴施工时，包括以下步骤: 步骤一、管棚超前支护施工:对所施工超大断面倾斜式单粧基础的粧洞(I)进行开挖之前，先对粧洞(I)顶部进行管棚超前支护施工，获得施工成型的管棚超前支护结构； 步骤二、洞口防护:在粧洞(I)的洞口施工洞口支护结构； 步骤三、洞口出碴设备安装:在粧洞(I)的洞口外侧安装出碴设备； 所述出碴设备包括左右两个纵向走行架(7-1)、安装在两个所述纵向走行架(7-1)上且能在两个所述纵向走行架(7-1)上进行前后平移的横向走行架(7-2)、安装在横向走行架(7-2)上且能沿横向走行架(7-2)进行左右平移的吊装设备(7-3)和通过绳索(7-4)吊装于吊装设备(7-3)下方的出碴料斗(7-5);两个所述纵向走行架(7-1)均为竖向支撑架且二者分别布设在粧洞(I)的洞口左右两侧，所述横向走行架(7-2)呈水平布设且其与纵向走行架(7-1)呈垂直布设;两个所述纵向走行架(7-1)呈平行布设且二者均与粧洞(I)呈平行布设；步骤四、粧洞开挖及出碴施工:采用全断面开挖法由上至下分多个施工节段对粧洞(I)进行开挖，且每个施工节段开挖过程中同步进行出碴，过程如下: 步骤401、初始施工节段开挖及出碴施工:采用钻爆法由上至下对粧洞(I)的初始施工节段进行开挖施工，并采用步骤三中所述出碴设备进行出碴； 所述初始施工节段为多个所述施工节段中位于最上部的施工节段； 步骤402、下一个施工节段开挖及出碴施工:按照步骤401中所述的方法，对粧洞(I)的下一个施工节段进行开挖及出碴施工； 步骤403、多次重复步骤402，直至完成粧洞(I)中所有施工节段的开挖及出碴施工过程。2.按照权利要求1所述的超大断面倾斜式单粧基础开挖及出碴施工工艺，其特征在于:步骤四中所述施工节段的长度为0.5m?1.5m。3.按照权利要求1或2所述的超大断面倾斜式单粧基础开挖及出碴施工工艺，其特征在于:步骤401中进行初始施工节段开挖及出碴施工时，过程如下: 步骤1、钻爆:先采用钻孔设备在且当前所施工的开挖断面上钻取炮孔，再在已钻取炮孔内装药，装药完成后起爆进行爆破； 步骤Π、出碴，包括以下步骤: 步骤Π-1、挖掘机吊装到位:采用所述出碴设备将挖掘机吊装至当前所施工的开挖断面上； 步骤Π-2、料斗吊装出碴:采用所述出碴设备将出碴料斗(7-5)吊装至当前所施工的开挖断面上后，采用步骤Π-1中所述挖掘机将爆破后产生的碴石装入出碴料斗(7-5)内，再采用所述出碴设备将装有碴石的所述料斗吊至粧洞(I)的洞口外侧； 步骤Π -3、多次重复步骤Π -2，直至完成步骤I中爆破后所产生碴石的出碴过程。4.按照权利要求3所述的超大断面倾斜式单粧基础开挖及出碴施工工艺，其特征在于:步骤Π -2中进行料斗吊装出碴时，包括以下步骤: 步骤Π-21、横向走行架水平前移及吊装设备平移:先将横向走行架(7-2)沿两个所述纵向走行架(7-1)水平向前移动，直至横向走行架(7-2)位于当前所施工的开挖断面上方；再将吊装设备(7-3)在横向走行架(7-2)上进行向左平移或向右平移，直至吊装设备(7-3)位于当前所施工的开挖断面上方； 步骤Π-22、料斗下放:采用吊装设备(7-3)将出碴料斗(7-5)吊装并下放至当前所施工的开挖断面上； 步骤Π -23、碴石装斗:采用步骤Π -1中所述挖掘机将爆破后产生的碴石装入出碴料斗(7-5)内; 步骤Π-24、料斗上提:采用吊装设备(7-3)将出碴料斗(7-5)吊装并向上提升至粧洞(I)的洞口上方； 步骤Π-25、横向走行架水平后移:将横向走行架(7-2)沿两个所述纵向走行架(7-1)水平向后移动，直至将出碴料斗(7-5)移至粧洞(I)的洞口外侧； 步骤Π -26、碴石倾倒:将出碴料斗(7-5)内所装碴石倾倒于粧洞(I)的洞口外侧。5.按照权利要求1或2所述的超大断面倾斜式单粧基础开挖及出碴施工工艺，其特征在于:步骤三中所述纵向走行架(7-1)包括一根供横向走行架(7-2)进行前后平移的纵向钢轨(7-11)和多根由前至后支撑于纵向钢轨(7-11)下方的竖向支撑杆(7-12); 所述横向走行架(7-2)的左右两侧底部均安装有沿纵向钢轨(7-11)进行前后平移的纵向走行轮，所述纵向走行轮安装在纵向钢轨(7-11)上。6.按照权利要求1或2所述的超大断面倾斜式单粧基础开挖及出碴施工工艺，其特征在于:步骤三中所述横向走行架(7-2)为由多根杆件拼装形成的支撑桁架； 所述横向走行架(7-2)上设置有供吊装设备(7-3)进行左右平移的平移轨道，所述平移轨道与横向走行架(7-2)呈平行布设;所述吊装设备(7-3)底部安装有在所述平移轨道上进行左右平移的横向行走机构，所述横向行走机构安装在所述平移轨道上。7.按照权利要求1或2所述的超大断面倾斜式单粧基础开挖及护壁施工工艺，其特征在于:步骤二中所述洞口支护结构为环形防护墙(6)，所述环形防护墙(6)为现浇混凝土墙且其位于所述管棚超前支护结构内侧;所述环形防护墙(6)的形状与粧洞(I)的洞口形状相同，所述环形防护墙(6)进入粧洞(I)的深度为Im?3m。8.按照权利要求1或2所述的超大断面倾斜式单粧基础开挖及护壁施工工艺，其特征在于:步骤三中多个所述施工节段均呈水平布设； 步骤301中采用钻爆法由上至下对粧洞(I)的初始施工节段进行开挖施工时，开挖断面呈水平布设； 步骤一中所述粧洞(I)的洞口位于边坡(2)上； 所述粧洞(I)由上至下分为上部开挖段(1-1)、中部开挖段(1-2)和下部开挖段(1-3); 所述上部开挖段(1-1)、中部开挖段(1-2)和下部开挖段(1-3)均由上至下分为多个所述施工节段进行开挖施工； 所述上部开挖段(1-1)的开挖断面由上至下逐渐增大，所述中部开挖段(1-2)的开挖断面由上至下均相同，所述下部开挖段(1-3)的开挖断面由上至下逐渐缩小。9.按照权利要求1或2所述的超大断面倾斜式单粧基础开挖及护壁施工工艺，其特征在于:步骤一中所述粧洞(I)的洞口位于边坡(2)上； 步骤一中进行管棚超前支护施工时，按照常规的管棚超前支护施工方法进行施工； 所述管棚超前支护结构沿粧洞(I)的长度方向进行布设且其长度与粧洞(I)的长度一致;所述管棚超前支护结构包括布设在边坡(2)坡面上的导向墙(4-4)、布设于导向墙(4-4)内的拱形钢架(4-1)、多根由后向前打入边坡(2)内的管棚管(4-2)和多个分别对多根所述管棚管(4-2)进行导向的导向管(4-3)，所述导向墙(4-4)位于粧洞(I)的顶部外侧;多个所述导向管(4-3)均安装在拱形钢架(4-1)上，多个所述导向管(4-3)沿拱形钢架(4-1)的中心线由左至右进行布设，且多个所述导向管(4-3)均布设在同一平面上;所述拱形钢架(4-1)与粧洞(I)的长度方向呈垂直布设;所述导向墙(4-4)为混凝土墙； 多根所述管棚管(4-2)的长度均与粧洞(I)的纵向长度一致；多根所述管棚管(4-2)的外插角均为1°?3°，每根所述管棚管(4-2)均与对其进行导向的导向管(4-3)呈同轴布设；所述边坡(2)上设置有左右两个分别供拱形钢架(4-1)的两个拱脚支撑的支撑墩(5)，所述支撑墩(5)为混凝土支撑墩;所述导向墙(4-4)的左右两侧底部分别支撑于两个所述支撑墩(5)上，所述导向墙(4-4)与两个所述支撑墩(5)浇筑为一体。10.按照权利要求9所述的超大断面倾斜式单粧基础开挖及护壁施工工艺，其特征在于:步骤一中进行管棚超前支护施工之前，还需采用预应力锚索组对边坡(2)的两个待加固区域分别进行加固；两个所述待加固区域分别为位于两个所述支撑墩(5)上方的区域;所述预应力锚索组包括多道分别锚入所述待加固区域内侧岩体内的预应力锚索，多道所述预应力锚索分多排多列进行布设。
【文档编号】E02D27/12GK105970991SQ201610378846
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月31日
【发明人】徐永祥, 余海, 静国锋, 王高平, 白利勇, 曹佰玉, 田建伟, 张方博, 刘涛, 冯四超, 赵建民, 毕张龙, 周慧敏, 瞿代均, 张学钢
【申请人】中铁局集团有限公司, 中铁一局集团有限公司