CN104674819A - 一种高速公路高边坡的信息化施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高速公路高边坡的信息化施工方法，包括施工准备、测量放样、边坡施工、边坡修整、土石料运输、边坡的检测、防护绿化施工一系列步骤，其中边坡施工采用预先加固坡体，再进行***开挖，并及时支护的方式，边坡的检测步骤结合了现代数值模拟技术与现场监测技术，准确保证了施工过程、数值模拟、现场监测三者之间的相互反馈，形成了一种开挖-监测-优化-再开挖-再监测的信息化施工方法，从而确保工程的安全可靠。本发明具有施工安全、施工成本低的特点，适用于坡度较大、松散碎裂岩体的路基高边坡；结构面非常发育/发育/较发育，且裂隙发达的岩质高边坡工程。

Description

一种高速公路高边坡的信息化施工方法

技术领域

    本发明涉及边坡开挖技术领域，具体是一种高速公路高边坡的信息化施工方法。

背景技术

高边坡通常是指高度介于20米到100米之间的土质边坡或者高度介于30米到100米之间的岩质边坡，其边坡高度因素将对边坡稳定性产生重要作用和影响，其边坡稳定性分析和防护加固工程设计应进行个别或特别设计计算。

目前，岩质高边坡的开挖方式主要有台阶预裂***开挖方法和“上护下档”体系的桩锚施工法。传统的预裂***开挖方法将使松散碎裂岩体进一步的松动，边坡岩体的岩性更加劣化。“上护下档”体系的桩锚施工法复杂，成本较高，且具有施工隐患。所以，在边坡的施工过程中需要控制好边坡岩体内部结构面发展，合理设计开挖步骤，做好边坡的加固支护措施，以及在施工过程中进行监测和数据分析，做到对灾害事故的预测，保证工程的安全。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高速公路高边坡的信息化施工方法，结合了现代数值模拟技术与现场监测，准确保证了施工过程、数值模拟、现场监测三者之间的相互反馈，从而形成了一种开挖-监测-优化-再开挖-再监测的信息化施工方法，确保工程的安全可靠，适用于坡度较大、松散碎裂岩体的路基高边坡；结构面发育，且裂隙发达的岩质高边坡工程。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种高速公路高边坡的信息化施工方法，包括以下步骤：

（1）施工准备：根据场地要求对现场进行清理，平整；

（2）测量放样：测量现场的原地面线，根据边坡施工图中的边坡开挖线位置坐标，将设计边线及中线坐标施放到原地面上并与导线点控制点闭合，其相对闭合差满足K=＜1/15000，水准点闭合差＜±20                                                ，其中L为从开始到结束的总长度；接着进行实地放线，确定截水沟开挖位置；

（3）边坡施工：包括注浆加固、***开挖、复核边坡；

（4）边坡修整：在边坡开挖完成后，对边坡进行修整，分粗整和精修两次进行，以保证边坡的坡度；在边坡修整的同时，通过数值模拟和现场监测两种方式对边坡的灾害进行预警和监测，具体操作如下：根据现场勘察结果及地质的纵、横剖面图，利用三维离散单元法分析软件建立三维数值模拟结构模型，并对边坡开挖过程中的岩***移、应力变化情况进行预测，从而推断边坡在开挖过程中的变形与应力发展趋势；根据三维离散单元法分析软件的模拟结果，确定现场监测点布设方案，根据方案布设现场监测点并进行现场监测；对比现场监测与数值模拟结果，通过现场监测的数据结果验证数值模拟分析的准确性：如果数值模拟分析准确，则进一步通过数值模拟得出监测点布设优化方案；如果现场监测结果与数值模拟分析结果有所不同，则通过现场监测的数据来调整数值模拟参数的选取，以提出新的监测点布设优化方案；

（5）土、石料运输：检测步骤（4）得到的土、石料，判断能否将该土、石料作为路基填料，如果能，则运至填方段作为路基填料；如果不能，则将土、石料运至不妨碍施工的地段；

（6）检测边坡是否合格：如果边坡合格，则进入下一工序；如果边坡不合格，重复步骤（4）和（5）；

（7）防护绿化施工：待边坡施工合格后，在边坡施工面上进行防护绿化的施工；

（8）下一级边坡施工：在一级边坡施工、检测和防护绿化施工后，进行下一级边坡的施工，重复步骤（3）-步骤（7），直至完成整个高速公路高边坡的施工、检测和防护绿化施工。

作为本发明进一步的方案：所述注浆加固包括以下步骤：在坡面开挖线内侧1.0米处，沿开挖面向下钻孔注浆，注浆孔的倾角与边坡的设计坡角相同，接着向注浆孔注入水泥砂浆，使浆液扩散到碎裂的岩体内，形成固结复合层。

作为本发明进一步的方案：所述***开挖包括以下步骤：待注浆加固步骤中的固结复合层固结后，对边坡进行预裂***开挖，炮眼的位置设置在距离注浆孔的平行水平距离6.0-8.0米处。

作为本发明进一步的方案：所述复核边坡包括以下步骤：在***开挖完成后，对土、石方进行清理，复核边坡的开挖线；在第一级边坡的开挖完成后，及时对其坡面进行支护。

作为本发明进一步的方案：所述步骤（4）中，数值模拟采用的是3DEC三维离散单元法分析软件，用于模拟边坡岩体的开挖。

作为本发明进一步的方案：所述步骤（4）中，所述现场监测采用的仪器包括全站仪和水准仪。

作为本发明进一步的方案：所述步骤（4）中，所述监测点是按照设计方案从边坡中线沿线路方向开始设置。

作为本发明进一步的方案：所述监测点之间的距离为10米。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明既适合于现代化的机械施工，又能很好地避免碎裂岩体受到***时冲击波的影响，且能对坡面起到很好的支护和加固作用。本发明增强了施工效力，在保护了原有岩体的结构稳定性的同时又提高了新形成边坡的结构稳定性；本发明引进了数值模拟为边坡施工开挖提供理论支撑，同时又采用现场监测数据作为理论的检验数据，形成了边坡开挖、数值模拟和现场监测三者结合的现代化施工方法。

本发明结合了现代数值模拟技术与现场监测，准确保证了施工过程、数值模拟、现场监测三者之间的相互反馈，从而确保工程的安全可靠。本发明适用于坡度较大、松散碎裂岩体的路基高边坡；结构面充分发育，且裂隙发达的岩质高边坡工程。一般处理高度可达40米，边坡坡度可达75°。

本发明在一级边坡完成施工后，立即进行坡面的支护，从而很好地控制了该级边坡的稳定性，同时减小了开挖下一级边坡时因***对上一级边坡的扰动影响，可以预防工程事故的发生。

附图说明

图1是一种高速公路高边坡的信息化施工方法的工艺流程图；

图2是通道纵向开挖法的施工示意图；

图3是一种高速公路高边坡的信息化施工方法的监测点布设示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例及附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

请参阅图1-图3，本发明实施例中，一种高速公路高边坡的信息化施工方法，包括以下步骤：

（1）施工准备：根据场地要求对现场进行清理，平整；

（2）测量放样：测量现场的原地面线，根据边坡施工图中的边坡开挖线位置坐标，将设计边线及中线坐标施放到原地面上并与导线点控制点闭合，其相对闭合差满足K=＜1/15000，水准点闭合差＜±20，其中L为从开始到结束的总长度；接着进行实地放线，确定截水沟开挖位置；

（3）边坡施工：包括注浆加固、***开挖、复核边坡，具体步骤如下：

1）注浆加固：在边坡的开挖线内侧1.0米处，利用GX-200型钻机横向每间隔2.0米沿开挖面向下钻孔注入水泥砂浆，注浆孔的倾角与边坡的设计坡角相同，水灰比为1:1，使浆液扩散到碎裂的岩体内，形成一层具有一定厚度的复合层；

2）***开挖：待注浆加固步骤中的复合层到达一定的强度后，对边坡进行***开挖，炮眼的位置设置在距离注浆孔的平行水平距离6.0-8.0米处；

3）复核边坡：在***开挖完成后，对土、石方进行清理，复核边坡的开挖线；在第一级边坡的开挖完成后，及时对其坡面进行支护。

根据横断面地面线复测图及边坡设计图，采取自上而下分层纵挖法进行路堑挖方的施工，开挖一级防护一级，确保路堑开挖边坡稳定；根据路堑开挖的深度、纵向长短及现场施工条件，自上而下分层纵挖法具体分为以下三种方式：

①一般短而浅的路堑采取横向全宽一次开挖到位；

②对于长度较短的深路堑，用多层横向全宽度挖掘法施工，分层横挖将工作面纵向拉开，多层出渣。多层横向全宽度挖掘法的施工流程为：施工准备，清理场地→土工试验，确定边坡率和开挖厚度→施工放样并做好排水设置→开挖或开炸并纵向调运至指定位置→上层施工至一定长度，即进行下层施工→多层开挖同时进行，并纵向调运至指定位置→边坡检测、防护→多层开挖逐步结束，达到设计高程→验收→下一路堑施工（每一层施工都应随时做好排水***）；

③对于较长的深路堑，根据开挖深度及宽度的不同，可以采取横向开挖、纵向分层开挖、纵向通道开挖及混合开挖等方式进行施工，优选通道纵挖法施工，即沿纵向分层，先挖一条通道，然后开挖两旁，通道可作为施工机械和运输车辆通行线路，此法可增大作业面，加快施工进度。如果路堑很长，则可从路堑两端同时开挖。如图2所示，通道纵向开挖法的施工流程为：施工准备，清理场地→土工试验，确定边坡率和开挖厚度→施工放样、排水***设置→开挖上层通道→通道扩挖至边坡处→开挖下层通道→通道扩挖至边坡处→检查验收，逐级进行边坡防护→逐级开挖至设计高程→下一路堑施工（每一层施工都应随时做好排水***）；

对于比较松软的岩石开挖，采用推土机、挖掘机开挖并辅以部分人工施工，对比较坚硬的岩石实施中、小型控制***，分层进行开挖，每层厚不超过一级边坡高度。为避免扰动坡面，采用预留厚度不小于3米的光爆层。

（4）边坡修整：在边坡开挖完成后，还需要对其进行修整，具体的操作步骤如下：

深挖路堑地段的边坡修整，采用整段分级处理。根据开挖的土、石情况，按设计图纸进行修整、加固。即第一台阶土、石方完成后，挖土、石作业人员转入第二个纵向流水段施工，这时第一平台边坡整修作业人员开始整修该部分边坡。第二个纵向流水段土、石方完成后，作业人员转入第三个纵向流水施工土、石方，这时第一台阶边坡整修人员转入第二平台整个作业，边坡加固人员开始第一台阶边坡的加固施工，依此循环，直到全部边坡防护工程完成。尤其要注意，在边坡率变化处要设置10～20米的圆顺过度段，保持线形美观及便于后期排水施工。

在边坡修整的同时，通过数值模拟和现场监测两种方式对边坡的灾害进行预警和监测，具体操作如下：根据现场勘察结果及地质的纵、横剖面图，利用3DEC三维离散单元法分析软件建立三维数值模拟结构模型，对边坡开挖过程中的岩***移、应力变化情况进行预测，从而推断边坡在开挖过程中的变形与应力发展趋势；从3DEC三维离散单元法分析软件的模拟结果中找到岩质边坡受到边坡工程开挖扰动较大的敏感部位，再通过对这些重点部位进行有效的现场监测即可反映出该岩质边坡的整体稳定性；而对于受到开挖扰动较小的部位，只需少量布设现场的监测点即可，通过全站仪和水准仪等仪器进行监测。

如图3所示，以第二级边坡的检测为例，在第一级边坡工程开挖前，首先在第四级边坡上按照设计方案从边坡中线沿线路方向每10米设置一个监测点，即在数值模拟选取的50米路段5个监测点，在第一级边坡工程开挖完成后，通过对第一级边坡上监测点的现场监测，得到边坡工程施工扰动对边坡变形的影响。同时，在第二级边坡上按照设计方案从边坡中线沿线路方向每10米设置一个监测点，待第二级边坡开挖完成后，立刻观察第一、第二级边坡上布设的监测点的位移变化。

本发明通过现场监测的数据结果可以验证之前的数值模拟分析的准确性：如果数值模拟分析准确，则可以通过数值模拟得出的监测点布设优化方案，减少监测点的布设，使监测更加高效、经济；如果现场监测结果与数值模拟分析结果有所不同，则可以通过现场监测的数据来调整修改数值模拟参数的选取，使之更加接近现场实际情况；调整之后再提出新的监测点布设优化方案。

在之后开挖的各级边坡，同样按照第二级边坡开挖完成后监测情况与数值模拟进行对比验证，进而继续优化。因此，采用数值模拟和现场监测两种方式对边坡进行的检测，是一个动态的开挖-监测-优化-开挖-再监测的过程。

（5）土、石料运输：检测步骤（4）得到的土、石料，判断能否将该土、石料作为路基填料，如果能，则运至填方段作为路基填料；如果不能，则将土、石料运至不妨碍施工的地段即可；

（6）检测边坡是否合格：如果边坡合格，则进入下一工序；如果边坡不合格，重复步骤（4）和（5）；

（7）防护绿化施工：待边坡施工合格后，在边坡施工面上进行防护绿化的施工；

（8）下一级边坡施工：在上一级边坡施工、检测和防护绿化施工后，进行下一级边坡的施工，重复步骤（3）-步骤（7），直至完成整个高速公路高边坡的施工、检测和防护绿化施工。

以下是通过本方法施工的几个主要边坡的参数：

（1）K57+309-K57+500段右侧边设计最高边坡25.769米，位于断面，综合坡率1：1.312。边坡分级高度8米，平台宽度2米。第一级边坡坡率为1:1.00；第二级边坡坡率为1:1.25；第三级边坡坡率为1:1.5；第四级边坡坡率为1:1.5。边坡防护形式为主动网防护。

（2）K58+263-K58+640段右侧边设计最高边坡27.783米，位于断面，综合坡率1：1.062。边坡分级高度10米，平台宽度2米。第一级边坡坡率为1:0.75；第二级边坡坡率为1:0.75；第三级边坡坡率为1:1.25；第四级边坡坡率为1:1.5。边坡防护形式为主动网防护。

（3）K64+590-K64+730段右侧边设计最高边坡18.480米，位于断面，综合坡率1：1.062。边坡分级高度8米，平台宽度2米。第一级边坡坡率为1:1.00；第二级边坡坡率为1:1.25。边坡防护形式为主动网防护。

需要说明的是，本发明实施例采用的数值模拟手段-3DEC三维离散单元法分析软件，从分析功能角度看，所采用的数值模拟软件只需要能够模拟岩体结构面特征的计算分析软件，表征出节理岩体在施工过程中应力和位移等，即满足监测数据的反分析和不同方案优化。如果软件有更新版本或满足分析数值软件即可。

本发明既适合于现代化的机械施工，又能很好地避免碎裂岩体受到***时冲击波的影响，且能对坡面起到很好的支护和加固作用。本发明增强了施工效力，在保护了原有岩体的结构稳定性的同时又提高了新形成边坡的结构稳定性；本发明引进了数值模拟为边坡施工开挖提供理论支撑，同时又采用现场监测数据作为理论的检验数据，形成了边坡开挖、数值模拟和现场监测三者结合的现代化施工方法。

本发明结合了现代数值模拟技术与现场监测，准确保证了施工过程、数值模拟、现场监测三者之间的相互反馈，从而确保工程的安全可靠。本发明适用于坡度较大、松散碎裂岩体的路基高边坡；结构面充分发育，且裂隙发达的岩质高边坡工程。一般处理高度可达80米，边坡坡度可达75°。

本发明在一级边坡完成施工后，立即进行坡面的支护，从而很好地控制了该级边坡的稳定性，同时减小了开挖下一级边坡时因***对上一级边坡的扰动影响，可以预防工程事故的发生。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种高速公路高边坡的信息化施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）施工准备：根据场地要求对现场进行清理，平整；

（2）测量放样：测量现场的原地面线，根据边坡施工图中的边坡开挖线位置坐标，将设计边线及中线坐标施放到原地面上并与导线点控制点闭合，其相对闭合差满足K=＜1/15000，水准点闭合差＜±20                                                ，其中L为从开始到结束的总长度；接着进行实地放线，确定截水沟开挖位置；

（3）边坡施工：包括注浆加固、***开挖、复核边坡；

（4）边坡修整：在边坡开挖完成后，对边坡进行修整，分粗整和精修两次进行，以保证边坡的坡度；在边坡修整的同时，通过数值模拟和现场监测两种方式对边坡的灾害进行预警和监测，具体操作如下：根据现场勘察结果及地质的纵、横剖面图，利用三维离散单元法分析软件建立三维数值模拟结构模型，并对边坡开挖过程中的岩***移、应力变化情况进行预测，从而推断边坡在开挖过程中的变形与应力发展趋势；根据三维离散单元法分析软件的模拟结果，确定现场监测点布设方案，根据方案布设现场监测点并进行现场监测；对比现场监测与数值模拟结果，通过现场监测的数据结果验证数值模拟分析的准确性：如果数值模拟分析准确，则进一步通过数值模拟得出监测点布设优化方案；如果现场监测结果与数值模拟分析结果有所不同，则通过现场监测的数据来调整数值模拟参数的选取，以提出新的监测点布设优化方案；

（5）土、石料运输：检测步骤（4）得到的土、石料，判断能否将该土、石料作为路基填料，如果能，则运至填方段作为路基填料；如果不能，则将土、石料运至不妨碍施工的地段；

（6）检测边坡是否合格：如果边坡合格，则进入下一工序；如果边坡不合格，重复步骤（4）和（5）；

（7）防护绿化施工：待边坡施工合格后，在边坡施工面上进行防护绿化的施工；

（8）下一级边坡施工：在一级边坡施工、检测和防护绿化施工后，进行下一级边坡的施工，重复步骤（3）-步骤（7），直至完成整个高速公路高边坡的施工、检测和防护绿化施工。

2.根据权利要求1所述的高速公路高边坡的信息化施工方法，其特征在于，所述注浆加固包括以下步骤：在坡面开挖线内侧1.0米处，沿开挖面向下钻孔注浆，注浆孔的倾角与边坡的设计坡角相同，接着向注浆孔注入水泥砂浆，使浆液扩散到碎裂的岩体内，形成固结复合层。

3.根据权利要求1所述的高速公路高边坡的信息化施工方法，其特征在于，所述***开挖包括以下步骤：待注浆加固步骤中的固结复合层固结后，对边坡进行预裂***开挖，炮眼的位置设置在距离注浆孔的平行水平距离6.0-8.0米处。

4.根据权利要求1所述的高速公路高边坡的信息化施工方法，其特征在于，所述复核边坡包括以下步骤：在***开挖完成后，对土、石方进行清理，复核边坡的开挖线；在第一级边坡的开挖完成后，及时对其坡面进行支护。

5.根据权利要求1所述的高速公路高边坡的信息化施工方法，其特征在于，所述步骤（4）中，数值模拟采用的是3DEC三维离散单元法分析软件，用于模拟边坡岩体的开挖。

6.根据权利要求1所述的高速公路高边坡的信息化施工方法，其特征在于，所述步骤（4）中，所述现场监测采用的仪器包括全站仪和水准仪。

7.根据权利要求1所述的高速公路高边坡的信息化施工方法，其特征在于，所述步骤（4）中，所述监测点是按照设计方案从边坡中线沿线路方向开始设置。

8.根据权利要求7所述的高速公路高边坡的信息化施工方法，其特征在于，所述监测点之间的距离为10米。