本发明属于隧道施工，具体而言，涉及一种复杂地质条件下边坡管棚施工方法。
背景技术：
1、抽水蓄能电站项目是最近见年兴起的新能源水利水电项目，其电站工作原理的性质使得该工程的驻地在有相当高差的山上，并与隧洞(道)开挖工程紧密相联，隧洞(道)施工常面临地质条件较差开挖过程易坍塌、地下水丰富等问题，因此需要相关技术为隧洞(道)结构提供必要的支撑，防止坍塌和滑坡，目前常规的方法是在洞口开挖的部分搭设管棚予以支护。
2、常规方法存在以下问题：①安装管棚的钢拱架之前要在边坡开挖出整个的轮廓，在工程地质较差时，开挖过程中会有落石砸伤的风险；②在管棚拱形部位使用钻孔机钻孔时，通常需要搭设钢架或是填筑平台为钻孔机体提供工作面，这一过程周期较长，材料需求量大。
技术实现思路
1、本发明实施例提供了一种复杂地质条件下边坡管棚施工方法，解决了传统方法在施工时落石的风险，以及需要搭设钻孔用的工作面，导致施工时间长的问题。
2、鉴于上述问题，本发明提出的技术方案是：
3、本发明提供一种复杂地质条件下边坡管棚施工方法，包括以下步骤：
4、s1，上部拱架施工，根据钻机自身高度确定台阶的开挖高度，形成管棚钻机施作平台，根据线路中心线控制桩及高程控制点在仰坡面标识出隧道中心线及外拱顶标高，在拱顶处安装拱顶支架，基于隧道的参数利用软件对隧道、拱架和导向墙进行三维模型的建立，进行三维模拟，利用模拟的结果对上部结构的设计方案进行优化；
5、s2，管棚安装，根据设计方案采用钻机进行在洞内预先钻出管棚的安装孔位，并对管棚进行钻孔，在管棚管壁上钻直径为10mm注浆孔，管棚采用顶进安装，逐节接长，钢管采用丝扣连接，而后进行大管棚钢管安装；
6、s3，注浆，管棚安装完成后，使用注浆机进行注浆，水泥选用po42.5普通硅酸盐水泥，浆液采用水灰比为1：1的水泥浆液，注浆由低孔位向高孔位顺序进行，对钢管进单液注浆，在压力达到设计压浆终压并稳定10～15min，注浆量达到设计注浆量80％以上时，结束该孔注浆；
7、s4，下部结构安装，对洞口土体进行开挖，挖至进厂交通洞洞口底部的位置，在上部导向墙基础的位置使用锚杆固定，在开挖处设置工字钢，固定完成后在周围架设模板，进行混凝土注浆，下部导向墙安装完成后，经行导向墙侧壁段及导向墙基础施工，完成下部结构的安装。
8、作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤s1中管棚钻机施工平台采用模块化设计，包括若干个钻机施工平台模组，所述钻机施工平台模组包括两个支撑架、斜撑杆和连接柱，所述支撑架为u形设计，所述支撑架的侧面上下两端均为空心设计，所述斜撑杆设置在所述两个所述支撑架之间，两个斜撑杆为一组，呈x形设计，所述斜撑杆与所述支撑架之间设置有固定螺栓，所述连接柱插接在所述支撑架的上端，所述连接柱与所述支撑架的上端之间设置有安装螺栓，靠近所述连接柱的上端贯穿有销轴，位于最上端的所述钻机施工平台顶部螺丝安装平台板。
9、作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤s1中的所述拱顶支架包括预埋块、支杆、拱顶杆和角铁，基于所述步骤s1中拱顶支架的安装位置设计，预埋若干个所述预埋块，一个所述预埋块焊接有两根所述支杆，所述拱顶杆的形状与拱顶处适配，所述拱顶杆贯穿所述支杆，并与所述支杆螺栓连接，所述角铁设置在所述支杆与所述拱顶杆之间，利用螺栓进行固定，所述角铁与所述拱顶杆的连接边与拱顶杆的形状适配。
10、作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤s1中三维模拟的详细步骤如下：
11、s11，使用全站仪获取隧道的尺寸和形状，并记录隧道其他相关参数；
12、s12，利用三维软件结合测量的隧道参数，对隧道和拱架进行三维模型的建立，包括双曲面的曲率和拱架的结构，对隧道的参数进行定义，设定拱架和导向墙的参数；
13、s13，根据结构分析的需要，在模型中的关键部位布置应力点，对模型施加荷载，并利用有限元软件进行分析；
14、s14，根据分析结果，对拱架和导向墙的结构进行优化，再次进行模拟，直到设计方案合理。
15、作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤s1中在导向墙内设4榀工18工字钢架，每榀钢架分为七个单元，每节钢架两端均焊连接板，工字钢各单元通过连接板焊接，并用螺栓连接，钢架在拼装完毕后在水泥地上试拼，钢架落底置于稳固的基岩上，拱脚开挖超深时，加设钢板或混凝土垫块，工字钢架架设完成后，进行拱脚基础施工，拱脚宽度1m，高度为1.5m，底部留设0.8m高斜口，基础内设置10根c25锚杆，锚杆长度6m，入岩深度4m，锚杆与工字钢采用单面搭接焊进行连接，浇筑c30砼导向墙基础，拱脚基础浇筑同时，进行导向管的埋设，导向管按照焊接在工字钢架上，安装导向管时需与端模抵紧并采取措施使其牢牢固定在端模上。导向管安装完成后，进行模板安装，模板安装需牢固可靠，模板与混凝土接触面需涂刷脱模剂。模板安装完成随后进行混凝土浇筑，导向墙采用c25混凝土浇注，施工过程中需严格控制材料的质量，人工配合机械浇注并捣固密实，浇注顺序为自拱脚两侧对称浇注，直至拱顶。混凝土浇注完毕后，需及时进行养护，养护龄期不得少于7天。混凝土强度达到设计强度的70％后可拆除非承重模板(外模)及端模板，强度达到设计强度的100％后可拆除内模及支架。
16、作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤s2中钻机的使用具体为在对物体表层进行钻孔时，使用大直径的钻头，且切削部使用凹槽或螺旋状，切削齿选用块齿或勺形齿，齿间距选择10-25mm，齿数每转设计在2-6齿，中间层的钻头直径随层数的增加逐步减少，切削齿，采用尖齿和块齿的混合设计，齿间距选择5-15mm，齿数每转设计在4-10齿，底层的钻头针对底层的硬度进一步减小直径，且切削部使用精细的螺旋状，切削齿为尖齿设计，齿间距选用2-10mm，齿数每转设计在8-22齿；
17、管棚钢管的安装具体为：首先用挖掘机吊起管尖段钢管，人工进行对孔、推顶，将管尖段钢管与第二标准段钢管采用套丝扣钢管丝扣连接，第二标准段钢管用挖掘机吊起与管尖段钢管同高，然后人工丝扣相接，再重复此操作将第三段、管顶段钢管相接并顶管，以此类推，完成整条大管棚钢管的接长和安装。
18、作为本发明的一种优选技术方案，所述拱脚基础内的锚杆施工具体为：
19、根据设计在洞口内钻孔，锚杆的孔轴方向垂直于开挖面，用高压风水洗孔，并用高压风将孔内水，岩粉吹干净，并临时封堵孔口，形成洞口封堵区，采用先插杆后注浆的方法进行施工，注浆管应插入孔底，然后拔出50-100mm开始注浆，注浆管随浆液的注入缓慢匀速拔出，使孔内填满浆体，待排气管出浆时可停止注浆。
20、作为本发明的一种优选技术方案，所述洞口封堵区内设置锚杆、排气管和注浆管，所述锚杆采用直径为20mm的hrb400级钢筋，锚杆长度为2500mm，外露100mm，所述排气管位于所述注浆管与所述锚杆之间，且所述锚杆的端部安装有锁脚，锁脚锚杆前端预弯成l形，焊接至钢拱架上，每榀钢架至少与3-5根所述锚杆相连接，并设置锁脚锚杆，锁脚锚杆的打设角度为向下倾斜40°。
21、相对于现有技术，本发明的有益效果是：
22、本发明通过将管棚结构拆分为上下部进行施工，将管棚上部结构作为一种保护屏障并延迟洞口土体的开挖，减少了材料的使用，加快了施工周期，降低了施工难度及安全风险，在开挖基础前，将管棚上部的拱形部位完成施工，在上部基础的位置插入锚杆进行整个上部管棚的固定，最后进行开挖完成管棚的下部，该流程优先将管棚上部完成不仅对洞口上部进行加固，减轻了安全隐患，提高工程效率。
23、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
1.一种复杂地质条件下边坡管棚施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种复杂地质条件下边坡管棚施工方法，其特征在于，所述步骤s1中管棚钻机施工平台采用模块化设计，包括若干个钻机施工平台模组(100)，所述钻机施工平台模组(100)包括两个支撑架(101)、斜撑杆(102)和连接柱(104)，所述支撑架(101)为u形设计，所述支撑架(101)的侧面上下两端均为空心设计，所述斜撑杆(102)设置在所述两个所述支撑架(101)之间，两个斜撑杆(102)为一组，呈x形设计，所述斜撑杆(102)与所述支撑架(101)之间设置有固定螺栓(103)，所述连接柱(104)插接在所述支撑架(101)的上端，所述连接柱(104)与所述支撑架(101)的上端之间设置有安装螺栓(106)，靠近所述连接柱(104)的上端贯穿有销轴(105)，位于最上端的所述钻机施工平台顶部螺丝安装平台板。
3.根据权利要求2所述的一种复杂地质条件下边坡管棚施工方法，其特征在于，所述步骤s1中的所述拱顶支架(200)包括预埋块(201)、支杆(202)、拱顶杆(203)和角铁(204)，基于所述步骤s1中拱顶支架(200)的安装位置设计，预埋若干个所述预埋块(201)，一个所述预埋块(201)焊接有两根所述支杆(202)，所述拱顶杆(203)的形状与拱顶处适配，所述拱顶杆(203)贯穿所述支杆(202)，并与所述支杆(202)螺栓连接，所述角铁(204)设置在所述支杆(202)与所述拱顶杆(203)之间，利用螺栓进行固定，所述角铁(204)与所述拱顶杆(203)的连接边与拱顶杆(203)的形状适配。
4.根据权利要求3所述的一种复杂地质条件下边坡管棚施工方法，其特征在于，所述步骤s1中三维模拟的详细步骤如下：
5.根据权利要求4所述的一种复杂地质条件下边坡管棚施工方法，其特征在于，所述步骤s1中在导向墙内设4榀工18工字钢架，每榀钢架分为七个单元，每节钢架两端均焊连接板，工字钢各单元通过连接板焊接，并用螺栓连接，钢架在拼装完毕后在水泥地上试拼，钢架落底置于稳固的基岩上，拱脚开挖超深时，加设钢板或混凝土垫块，工字钢架架设完成后，进行拱脚基础施工，拱脚宽度1m，高度为1.5m，底部留设0.8m高斜口，基础内设置10根c25锚杆(300)，锚杆(300)长度6m，入岩深度4m，锚杆(300)与工字钢采用单面搭接焊进行连接，浇筑c30砼导向墙基础，拱脚基础浇筑同时，进行导向管的埋设，导向管按照焊接在工字钢架上，安装导向管时需与端模抵紧并采取措施使其牢牢固定在端模上。导向管安装完成后，进行模板安装，模板安装需牢固可靠，模板与混凝土接触面需涂刷脱模剂。模板安装完成随后进行混凝土浇筑，导向墙采用c25混凝土浇注，施工过程中需严格控制材料的质量，人工配合机械浇注并捣固密实，浇注顺序为自拱脚两侧对称浇注，直至拱顶。混凝土浇注完毕后，需及时进行养护，养护龄期不得少于7天。混凝土强度达到设计强度的70％后可拆除非承重模板(外模)及端模板，强度达到设计强度的100％后可拆除内模及支架。
6.根据权利要求1所述的一种复杂地质条件下边坡管棚施工方法，其特征在于，所述步骤s2中钻机的使用具体为在对物体表层进行钻孔时，使用大直径的钻头，且切削部使用凹槽或螺旋状，切削齿选用块齿或勺形齿，齿间距选择10-25mm，齿数每转设计在2-6齿，中间层的钻头直径随层数的增加逐步减少，切削齿，采用尖齿和块齿的混合设计，齿间距选择5-15mm，齿数每转设计在4-10齿，底层的钻头针对底层的硬度进一步减小直径，且切削部使用精细的螺旋状，切削齿为尖齿设计，齿间距选用2-10mm，齿数每转设计在8-22齿；
7.根据权利要求5所述的一种复杂地质条件下边坡管棚施工方法，其特征在于，所述拱脚基础内的锚杆(300)施工具体为：
8.根据权利要求7所述的一种复杂地质条件下边坡管棚施工方法，其特征在于，所述洞口封堵区(600)内设置锚杆(300)、排气管(400)和注浆管(500)，所述锚杆(300)采用直径为20mm的hrb400级钢筋，锚杆(300)长度为2500mm，外露100mm，所述排气管(400)位于所述注浆管(500)与所述锚杆(300)之间，且所述锚杆(300)的端部安装有锁脚，锁脚锚杆(300)前端预弯成l形，焊接至钢拱架上，每榀钢架至少与3-5根所述锚杆(300)相连接，并设置锁脚锚杆(300)，锁脚锚杆(300)的打设角度为向下倾斜40°。
