首頁 > 施工監(jiān)理 > 正文

國內(nèi)罕見超大斷面四聯(lián)拱隧道施工技術(shù)

2021-08-30　　

　　連拱隧道由于跨度大及分多步開挖多次擾動土體，造成地表沉降明顯，給施工安全帶來很大隱患。文章以哈爾濱地鐵一號線哈爾濱南站—哈達(dá)站區(qū)間四連拱隧道段工程為背景，對大斷面四連拱隧道雙側(cè)壁＋中導(dǎo)洞法的施工工法展開研究，主要闡述了雙側(cè)壁＋中導(dǎo)洞工法的原理和特點(diǎn)、施工步驟、關(guān)鍵技術(shù)等,可為類似條件下的隧道施工提供有益的借鑒。

　　1概述

　　哈爾濱地鐵一號線哈爾濱南站站—哈達(dá)站區(qū)間位于哈爾濱市主干道學(xué)府路正下方，區(qū)間全長1160m。由于哈南停車場出入場雙線從區(qū)間正線引出，在SK1+374~SK1+456.985里程范圍設(shè)計(jì)為國內(nèi)罕見的超大斷面四連拱隧道。隧道所處地層為淺埋軟塑粘土地層，結(jié)構(gòu)底板埋深約16～26m。隧道采用分部開挖的雙側(cè)壁導(dǎo)坑+中導(dǎo)洞法施工，開挖寬度28m，開挖高度8m，開挖面積近217m2。隧道最淺埋置深度約為8.5m，與開挖高度非常接近，屬于高寒地區(qū)超大斷面連拱隧道。

　　2四聯(lián)拱超大斷面隧道施工技術(shù)

　　四聯(lián)拱大斷面隧道施工總體上分為開挖和襯砌兩部分。在開挖方法上又分為整體全斷面“雙側(cè)壁導(dǎo)坑＋中導(dǎo)洞工法”、區(qū)間正線（上下行線）局部斷面"CRD工法"、中導(dǎo)洞及出入場線局部斷面"上下導(dǎo)坑法（或臺階法）"等。

　　在襯砌施工方面，四聯(lián)拱隧道（區(qū)間正線CRD法斷面）襯砌分四步進(jìn)行：仰拱施工—仰拱回填施工—隧道內(nèi)側(cè)直墻混凝土施工—隧道外側(cè)拱墻施工；四聯(lián)拱隧道（中導(dǎo)洞斷面）襯砌分仰拱和中隔壁兩步進(jìn)行；四聯(lián)拱隧道（出入場線斷面）襯砌分仰拱和拱部進(jìn)行施工。四聯(lián)拱襯砌在完成初期支護(hù)背后注漿，初期支護(hù)驗(yàn)收合格后進(jìn)行。

　　2.1四聯(lián)拱超大斷面隧道開挖施工工序及施工方法

　　四聯(lián)拱隧道整體雙側(cè)壁導(dǎo)坑＋中導(dǎo)洞工法施工工序及施工方法如圖1～圖7所示，區(qū)間正線隧道（上下行線）局部斷面CRD工法施工工序及施工方法如2.1.2節(jié)所述，中導(dǎo)洞及出入場線局部斷面上下導(dǎo)坑法屬常規(guī)施工，不再贅述。

　　2.2.1雙側(cè)壁導(dǎo)坑＋中導(dǎo)洞法施工工序及施工方法

　?。?）第一步：采用"CRD工法"錯(cuò)開步距分別施做四聯(lián)拱隧道兩側(cè)區(qū)間正線（上下行線）側(cè)導(dǎo)洞，同時(shí)施做型鋼+掛網(wǎng)+錨噴初期支護(hù)，施工前先進(jìn)行拱部?42小導(dǎo)管注漿超前支護(hù)（圖1）。

　　

　　圖1第一步開挖示意

　?。?）第二步：利用上下導(dǎo)洞法（或臺階法）施做中導(dǎo)坑，同時(shí)施做型鋼+掛網(wǎng)+錨噴初期支護(hù)，施工前先進(jìn)行拱部?42小導(dǎo)管注漿超前支護(hù)（圖2）。

　　

　　圖2第二步開挖示意

　?。?）第三步：在上述開挖完成的3個(gè)導(dǎo)坑內(nèi)施做二次襯砌，施工順序?yàn)椋轰亽旆浪畬?mdash;細(xì)石混凝土保護(hù)層—二次襯砌鋼筋施工—二次襯砌混凝土施工，中導(dǎo)洞二次襯砌施工完畢后在其拱部回填C20混凝土（圖3）。

　　

　　圖3第三步開挖示意

　?。?）第四步：在完成上述二次襯砌作業(yè)后，開始開挖介于上述3個(gè)導(dǎo)坑之間的尚未開挖的左右兩部分土體。總體上采用從上到下的步序，首先開挖左上、右上兩個(gè)導(dǎo)坑，同時(shí)施做型鋼+掛網(wǎng)+錨噴初期支護(hù)，施工前先進(jìn)行拱部?42小導(dǎo)管注漿超前支護(hù)（圖4）。

　　

　　圖4第四步開挖示意

　?。?）第五步：依次拆除左右兩部分上導(dǎo)坑的型鋼支撐，施做拱部二次襯砌混凝土，施工順序?yàn)椋轰亽旆浪畬?mdash;二次襯砌鋼筋施工—二次襯砌混凝土施工（圖5）。

　　

　　圖5第五步開挖示意

　　（6）第六步：待左右兩部分上導(dǎo)坑拱部二次襯砌混凝土強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求后，開挖最后剩余的左右兩部分下導(dǎo)坑土體，同時(shí)施做型鋼+掛網(wǎng)+錨噴初期支護(hù)（圖6）。

　　

　　圖6第六步開挖示意

　　（7）第七步：依次拆除左右兩部分下導(dǎo)坑的型鋼支撐，施做仰拱二次襯砌混凝土，施工順序?yàn)椋轰佋O(shè)防水層—細(xì)石混凝土保護(hù)層—仰拱二次襯砌鋼筋施工—仰拱二次襯砌混凝土施工。至此所有四聯(lián)拱結(jié)構(gòu)的仰拱、頂拱、邊墻封閉成整體，之后及時(shí)對四聯(lián)拱隧道二次襯砌背后進(jìn)行回填灌漿，最后施做仰拱隧底回填，整個(gè)四聯(lián)拱隧道結(jié)構(gòu)施工完畢（圖7）。

　　

　　圖7第七步開挖示意

　　2.2.2區(qū)間正線局部斷面CRD工法施工工序及施工方法

　　（1）第一步：區(qū)間正線右上斷面拱部超前支護(hù)；開挖右上斷面，施做初期支護(hù)及臨時(shí)支撐。

　?。?）第二步：區(qū)間正線右下斷面開挖并施做初期支護(hù)和臨時(shí)支撐。

　?。?）第三步：區(qū)間正線左上斷面超前支護(hù)，開挖后施做初期支護(hù)、臨時(shí)支撐。

　?。?）第四步：開挖區(qū)間正線左下斷面，施作左下斷面初期支護(hù)，并施作臨時(shí)支撐。

　?。?）第五步：分段拆除臨時(shí)支撐，進(jìn)行隧道仰拱二次襯砌及隧底回填層施工。

　?。?）第六步：分段施作隧道拱墻二次襯砌混凝土。

　　3四聯(lián)拱隧道（區(qū)間正線CRD法斷面）襯砌施工

　　3.1仰拱施工

　　（1）CRD豎撐破除

　　為保證安全，豎撐破除切割高度為仰拱回填頂面10cm，仰拱每循環(huán)施工長度為6m，采取跳段破除。在工字鋼豎撐破除切割、工字鋼墊板加設(shè)前做好監(jiān)控量測，當(dāng)變形速率超警戒值時(shí)立即恢復(fù)破除的鋼支撐，在穩(wěn)定后再采用隔榀破除方式進(jìn)行施工。鋼支撐破除時(shí)采用風(fēng)鎬破除，嚴(yán)禁破碎錘施工（圖8）。

　　

　　圖8 CRD豎撐破除

　　（2）仰拱防水層施工

　　在仰拱基面處理合格后進(jìn)行仰拱防水層施工，為確保中導(dǎo)洞側(cè)防水的搭接，利用5cm厚苯板對防水層進(jìn)行保護(hù)，在中導(dǎo)洞仰拱施工時(shí)去除苯板，實(shí)現(xiàn)防水層順接。

　?。?）仰拱鋼筋施工

　　為確保中導(dǎo)洞仰拱鋼筋與CRD仰拱鋼筋的整體連接，且鋼筋接頭滿足規(guī)范要求，在中導(dǎo)洞側(cè)鋼筋接頭采用直螺紋套筒，并使用5cm厚苯板對套筒進(jìn)行保護(hù)，防止混凝土進(jìn)入套筒內(nèi)而影響下步鋼筋連接。其它部位鋼筋按區(qū)間正洞襯砌鋼筋要求施工。

　?。?）仰拱混凝土施工

　　為保證凈空尺寸，仰拱模板外放5cm進(jìn)行加工和支立，按要求做好模板加固，在尺寸報(bào)驗(yàn)合格后進(jìn)行澆筑（圖9）。

　　

　　圖9仰拱混凝土施工

　　3.2仰拱回填施工

　　根據(jù)設(shè)計(jì)，軌面以下56cm采用C20混凝土進(jìn)行回填，為便于拱墻襯砌支架搭設(shè)，在仰拱混凝土強(qiáng)度達(dá)到2.5MPa時(shí)進(jìn)行仰拱回填施工，回填混凝土具備強(qiáng)度后在回填頂面加設(shè)工字鋼或鋼板，使豎撐和回填混凝土緊密接觸，確保初期支護(hù)穩(wěn)定（圖10）。

　　

　　圖10仰拱回填施工

　　3.3中導(dǎo)洞側(cè)直墻施工

　　在仰拱回填強(qiáng)度滿足上部作業(yè)要求后破除中導(dǎo)洞側(cè)橫支撐，搭設(shè)腳手架并支立模板，進(jìn)行中導(dǎo)洞側(cè)直墻混凝土施工。

　?。?）中導(dǎo)洞側(cè)支撐破除其要求同仰拱豎撐破除。

　?。?）防水、鋼筋施工

　　在拱部混凝土施工范圍鋪設(shè)防水層，為確保與中導(dǎo)洞防水的搭接，利用兩層5cm厚苯板對防水層進(jìn)行保護(hù)，在中導(dǎo)洞初期支護(hù)破除后去除苯板，實(shí)現(xiàn)與出入場線防水層的順接，同時(shí)防水層隧道外側(cè)防水層伸出模板超過20cm，便于下步拱墻防水層施工時(shí)進(jìn)行搭接（圖11）。

　　

　　圖11直墻防水層保護(hù)

　?。?）支架搭設(shè)、模板支立?50滿堂腳手架搭設(shè)，橫桿步距h=0.6m，橫距為0.6m，縱距為0.75m，上下均使用頂托；直墻模板采用18mm厚多層板，模板背側(cè)設(shè)10cm×10cm的方木內(nèi)楞（間距0.3m），外側(cè)設(shè)?48雙鋼管外楞（間距60cm），鋼管外楞和支架鋼管連接；內(nèi)外模板采用?14對拉螺栓固定在鋼管外楞之間（螺桿外套PVC管，便于螺桿的重復(fù)利用，螺桿間距60cm）。

　?。?）混凝土施工

　　為確?；炷琳駬v到位，在模板上設(shè)置混凝土輸送口，窗口大小為30cm×30cm，豎向及縱向間距為3m，用HBT60輸送泵從窗口處直接入模澆筑，在窗口處插入振搗器充分振搗，確?；炷翝仓娘枬M（圖12）。

　　

　　圖12中導(dǎo)洞側(cè)直墻施工

　　3.4拱墻施工

　?。?）中隔壁拆除

　　在中導(dǎo)洞側(cè)直墻混凝土澆筑完成后，利用現(xiàn)有支架搭設(shè)平臺，對剩余中隔壁支撐進(jìn)行拆除。拱墻襯砌長度為6m，為便于防水及預(yù)留鋼筋接頭，鋼支撐拆除長度增加1～2m。

　?。?）支架、鋼架、模板支立施工步驟見直墻施工。

　　（3）邊墻及拱部混凝土澆筑

　　在模板上設(shè)置混凝土輸送口，窗口大小為30cm×30cm，用HBT60輸送泵從窗口處直接入模澆筑，在窗口處插入振搗器充分振搗，確?；炷翝仓娘枬M（圖13）。

　　

　　圖13拱墻混凝土施工

　　4四聯(lián)拱隧道（中導(dǎo)洞斷面）襯砌混凝土施工

　　4.1中導(dǎo)洞仰拱施工

　?。?）防水層、防水保護(hù)層、仰拱鋼筋施工具體施工步驟見CRD斷面仰拱施工。

　?。?）仰拱混凝土施工

　　在防水保護(hù)層、仰拱鋼筋施工完成后進(jìn)行中導(dǎo)洞仰拱混凝土施工，中導(dǎo)洞仰拱每循環(huán)施工長度為20～30m（圖14）。

　　

　　圖14中導(dǎo)洞仰拱施工

　　4.2中隔壁施工

　?。?）橫撐拆除

　　在仰拱模板拆除后跳段拆除中導(dǎo)洞橫撐，每次拆除長度為7～8m。

　?。?）支架支立

　　施工步驟見中導(dǎo)洞側(cè)直墻部分。

　?。?）拱部防水鋪設(shè)

　　為確保與中導(dǎo)洞防水與出入場線防水的搭接，利用兩層5cm厚苯板對防水層進(jìn)行保護(hù)，在中導(dǎo)洞初期支護(hù)破除后去除苯板，實(shí)現(xiàn)與出入場線防水層的順接。

　?。?）鋼筋綁扎

　　具體步驟見中導(dǎo)洞側(cè)直墻施工。

　?。?）模板安裝

　　直墻模板采用18mm厚多層板，模板背側(cè)設(shè)10cm×10cm的方木內(nèi)楞（間距0.3m），外側(cè)設(shè)?48雙鋼管外楞（間距60cm），鋼管外楞和支架鋼管連接；內(nèi)外模板采用?14對拉螺栓固定在鋼管外楞之間（螺桿外套PVC管，便于螺桿的重復(fù)利用，螺桿間距60cm）?；⌒文０宀捎眉庸さ亩ㄐ弯撃０?。

　　（6）混凝土施工

　　在模板上設(shè)置混凝土輸送口，間距3m，窗口大小為30cm×30cm，混凝土直接從窗口處灌入模內(nèi)，并從窗口處進(jìn)行振搗（圖15）。

　　

　　圖15中隔壁施工

　　5四聯(lián)拱隧道（出入場線斷面）襯砌混凝土施工

　　5.1拱部混凝土施工

　?。?）上導(dǎo)洞初期支護(hù)破除

　　上導(dǎo)洞橫支撐作為拱部襯砌支架基礎(chǔ)，因此從橫支撐以上1.5m開始向上進(jìn)行支撐破除，破除采用人工風(fēng)鎬施工，跳段破除，每段長度為7～7.5m。

　?。?）支架支立

　　具體步驟見中導(dǎo)洞施工部分。

　　（3）拱部防水層施工

　　具體步驟見中導(dǎo)洞施工部分。

　?。?）鋼筋施工

　　具體步驟見中導(dǎo)洞施工部分。

　?。?）支架、鋼架、模板支立

　　具體步驟見中導(dǎo)洞施工部分。

　　（6）混凝土澆筑

　　在拱頂每隔3m設(shè)置一個(gè)混凝土泵送孔，確保拱頂混凝土的飽滿密實(shí)（圖16）。

　　

　　圖16出入場線拱部混凝土施工

　　5.2仰拱混凝土施工

　　在拱部襯砌施工完成后，拆除出入場線剩余初期支護(hù)進(jìn)行仰拱襯砌施工。仰拱每次施工長度以30m左右為宜。

　　5.3仰拱回填施工

　　仰拱施工完成后進(jìn)行仰拱回填施工（圖17）。

　　

　　圖17出入場線仰拱及回填施工

　　6四聯(lián)拱隧道施工監(jiān)測技術(shù)

　　為了掌握圍巖的穩(wěn)定性和支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，分析區(qū)域性施工特征，及時(shí)發(fā)現(xiàn)不穩(wěn)定因素，驗(yàn)證設(shè)計(jì)并指導(dǎo)施工，必須加強(qiáng)施工監(jiān)測。監(jiān)測的重點(diǎn)主要為地表沉降、拱頂下沉以及洞身收斂，其次為結(jié)構(gòu)及圍巖應(yīng)力的測量。由于四聯(lián)拱隧道施工共進(jìn)行17次分步開挖，對土體產(chǎn)生多次擾動和累計(jì)沉降，因此地表沉降量的監(jiān)測和控制是控制施工安全的最核心內(nèi)容和最關(guān)鍵的重要措施。因篇幅所限，僅對地表沉降過程和結(jié)果作簡要敘述。

　　地表沉降觀測點(diǎn)的布設(shè)按照規(guī)范要求，縱向布設(shè)間距5m，位置在拱頂?shù)恼戏?。在代表性地段布設(shè)橫斷面，斷面監(jiān)測點(diǎn)間距2～5m，由隧道中線向外側(cè)距離逐漸增大，四連拱隧道拱頂及兩拱結(jié)合處均應(yīng)布設(shè)，按此原則每一監(jiān)測斷面布置17個(gè)監(jiān)測點(diǎn)。由于地表沉降監(jiān)測點(diǎn)及隧道結(jié)構(gòu)都具有對稱性，故選取左半部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行分析。根據(jù)最終統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和分析結(jié)果可知：

　?。?）四連拱隧道斷面地表沉降最大點(diǎn)位于下行線正上方的地表測點(diǎn)S6，其最大沉降量為23.6mm；其次為左導(dǎo)洞上方地表測點(diǎn)，其最大沉降量為17.8mm，中導(dǎo)洞對應(yīng)地表沉降相對較小，為14.8mm。在隧道開挖20d時(shí)，距掌子面約3D處沉降量約占總沉降量的80%～90%，20d以后變化趨于穩(wěn)定。

　　（2）在上下行線開挖過程引起的地表沉降的相互作用及其影響方面，對地表沉降點(diǎn)S6影響最大的為上行線的開挖，其次為中導(dǎo)洞的開挖。上行線開挖時(shí)下行線地表沉降還未穩(wěn)定，而中導(dǎo)洞及左右導(dǎo)洞施工時(shí)，S6測點(diǎn)沉降趨勢已趨于平緩。

　?。?）及時(shí)施作二次襯砌對控制地表沉降具有明顯作用。圖18顯示在6月3日施作二次襯砌后S5、S6、S7測點(diǎn)沉降曲線明顯變緩。

　　

　　圖18地表沉降測點(diǎn)隨時(shí)間的累積沉降曲線

　　7四聯(lián)拱隧道施工控制要點(diǎn)

　?。?）嚴(yán)格控制支撐拆除長度，仰拱防水施工完成后立即對所切割豎撐隔榀回?fù)危尾鸪?、切割前后必須進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)超警戒值或突變時(shí)，對全部切割的豎撐進(jìn)行回?fù)危瑫r(shí)確?；?fù)钨|(zhì)量，使回?fù)魏蟮呢Q撐真正受力。

　　（2）在區(qū)間正線襯砌、中隔墻襯砌及出入場線仰拱及拱墻襯砌施工時(shí)，施工縫設(shè)置在同一里程，確保防水成環(huán)而發(fā)揮作用。

　?。?）做好防水層、鋼筋直螺紋套筒的保護(hù)，確保下步襯砌施工時(shí)能夠很好連接。

　?。?）腳手架、鋼模支撐鋼架按方案支立、加固，防止混凝土施工時(shí)因變形而影響凈空尺寸。

　　（5）為確保襯砌內(nèi)實(shí)外美，必須利用設(shè)置的工作窗進(jìn)行振搗，拱部可設(shè)置小功率的附著式振動器進(jìn)行振搗。

　　（6）采取跳段襯砌時(shí)，為提前進(jìn)行出入場線開挖，及時(shí)對跳段預(yù)留襯砌進(jìn)行補(bǔ)充。

　　8結(jié)語

　　連拱隧道在公路、鐵路、地鐵隧道中已有較多的應(yīng)用，目前，雙連拱和三連拱施工有大量工程實(shí)例可以借鑒，同時(shí)施工技術(shù)基本成型。而對埋深淺、地質(zhì)條件差、斷面尺寸更大的四聯(lián)拱隧道,在地鐵隧道中的應(yīng)用并不多見，采用何種工法和工序進(jìn)行施工才能確保施工安全，同時(shí)滿足施工質(zhì)量和工期的需要為本工程施工研究的重點(diǎn)。

　　在理論分析和現(xiàn)場實(shí)踐基礎(chǔ)上研發(fā)的“淺埋軟塑粘土地層四聯(lián)拱地鐵隧道施工工法”，其受力條件好，安全性較高，施工工序少，施工效率高，施工周期短，且施工對圍巖及已成結(jié)構(gòu)擾動次數(shù)少，隧道建成后結(jié)構(gòu)整體性好。四聯(lián)拱段采用“雙側(cè)壁導(dǎo)坑+中導(dǎo)洞法”施工，沉降變形控制在允許范圍之內(nèi)，確保了周邊構(gòu)筑物安全，避免了管線變形滲漏、路面沉陷及隧道坍塌，保證了施工質(zhì)量及工期，社會效益及經(jīng)濟(jì)效益明顯，不但填補(bǔ)了國內(nèi)此類工程的技術(shù)空白，實(shí)現(xiàn)了軟塑粘土第一跨隧道（27.557m）的安全、快速施工，更對今后其它類似工程的施工積累了經(jīng)驗(yàn)。

上一篇：海洋橋梁工程施工技術(shù)及裝備發(fā)展研究
下一篇：最后一頁