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明洞棚洞施工工艺工法
明洞、棚洞施工工艺工法
QB/ZTYJGYGF-SD-0203-2011
广州分公司任晓锋欧琼
1前言
工艺工法概况
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。
工艺工法原理
明洞有多种形式，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。
2工艺工法特点
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、仰坡分级支护；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。
3适用范围
本工艺工法适用于铁路、公路隧道明洞及棚洞的施工。
明洞
当隧道口地形或地质条件难用暗挖法修建隧道时，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。
棚洞
棚洞为板、墙结构，基础必须放置在稳固的基岩上。
4主要引用标准
《铁路隧道施工规范》（TB10204）、《新建铁路工程测量规范》（TB10101）、《铁路隧道监控量测技术规程》（铁建设[2009]138号，TB10121）、《高速铁路隧道工程施工技术指南》（铁建设[2010]241号）、《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB10753，J1149）、《高速铁路工程测量规范》（铁建设[2009]196号，TB10601）、《公路隧道施工技术规范》（JTGF60）。
设计图纸、合同文件。
5施工方法
明洞施工工艺概述
一般情况下，明洞施工都采用拱墙整体灌筑法，模板台车作内模，外模采用一定规格的钢模或木模。
棚洞施工工艺概述
棚洞的结构形式较多，常用的平顶斜腿方柱轻型刚架式棚洞结构形式较为美观。
此以其为例，叙述棚洞的施工工艺。
该类棚洞的主要承载结构为棚洞结构内墙及下部基础、横梁及平顶板、外方柱及柱基础。
结构内墙及下部基础一般采用纵向一定间距的排桩柱与立面上布设的多道纵向系梁形成框架，框格间模筑立板剪力墙，墙后回填圬工或隔水层。
横梁采用“T”梁或矩形梁，可现浇，也可预制吊装，每道梁间水平面上布设的多道纵向系梁形成框架；平顶板采用现浇钢筋砼。
外斜腿方柱基础一般采用扩大基础，必要时纵向地基梁，斜腿方柱就地模筑，必要时在立面上设多道纵向系梁。
6工艺流程及操作要点
明洞施工工艺流程及操作要点
6.1.1施工工艺流程图
不合格
合格
不合格
合格
图1明洞施工工艺图
施工准备侧壁基础开挖
净空检查及测量放样
基坑检查
安装边墙基础模板
仰拱及边墙基础钢筋安装
钢筋检查
浇筑仰拱及边墙基础混凝土
水沟及电缆边墙施工
填充混凝土浇筑
台车定位
拱墙钢筋安装
帽檐模板安装
钢筋检查
外模安装
浇筑拱墙衬砌混凝土
拆模养护
防水层施做
明洞回填
Y
N
N
Y
6.1.2操作要点
1施工准备、侧壁及基础开挖
1）衬砌模板台车现场组装、验收已完成。
2）明洞施工应按设计要求，对地层进行预加固，然后分层开挖和支护，边、仰坡分层施做防护。
3）栈桥已加工完成。
4）基础地层为土质时，采用人工配合挖掘机开挖，当洞口基础需爆破开挖时，应采取控制爆破技术。
开挖过程中基坑上方利用栈桥架空，保证洞内外交通畅通。
2净空检查及测量放样
洞口拉槽宽度应满足明洞外侧宽度和明洞外模安装、加固等施工空间需求，拉槽槽底高程应考虑施工便道接引方便和洞内外车辆行走面的顺接，洞口明洞拉槽完成后，技术人员按设计图纸测量出仰拱开挖深度、两侧边墙开挖的边线、洞口里程横向法线等。
3基坑检查
施工人员按测量交底要求进行明洞仰拱及边墙基础的开挖，开挖至设计深度后，技术人员检查基坑宽度、标高、地基承载力是否满足设计要求。
4安装边墙基础模板
明洞两侧矮边墙采用组合钢模，模型应安装在明洞边墙基础边线上，严禁侵限安装。
5仰拱及边墙基础钢筋安装、钢筋检查
仰拱及边墙钢筋为双层钢筋，仰拱钢筋安装前应采取措施控制好上下层钢筋网间层距以及纵环向钢筋间距，底板或仰拱横向和纵向施工缝止水带在底板或仰拱钢筋完成后，利用止水带钢筋卡将止水带水平安装在底板或仰拱上下层钢筋中间。
6浇筑仰拱及边墙基础混凝土
钢筋及模板经现场监理检查同意后，方可进行仰拱及边墙混凝土浇筑，混凝土在洞外拌合站集中拌和，砼罐车运输，底板或仰拱上方采用自制栈桥架空，作为洞内行车通道，混凝土利用梭槽入模，插入式振捣器捣固。
浇注混凝土从仰拱（底板）中心向两侧对称进行，整体浇筑，一次成型。
7水沟及电缆边墙施工
明洞两侧水沟及电缆槽边墙在模板台车就位前施工，水沟及电缆槽边墙施工高度应结合模板台车设计综合考虑后确定。
8填充混凝土施工
填充混凝土浇筑工艺同仰拱混凝土浇筑工艺，在混凝土捣固时，应特别注意保持横向排水管、过轨管线正确位置，防止预埋管破损造成堵塞。
9台车定位
根据明洞设计长度、洞门设计型式、模板台车设计长度、衬砌外观质量确定明洞施工段数和施工顺序，一般明洞整段施工安排在洞口，不足整模施工的衬砌段设置在洞内，模板台车就位的施工顺序如下：
1）测量工程师和隧道工程师共同进行中线、高程、横向法线测量放样。
2）根据中线和标高铺设衬砌台车轨道，要求使用标准枕木和鱼尾板；轨距与台车轮距一致，左右轨面高差＜10mm。
起动电动机使衬砌台车就位。
涂刷脱模剂。
3）起动衬砌台车液压系统，根据测量资料使钢模定位，保证钢模衬砌台车中线与隧道中线一致，拱墙模板成型后固定，测量复核无误。
10拱墙钢筋安装及检查
台车精确定位后，明洞拱墙钢筋在台车面板上进行安装，先安装内层钢筋，再安装外层钢筋；并报监理检查验收。
11外模帽檐模板安装
模型安装接缝应严密、支撑牢固，特别是在圆心高度范围内应加强支撑，防止因捣固混凝土及混凝土挤压而造成模型移动变形。
12浇筑拱墙混凝土
明洞拱墙模型及钢筋经检查合格后方可浇筑拱墙混凝土，混凝土采用拌合站集中拌合，混凝土运输车运输，混凝土输送泵泵送入模，插入式振捣器分层振捣，对称入模，整体浇筑，不留施工缝。
13拆模养护
混凝土浇筑完毕后拆模及养护时间均应符合验标要求。
外模采用人工配合吊车，自上而下拆除。
14防水层施做
外模拆除后，对防水层施做基层进行找平处理，按照明洞设计防水层类型施做防水层。
15回填土
明洞回填应在明洞外防水层施做完成且混凝土强度达到设计强度后进行，侧墙回填应两侧对称进行。
土质地层，应将墙背坡面挖成台阶状，用片石分层码砌，缝隙用碎石堵塞密实。
拱部回填应两侧分层夯实，每层厚度不大于0.3m，两侧回填土面的高差不得大于0.5m。
回填与拱顶齐平后，再分层满铺填筑至设计高程。
采用机械回填时，应在人工夯填超过拱顶1.0m以上后进行。
拱顶需做黏土隔水层时，隔水层应与边仰坡搭界平顺、封闭紧密，防止地表水下渗。
棚洞施工工艺流程及操作要点
6.2.1棚洞施工工艺流程图
施工准备
山体内侧开挖边坡顶天沟、截水沟并砌筑
山体内侧土石方开挖
山体内侧开挖边坡支护
墙、基础施工加固
墙、柱及系梁施工
棚洞内墙外及顶回填
棚洞内墙外及顶防水施工
棚洞顶板模筑
横梁及纵系梁框架施工
图2棚洞施工工艺流程图
6.2.2棚洞施工操作要点
1施工准备
棚洞施工准备包括“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。
棚洞所需准备机械设备主要是梁、柱、墙模板及钢管支架。
若棚洞横梁采用预制后吊装，需要准备预制场地、预制龙门吊设备和吊装起吊设备。
2山体内侧开挖边坡顶天沟、截水沟并砌筑
按照设计要求，对山体内侧边坡顶天沟、截水沟进行测量放线，采用人工配合挖掘机开挖；及时进行砌筑。
3山体内侧土石方开挖
1）棚洞土石方开挖一般都是切削横向陡坡，开挖前必须对坡顶坍落、滑石进行严格检查和防护，开挖过程中密切监测坡顶情况防止出现安全事故。
2）机械化开挖棚洞土石方，同样严格遵循机械操作规程，特别注意停靠在基底相当稳定的半坡原状土或基岩上，严防机械随滑或侧翻。
4山体内侧开挖边坡支护
土石方开挖自上而下分段分层开挖，随挖随进行锚、网、喷支护施工。
5墙、基础施工加固
1）棚洞内墙一般可分为重力式内墙、拉锚式内墙和重力、拉锚结合式内墙，拉锚式内墙适用于棚洞侧坡较陡，坡面稳定而坚实，且外墙不受侧向压力情况。
反之，则用重力式内墙或重力、拉锚结合式内墙。
2）重力式内墙基础一般采用扩大条形基础。
为抵抗山体侧压力，基础开挖成向山体内侧反坡，钢筋砼重力式内墙的外侧一般设计有趾脚，条件可能，一般修成衡重式结构。
3）重力、拉锚结合式内墙适用于棚洞侧坡面稳定而坚实，不但利用重力式内墙来抵抗山体侧压力，还在棚洞分段、分层土石方开挖后的坡面上施工锚杆，并把锚杆头锚入内墙，以提高内墙抵抗山体侧压力的功能。
4）拉锚式内墙常采用桩柱板墙结构。
顺作法施工是在土石方开挖出来后，在内墙位置跳槽开挖人工挖孔桩，后再模筑纵向承台，继而进行带肋板墙结构和拉锚体系施工。
逆作法施工时，先在坡面跳槽施工人工挖孔桩、柱，再纵向分段、竖向分层开挖土石方、施工柱的拉锚体系和柱相互间的纵向系梁及立面剪力墙。
6墙、柱及系梁施工
棚洞外墙一般不受侧压力，只承受棚洞顶覆土及坡顶局部坍石的竖向荷载，结构设计一般力求简洁。
传统设计为立方柱或斜腿方柱，柱基础一般采用扩大基础，必要时纵向地基梁，方柱就地模筑，必要时在立面上设多道纵向系梁。
为达到与周边环境的协调，柱间或装饰成彩玻璃幕墙，镂空出别致的侧窗，或留空装点垂吊花卉、植物等。
7横梁及纵系梁框架施工
棚洞墙、柱施工完后，进行横梁及纵系梁施工；主要采用支架法施工。
8棚洞顶板模筑
1）棚洞梁板是在内墙和外墙（或柱）施工好后才开始进行，棚洞梁板内侧一般都设拉锚体系锚固在坡体内。
棚洞横梁根据具体情况或采用预制后吊装，或与棚洞顶板及纵向系梁联合现浇。
棚洞纵向系梁与顶板一般都是采用现浇施工。
若棚洞横梁采用预制后吊装，则纵向系梁与顶板可采用吊模法施工。
2）若棚洞横梁与棚洞顶板及纵向系梁联合现浇，可把施工缝留设在内、外墙上。
模板支架要严格按高支模设计检算，确保安全；梁模板下支架应根据具体情况适当加密。
3）为防止地下水被堵塞在棚洞上而诱发其它不良地质灾害，顶板钢筋砼浇注顶面宜留出不小于坡面排水最小坡度2%的横坡。
棚洞顶部填土横坡坡角宜选择为土、石的休止角，便于滚滑下来的松散岩土体自由滚滑出棚洞。
9棚洞内墙外及顶防水施工
墙、顶板施工完成后，进行防水层施工，按照设计要求施工。
10棚洞内墙外及顶回填
棚洞回填应在外防水层施做完成且混凝土强度达到设计强度后进行，侧墙回填应按设计要求施工。
土质地层，应将墙背坡面挖成台阶状，用片石分层码砌，缝隙用碎石堵塞密实。
顶板回填应分层夯实，每层厚度不大于0.3m，分层满铺填筑至设计高程。
采用机械回填时，应在人工夯填超过拱顶1.0m以上后进行。
拱顶需做黏土隔水层时，隔水层应与边仰坡搭界平顺、封闭紧密，防止地表水下渗。
7劳动力组织
人员应结合正洞施工进行配置，以下劳动力配置表仅供参考：
表1明洞或棚洞施工人员配备表（单口每班）
工种或职务
人数
工班长
1
搅拌机司机
1
混凝土运输司机
2
输送泵司机
1
电工
1
装载机司机
1
模型工
4
混凝土工
6
钢筋工
8
电焊工
2
挖掘机司机
1
出碴车司机
2
吊车司机
1
8主要机具设备
隧道单口施工，机械设备配置应结合正洞施工、工期要求进行合理配置，配套的生产能力应为均衡施工能力的～倍，下表仅供参考。
表2明洞或棚洞施工主要机械设备配置表（单口每班）
机械设备名称
数量
装载机
1台
输送泵
1台
混凝土罐车
2台
10.1m～12.1m模板台车
1台
拌合站
1套
电焊机
4台
出碴车
2台
挖掘机
1台
吊车
1台
9质量控制
明洞质量控制
9.1.1易出现的质量问题
1明洞段开挖未按设计要求对地层进行预加固，未分层开挖和支护。
2明洞仰拱基坑存在超欠挖情况，明洞衬砌施做不及时。
3明洞衬砌混凝土浇注前对模板的几何尺寸检查不到位，不能确保衬砌混凝土的轮廓尺寸。
4明洞外模拆除后防水层及排水盲管施做不及时，且排水不通畅。
5未对明洞模板进行设计、检算，混凝土浇筑前模板表面未清理干净、拆模时间过早，存在质量安全隐患。
6明洞回填时，衬砌混凝土未达到设计强度，侧墙两侧及拱部未对称回填、分层夯实，分层厚度超过0.3m，拱背粘土隔水层与边、仰坡搭接不平顺不能防止地表水下渗。
9.1.2保证措施
1明洞段开挖应按设计要求对地层进行预加固，然后分层开挖和支护。
2明洞仰拱必须置于稳固的地基上，基坑超挖部分应用与仰拱同级混凝进行填充。
明洞衬砌应尽早施工以保证洞口边、仰坡稳定。
3明洞衬砌混凝土浇注前应检查模板的中线、高程和外轮廓尺寸（考虑预留沉降），确保衬砌质量符合设计及规范要求。
4明洞外模拆除后应及时施做防水层及排水盲管，同时应和隧道的排水侧沟、中心水沟的出水口及洞顶的截、排水设施统筹考虑，达到排水畅通。
5明洞模板应符合下列要求：
1）模板及支（拱）架应根据结构型式、荷载大小、地基土类别、施工设备和材料供应等条件进行设计。
2）模板及支架安装必须稳固牢靠，与脚手架之间不得相互连接。
模板接缝必须严密不漏浆。
3）混凝土浇筑前，模板与混凝土的接触面必须清理干净并涂刷隔离剂。
4）衬砌模板拆除时，混凝土强度必须符合设计要求，设计无要求时，混凝土强度必须达到设计强度等级的100％。
6明洞回填应符合以下要求：
1）明洞回填应在明洞外防水层施做完成且混凝土强度达到设计强度后进行。
2）侧墙两侧及拱部应对称回填，分层夯实，每层厚度不大于0.3m，两侧回填土面的高差不得大于0.5m。
回填至与拱顶齐平后，再分层满铺填筑至设计高度。
3）采用机械回填时，应在人工夯填超过拱顶1.0m以上后进行。
4）拱背需做粘土隔水层时，隔水层应与边、仰坡搭接平顺、封闭紧密，防止地表水下渗。
棚洞质量控制要点
9.2.1易出现的质量问题
1棚洞墙、柱基础埋置深度、地质条件，不符合设计要求。
2棚洞模板及支架未进行设计、检算。
3棚洞顶部、内墙及洞门墙背的防水层和内墙背后纵、竖向暗沟、盲沟，施做不符合设计要求。
9.2.2保证措施
1棚洞墙、柱基础埋置深度、断面尺寸及地质条件、结构形式、构造断面及砼质量，均应符合设计要求。
2棚洞模板及支撑必须进行设计与检算，保证其有足够的强度、刚度和稳定性，模板接缝严密，不漏浆。
3棚洞顶部、内墙及洞门墙背的防水层和内墙背后纵、竖向暗沟、盲沟设置应按照设计要求施做，保证排水体系畅通。
10安全措施
主要安全风险分析
10.1.1明、棚洞施工地基处理不到位，导致结构成型使用后沉降、拉裂。
10.1.2明、棚洞基槽开挖未设置截、排水沟，施工工序没有严格执行施工方案等。
10.1.3明洞施工的衬砌台车、台架和棚洞施工高支模未经过设计、检算，搭设成型后没有进行验收，拆除时没有专人监管。
保证措施
10.2.1防止明、棚洞施工地基处理不到位，主要的预防措施：
1明、棚洞土石方开挖完成后，严格做好基底水文、地质描述，必要时进行补勘，并核对与设计所描述的水文、地质是否接近，以确定设计地基处理方案是否合理。
2按地基处理方案实施过程中，严格控制工序质量，加强中间检查、验收，确保地基处理效果。
3地基承载力检查必须选择有代表性点位进行检测，确保地基承载力达标的可靠性。
10.2.2明、棚洞基槽开挖及边坡支护安全措施
1明、棚洞基槽开挖前必须对现场地质、管线等资料进行调查核实，制定针对性的施工方案。
2明、棚洞基槽开挖前在其周围设置截、排水沟，防止雨水或洪水倒灌基槽内，浸泡基坑。
3明、棚洞基槽采用纵向分段、横向分区、竖向分层进行开挖。
4明、棚洞基槽采用爆破开挖时，必须严格按照明山爆破安全管理措施进行严格管理。
边坡重点、关键部位开挖需做好监测工作，及时记录监测数据，认真分析，提前发现问题，及时做好处置。
5明、棚洞基槽顶部设有人员通道时，必须在距基槽边2m外设置防护栏杆，并设置夜间警示灯。
10.2.3明、棚洞施工支架安全措施
1明洞施工的衬砌台车、台架和棚洞施工高支模必须经过设计、检算，确保其强度、刚度和稳定性。
2支架施工作业搭设的扶梯、工作台、脚手架、护身栏、安全网等，必须牢固可靠，并经验收合格后方可使用。
3支架拆除时，应在安全员检查，警戒及防护措施到位后方可拆除，并按自上而下顺序进行，严禁将架杆、扣件、模板等向下抛掷。
11环保措施
不得向水体排放、倾倒工业废渣、生活垃圾，或者在江河、湖泊、运河、涵渠、水库最高水位线以下的滩地和岸坡存贮固体废弃物。
设置简易有效的隔油池，临时食堂及机械车辆设备冲洗所产生的污水经隔油池处理排放。
定期清掏隔油池内油和杂物。
施工场地临时厕所，设化粪池并采取防漏措施。
城市施工现场的临时厕所采取水冲式，蹲坑上加盖，并有防蝇、灭蛆措施。
及时清理、清扫施工现场，尤其是洒落的弃渣。
保持场地清洁，避免不洁物质与大气降水接触，污染水体。
明、棚洞回填施工完成后，需及时按照设计图纸对外露地表进行永久性防护及绿化，防止水土流失。
12应用实例
明洞施工应用实例
12.1.1工程简介
由中铁一局集团有限公司广州分公司承建的南广铁路三垌1号隧道，进口设明洞长13米，采用单压耳墙式明洞门；出口明洞长5米，采用偏压路堑式明洞门。
明洞衬砌厚度85cm，采用C35模筑砼。
12.1.2施工情况
三垌1号隧道设计共18m明洞，均采用明挖法施工。
隧道进洞前，进行明洞开挖及防护一次成型，需要15天左右时间；边仰坡防护完成后开挖仰拱，每循环5～10m，需5～8小时；进行仰拱初期支护，需6～10小时；浇注仰拱C35砼及填充C30砼，绑扎钢筋、立模及浇砼需1～天；合理安排下仰拱施工每循环需3天。
仰拱砼等强后进行明洞二衬施工，模板台车（）就位需6～8小时，绑扎明洞钢筋需3～4天，安装背模及堵头模需2天左右，浇注C35砼1天，砼等强后拆除模板台车需1～2天，合理安排下二衬施工每循环需7～8天。
该明洞段施工工期为39天。
12.1.3建设效果及施工图片见图3、图4
图3明洞钢筋绑扎图4明洞模板安装及加固
棚洞施工应用实例
12.2.1工程简介
由中铁一局集团有限公司承建的宝成铁路棚洞隧道，棚洞长56米，采用了敞开式棚洞设计，内墙外柱混凝土施工。
12.2.2施工情况
任家湾棚洞隧道设计共56m长，棚洞外墙设计为立方柱，扩大基础，方柱就地模筑施工，棚洞顶、内墙采用支架法混凝土现浇；洞顶回填主要是缓冲边坡落石、坍塌的冲击及排除坡面水。
顶板施工完后，立即进行防水层施作，并按0.3m厚一层分层夯填；现浇顶板，在强度达设计的100%，回填土达0.7m厚时才拆除顶板支承架；采用粘土作隔水层与边坡搭接良好，封闭严密。
施工工期为6个月。
12.2.3建设效果图片见图5
图5棚洞效果图片
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