12明棚洞施工技术

3-1-12明棚洞施工技术

1.前言

1.1明、棚洞定义

明洞是隧道工程遵循“无洞门”设计理念和“早进晚出”的设计思想，或路基工程过崩塌落石段，本着尽量减少隧道或路基防护结构建设对周围环境的破坏，体现环保，并能充分发挥设计创造力，以达到景与观、天与地、力与美的合谐统一而用明挖法修建的洞口段隧道或路基防护结构。明洞有许多种形式，采用最多的是拱式明洞（习惯简称明洞）和棚式明洞（习惯简称棚洞）。拱式明洞结构形式与一般隧道基本相似，也是由拱圈、边墙和仰拱或铺底组成；棚洞是框架结构，顶上不是拱圈而是梁板，内墙一般为重力式墩台结构，抵抗山体的侧向压力。

1.2明、棚洞施工工艺特点

明、棚洞施工不同于一般隧道，因为它不是在地层内先挖出坑道，然后修建结构物的，而是要在地面路堑上或敞口基坑内，先修筑结构物，然后再回填覆盖土石。因此，明、棚洞施工分三步，第一步明挖明、棚洞路堑或基坑，核心是边仰坡支护；第二步是模筑明、棚洞结构，重点是基础处理；第三步是明、棚洞结构顶回填，关键是结构外附加防水层施工。

1.3明、棚洞类型及适用范围

1.3.1 明洞

当隧道口地形或地质条件难用暗挖法修建隧道时，例如：洞口附近埋深很浅，施工时不能保证上方覆盖层的稳定；或是深路堑、高边坡上有较多的崩塌落石，以致对行车有威胁，常需修筑拱式明洞防护。拱式明洞结构坚固，可以抵抗较大的推力，适用范围较广。常见拱式明洞分为路堑式（对称型、偏压型）和半路堑式（偏压型、单压型）。其中，半路堑式拱型明洞常见有耳墙式和长腿式两种特殊类。另外，还有一类名为综合功能拱形明洞。

（1）路堑式拱形明洞：适用于隧道口两侧都有高边坡的路堑中。在挖出路堑基面上，先修建与隧道二次衬砌相似的结构，但截面尺寸稍大一些。然后，在结构外施作防排水体系，再回填上面覆盖的土石，两侧墙外填以浆砌片石，使其密实，上面填以土石，夯实并覆盖防水粘土层，上留有排水的沟槽，以防地面水渗入。

（2）半路堑式拱形明洞：适用于傍山隧道的洞口或傍山线路上，一侧边坡陡且有坍方、落石可能，对行车安全有威胁；或隧道必须通过不良地质地段而急需提前进洞。因半路堑式拱形明洞受到单侧压力，虽然结构内轮廓与隧道一致，仍是左右对称的，但结构截面却左右不同，外墙需要相对地加大，而且必须把基础放置在稳固的基岩上；特殊情况下，拱圈也可能采用变截面，以抵抗单侧压力。

（3）耳墙式拱形明洞：是半路堑式拱形明洞的特殊形式，适用于半路堑外侧地形低下，不能保持回填土的天然稳定坡度，或按天然稳定坡度，边坡将延伸很远；其结构特点是在外墙顶上，接高一段挡墙，用以拦截土石流走。

（4）长腿式拱形明洞：是半路堑式拱形明洞的又一种特殊形式，适用于半路堑外侧边墙基底地质不好，不足以承受外墙传来的压力而必须把基础放到下面较深的基岩上时。其结构特点是外墙延伸直达基岩，成为内、外墙不同，内短、外长的形式。 （5）综合功能拱形明洞：是明洞与其它结构共同设计，其不仅仅起明洞作用的一个综合结构体。当隧道口或路基下穿既有道路或沟渠，为保证既有道路和沟渠不中断，可以修建带有路槽或渡槽的综合功能拱形明洞；滑坡地段，可以修建带有挡墙或抗滑桩综合功能的拱形明洞。

1.3.2 棚洞

棚洞为板、墙结构，基础必须放置在稳固的基岩上。从构造上，棚洞分为柱式、墙式、刚架式等。除此之外，还有悬臂棚洞、柱式挑檐棚洞和平顶斜腿方柱轻型棚洞等特殊结构形式。其中，平顶斜腿方柱轻型棚洞结构形式较为美观。

（1）柱式棚洞：结构外侧支撑体系是柱，适用于外侧基岩较浅，地基基础承载力较大，且外墙不受侧向压力，仅承受梁和盖板的竖向荷载情况。根据棚洞防护落石的严重与否以及地质情况柱式棚洞有柱式挑檐棚洞和平顶斜腿方柱轻型棚洞等特殊结构形式。

（2）墙式棚洞：结构外侧支撑体系是墙。适用于外侧基岩较深，修建坚固的基础工程太大，且外墙不受侧向压力情况。根据棚洞防护落石的严重与否以及地质情况，墙式棚洞又有整板式和连拱式外墙两种常见类型。

（3）刚架式棚洞：结构为多层框架。适用于非常陡峻的边坡，外侧基岩较深，必须把结构内、外墙连成框架整体的情况。

（4）悬臂棚洞：结构内墙为重力式或桩柱，上端接悬臂式横梁，其上铺以盖板。适用于稳固而陡峻的山坡，外侧地形难以满足一般棚洞的地基要求，且落石不太严重（指落石的块度不大，数量不多，冲击不利害）的情况。该类棚洞对内墙的稳定性要求很严，施工必须十分谨慎，又是不对称结构，应当慎用。

另外，从棚洞内墙结构上可明确分为重力式内墙棚洞、拉锚式内墙棚洞和重力、拉锚结合式棚洞。拉锚式内墙棚洞适用于侧坡较陡，坡面稳定而坚实，且外墙不受侧向压力情况。反之，则用重力式内墙棚洞。

2.明洞施工工艺

2.1明洞施工工艺概述

明洞施工应根据不同地形、地质条件，可选用先拱后墙法、墙拱交替法、先墙后拱法、跳槽先墙后拱法和拱墙整体灌筑法。

（1）先拱后墙法：适用于施工边坡稳定性差，但拱脚承载力较好，能保证拱圈稳定的情况。

（2）墙拱交替法：适用于半路堑式明洞施工，先作外侧边墙，继作拱圈，再作内边墙。

（3）先墙后拱法：适用于施工边坡能暂时稳定的情况。

（4）跳槽先墙后拱法：适用于路堑式明洞拱脚地层松软，不能采用先拱后墙法施工，而明洞相对较长，在起拱线以上挖出后，采用跳槽挖井法先灌筑两侧部份边墙，继而作拱圈，最后作其余边墙。

（5）拱墙整体灌筑法：适用于施工边坡通过一定的临时支护手段能暂时稳定，且具备相应机具设备条件的情况。 终因先拱后墙法和墙拱交替法施工明洞在结构完整性和局部受力合理性以及接缝防水处理等方面都存在很多问题，现很少采用。一般情况下，明洞施工都采用拱墙整体灌筑法；设备条件差时采用先墙后拱法；地质条件特差的情况下，采用跳槽先墙后拱法。

明洞结构类型较多，但施工工艺大同小异，此以最常见的路堑式拱形明洞拱墙整体灌筑法为例叙述明洞的施工工艺。

2.2 明洞施工工艺流程图

见下面工艺框图（图2-2）。

2.3明洞施工准备

明洞施工准备包括“三通一平”准备，机械设备准备、施工技术准备和场区现场准备等。

（1）“三通一平”准备是所有工程施工前提，明洞工程的“三通一平”根据因地制宜原则，随项目工程施工总体规划尽早进行，以便极早开辟隧道工程或路基关键防护工程施工作业面。

（2）拱墙整体灌筑法施工路堑式拱形明洞所需的主要机械设备包括土石方开挖设备，电力、动力设备，钢筋、木工加工设备，运输设备、砼施工设备和结构内模板支架设备，施工前都必须准备好。其中，明洞结构内模板支架设备因明洞尺寸各异具有特定性，必须在施工前尽早准备；中、长隧道口的明洞一般采用适用于隧道整体式二次衬砌台车，短隧道和路基防护明洞一般采用自制的结构内模台架。

（3）施工技术准备包括明洞设计交底、明洞设计图纸会审、明洞分项工程施工技术方案报审、明洞施工技术交底和明洞施工现场定位测量等。其中，明洞施工现场定位测量必须是在施工场区周边的平面和高程控制网建立好后才进行，主要包括三方面①明洞中线定位测量；②根据实际地形断面和设计路堑边、仰坡断面及坡率反推放样的边、仰坡顶线；③路堑边、仰坡顶外的天沟及截水沟中线。该线放样不是特别严格，但必须满足与边、仰坡顶的安全距离，做到顺直流畅，使天沟及截水沟既能达到边、仰坡顶所需的截、排水功能，又便于种植美化和隐形，尽可能减小对自然环境的破坏。

（4）场区现场准备包括场区绿化的清除或移植、场区腐植及垃圾土清理和场区周边截、排水沟的修建等。明洞路堑开挖范围的绿化根据具体情况采取清除或移植，实施前必须放样好路堑开挖的边、仰坡顶线，避免超宽清走绿化。截、排水沟修建在机械能作业的地方采用机械挖沟槽，人工清理成型，无法作业点采用人工挖沟槽。沟槽开挖出的土、石需堆在合适位置或清运走，严禁松堆在陡坡上，对明洞路堑施工形成安全隐患。因明洞成型后需回填，明洞路堑顶的天沟和截水沟一般属临时排水体系，沟的形状及沟壁支护形式视具体情况而定，条件允许尽可能采用梯形沟，沟壁不护或喷播防护。

2.4明洞段土石方开挖及边、仰坡支护

2.4.1 明洞段土石方开挖

（1）明洞土石方开挖根据地形、地质条件，边仰坡稳定程度和采用的施工方法，确定全段或分段开挖以及边、仰坡的坡度。按设计要求进行边、仰坡放线，自上而下逐段开挖，不得掏底开挖或上下重叠开挖。石质地段爆破开挖应防止危害边坡、仰坡的稳定，拉糟爆破后，应及时清除松动石块；松软地层开挖后应及时夯实整平边、仰坡，且严格做到随挖、随支护。开挖的土、石应弃在不危害边坡及其他建筑物稳定地点，并不得影响运输安全。不宜在雨季施工，如必须在雨季施工时，应加强防护，并随时监测、检查山坡稳定情况，如有滑动、开裂等现象，应适当放缓坡度，保证边、仰坡稳定和施工安全。隧道明洞洞口支挡工程应结合土石方开挖一并完成。

（2）明洞土、石方开挖前先修建好明洞路堑顶的天沟和截水沟，防止地表水冲刷导致边坡落石、坍方，清除洞边、仰坡顶有可能滑塌的表土、灌木及山坡危石等，不留后患。边、仰坡一般采用锚、网、喷支护。与暗挖隧道相接明洞上部土石方开挖后，立即利用下部未开挖部分作为暗挖进洞超前支护施工作业平台，进行洞口超前支护施工。明洞段下部土石方开挖在进洞超前支护施工完后立即跟进，为暗挖断面各部安全进洞创造必要条件。

（3）明洞土石方开挖采用挖掘机自上而下先剥离土方或风化层，创造台阶，形成台阶前局部辅以小规模整平爆破。当明洞不长、路堑开挖宽度和深度不大，土石方量较小或明洞周边有需保护的建、构筑物，采用分台阶小爆破。若明洞长、路堑开挖宽度和深度大，土石方量较大，周边无重点保护建、构筑物，采用简易潜孔钻机由上而下进行梯段深孔台阶控制爆破；每层台阶高度5～9m、孔径(48～76)mm，炮孔倾斜角3:1～2:1。装碴采用挖掘机挖装、自卸汽车外运到弃碴场，优质碴料可用于加工砼集料和临时工程。

（4）石方边坡预裂控制爆破根据周边环境，合理选择孔网参数和起爆方式，严格控制爆破飞石、振动，确保爆破块度均匀。为此，需做到以下五个方面。 1）预裂爆破周边孔一律采用导爆索药串装药结构，孔底加强，孔口减弱，药卷直径选取必须保证不藕合系数大于2。

2）接近路堑底部时必须严格控制台阶高度，合理确定超深，以保证基岩的完整性。

3）严格控制钻孔偏差，深孔爆破其每米偏差不得大于10cm。

4）排间采用V型起爆方式，其微差时间选择必须考虑爆破块度和振动要求两个因素，通常深孔爆破合理时差取25～50ms。

5）装药前验收炮孔，重点检查炮孔的实际深度、倾角、孔距、排距及最小抵抗线，看是否符合设计并根据实际孔网参数进行药量调整。

2.4.2 明洞段路堑边、仰坡支护

（1）明洞路堑边、仰坡支护根据边、仰坡地形和地质条件，边、仰坡的高度和断面形状及稳定程度，边、仰坡成型土石方开挖施工方法确定支护参数。但明洞成型后路堑需回填，因此，边、仰坡支护绝大部分属临时支护，只有部分仰坡要永久外露变成永久支护。

（2）明洞路堑土石方纵向分段、竖向分层，自上而下逐段开挖后的边、仰坡一般采用及时跟进的锚、网、喷支护，必要时采用拉锚、支挡措施。土层边、仰坡一般采用长土钉加粗钢筋网格、叠细钢筋网喷射砼形成土钉墙支护，长土钉的直径、长度以及钉头背的粗钢筋直径根据边、仰坡土层的c、φ值和坡率以及坡顶是否有额外荷载而定。石层边、仰坡一般采用锚杆加单或双层细钢筋网喷射砼支护，锚杆的钢筋直径、长度根据石层石质的风化程度和锚杆布设间距确定。无论土钉，还是锚杆，其抗拔力才是其设计核心控制指标，抗拔力的大小与土钉或锚杆钢筋直径、施工钻孔孔径和孔内冲填砂浆量相关。因此，边、仰坡锚、网、喷支护效果控制关键在土钉或锚杆钢筋直径选定后，就是钻孔孔径大小和灌浆量控制。当然，土钉或锚杆头与坡面钢筋网喷砼的加固连接也是质量控制的关键。