大型“拱箱復(fù)合”結(jié)構(gòu)隧道施工技術(shù)

張磊

摘 要：廈門市機場路JC3標段明挖段受周邊環(huán)境條件所限，需采用地下立交形式。為實現(xiàn)此目標，施工、設(shè)計單位聯(lián)合開展了科技創(chuàng)新，形成了大型“拱箱復(fù)合”結(jié)構(gòu)隧道施工技術(shù)。本文從工藝原理、操作要點、拱圈模板臺車施工方法、拱圈模板臺車監(jiān)測等方面對這一施工技術(shù)進行闡述，旨在探討此實用技術(shù)，為以后類似的明挖隧道施工提供借鑒。

關(guān)鍵詞：大型 拱箱復(fù)合 模板臺車

中圖分類號：TU2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）03（a）-0053-02

國內(nèi)外遇到立體交通問題時，一般都采取修建大型立交橋的地上立交來解決問題。但此方式對施工場地要求較大，并且在施工過程中擾民嚴重。廈門機場路JC3標將立體交通置于地下，具有對地下空間利用大、節(jié)約城市用地、保護環(huán)境等優(yōu)點。在明挖暗埋隧道工程中，普遍采用框架結(jié)構(gòu)形式，其施工技術(shù)和工藝都比較成熟。廈門機場路JC3標采用了大型“拱箱復(fù)合”結(jié)構(gòu)形式，該形式隧道具有受力性能好，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，承受荷載強等優(yōu)點，今后將有一定的推廣價值。

1 工程概況

廈門市機場路明挖段分為四個部分，第一段為YK7+018.0～YK7+248.0段，周圍環(huán)境較復(fù)雜，在YK7+018～YK7+248左側(cè)為軍事管理區(qū)，YK7+018～YK7+240右側(cè)有蓮坂水庫，YK7+240～YK7+500右側(cè)為水務(wù)集團的辦公、生活建筑群及蓮前西路。為實現(xiàn)地下立交，采用拱箱復(fù)合結(jié)構(gòu)形式，主線框架行車道寬度12 m、框架凈跨13.5 m，拱凈跨24.7 m，凈高6.175 m，矢跨比1/4，拱圈厚度70 cm?；娱_挖深度在29～15 m之間，由于邊坡及支護形式不同，基坑開挖寬度為36～70 m不等。

2 工藝原理

根據(jù)拱箱復(fù)合結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)的力學特征，可知在用作明挖隧道結(jié)構(gòu)上，拱箱復(fù)合結(jié)構(gòu)的受力性能更好一些，因為拱主要承受壓力，能充分發(fā)揮混凝土材料的良好的抗壓能力，從而節(jié)約材料，創(chuàng)造良好的經(jīng)濟效益。

框架結(jié)構(gòu)雖受力清晰明了，但是由于框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面較小，因此其承載力和剛度都較低，也不利于抗震。從計算結(jié)果來看，上層框架結(jié)構(gòu)的頂梁所受的彎矩較大，撓度也較大，這對結(jié)構(gòu)的安全性不利。

另外，對比分析兩種結(jié)構(gòu)的內(nèi)力圖可知，拱箱復(fù)合結(jié)構(gòu)的內(nèi)力（主要是指彎矩和剪力）的分布相對框架結(jié)構(gòu)來說要均勻很多，這樣有利于充分發(fā)揮材料的力學性能，從這點也可以看出兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣。

在具體實施過程中，根據(jù)不同的地質(zhì)條件采用了高臺身或低臺身，臺身上部施做拱座，在受場地條件限制不能施做臺身的區(qū)段，采用承臺，承臺以下施做挖孔樁做為基礎(chǔ)；箱形結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，在優(yōu)化結(jié)構(gòu)的同時節(jié)約了鋼筋和混凝土；拱圈施工引進了隧道施工理念，采用大型模板臺車，保證了施工的質(zhì)量和安全。

3 工藝流程及操作要點

3.1 工藝流程

施工準備→圍護結(jié)構(gòu)施工→基坑開挖→承臺樁基施工→底板、擋墻、臺身基礎(chǔ)施工→邊墻、中隔墻、臺身施工→頂板、承臺施工→拱座施工→拱圈施工→結(jié)構(gòu)外防水施工→基坑回填。各部位如圖1所示。

3.2 操作要點

（1）承臺樁（Φ150挖孔樁）要盡早開工，因為這一工序影響到承臺以下土石方的開挖，進而影響到底板、擋墻、承臺的施工。在基坑開挖過程中，在保證基坑安全的前提下，優(yōu)先開挖左側(cè)土石方、并認真組織錨索施工，創(chuàng)造承臺樁開工條件。

（2）為抵抗左側(cè)承臺與圍護樁、擋墻與承臺樁之間的剪力，在圍護樁與承臺、承臺樁與擋墻相交的部位，需植入鋼筋。植筋的工程量大、施作時間長，所以施工安排要提前，創(chuàng)造擋墻和承臺的工作面，避免影響拱圈的施工。

（3）底板要盡快施工。該段基坑寬度大，達60 m，左側(cè)無混凝土泵車停放場地，在混凝土澆筑作業(yè)時，泵車只能在作業(yè)區(qū)域的前、后、右三個方向停放，而因為基坑寬度大，僅從右側(cè)澆筑混凝土無法滿足施工需求。為了創(chuàng)造混凝土澆筑條件，必須盡快施作底板，創(chuàng)造前方和后方的泵車停放條件。同時，盡快施作底板也有利于基坑的穩(wěn)定和下一步結(jié)構(gòu)施工的流水作業(yè)。

（4）頂板要盡快封頂。在頂板施工過程中，其下方因搭設(shè)支架不能通行，在頂板澆筑后，因等強而暫不能拆除支架，頂板以下難以通車。所以，在邊墻和中隔墻施工過程中，即開始搭設(shè)部分頂板所需支架，在邊墻和中隔墻澆筑完成且混凝土強度達到要求后，立刻組織頂板支架、模板、鋼筋、澆筑的作業(yè)，保證上方通道向前延伸。同時，頂板的盡早完成有利于拱圈的施工，因為承臺、中拱座、右拱座之間決定拱圈能否開工的條件往往是中拱座。

（5）承臺和拱座施工要合理組織。在結(jié)構(gòu)流水作業(yè)線上，承臺和左右拱座一般不是關(guān)鍵工序，可以選擇合適時間穿插進行。但也需要合理組織鋼筋綁扎、模板支立等工序，避免因忽略這些工序而引起的拱圈施工滯后現(xiàn)象。

（6）拱圈施工需精心組織。拱圈施工前，首先要將施工范圍內(nèi)的匝道填高、壓實，創(chuàng)造模板臺車行走條件，其次要及時安排模板臺車定位。在臺車定位后，組織足夠的鋼筋工綁扎拱圈鋼筋，同時加強拱圈作業(yè)的安全管理，此工序安全為重中之重。在綁扎鋼筋過程中，安排好泵車停放的場地，為混凝土澆筑創(chuàng)造有利條件。

3.3 拱圈模板臺車施工方法

3.3.1 主要技術(shù)參數(shù)

（1）臺車每模襯砌長度：L=13500 mm；

（2）臺車行走速度：8 m/min；

（3）單邊最大脫模量：100 mm；

（4）水平調(diào)整量：100 mm（單邊）；

（5）系統(tǒng)流量：Q=23 L/min；

（6）系統(tǒng)工作壓力：P=12 MPa；

（7）油缸最大行程：豎向油缸：1250 mm；側(cè)向油缸：300 mm；水平油缸：200 mm。

3.3.2 使用說明

（1）模板臺車使用必備條件。

①檢查路面標高及路面狀況是否滿足設(shè)計要求，路面狀況：砼路面。

②檢查枕木和鋼軌是否滿足設(shè)計要求，枕木：200 mm；鋼軌：43 kg/m。

③檢查拱圈砼厚度是否滿足設(shè)計要求，最大砼厚度：70 cm。

④檢查鋼模板外表面是否涂抹脫模劑。

（2）立模。

模板臺車行走至襯砌位置后便可立模，立模前模板臺車處于脫模狀態(tài)。立模按以下幾步進行。

①臺車至襯砌位置后，收起支撐千斤頂和模板限位裝置，將門架支撐千斤頂撐于鋼軌上并旋緊。

②啟動液壓電機，操作手動換向閥手柄，使豎向油缸上升。調(diào)整臺車模板，使其接近預(yù)定高度。

③操作手動換向閥手柄，使水平油缸平移。調(diào)整鋼模板臺車模板，使其中心線與襯砌中心線對齊，然后再操作手動換向閥，使豎向油缸上升到預(yù)定位置，旋緊臺架頂部豎向千斤頂，旋緊上部模板限位裝置。

④操作手動換向閥手柄，使側(cè)向油缸撐出。粗調(diào)鋼模板臺車側(cè)模板至預(yù)定位置。

⑤裝好并旋緊側(cè)向絲缸。

⑥關(guān)閉電機，來回搖動手動換向閥手柄，使側(cè)向油缸卸壓。調(diào)節(jié)側(cè)向千斤頂，使鋼模板臺車側(cè)向模板達到灌注狀態(tài)。

⑦裝好堵頭并旋緊模板限位裝置。

（3）拱圈砼澆注。

立模完成后即可進行砼澆注。澆注之前，鋼模板臺車外表面需涂抹脫模劑，以減少脫模時表面的粘結(jié)力。

在砼澆注過程中要注意以下兩點。

①在每次砼澆注之前，應(yīng)檢查絲缸、千斤頂是否有松動，防止在注漿時臺車變形。

②砼澆注時，鋼模板臺車前后砼高差要求不超過600 mm；左右砼高度差要求不超過500 mm。

（4）脫模。

砼澆注完成之后，必須讓砼凝固一定時間后才能進行脫模。脫模按以下幾步進行。

①拆掉側(cè)向千斤頂、對地千斤頂、堵頭板和邊模邊部的鍥形塊。

②啟動液壓系統(tǒng)，操作手動換向閥手柄，控制側(cè)向油缸。使鋼模板臺車側(cè)模板脫離襯砌面。油缸收縮行程為180～300 mm。

③收起頂支撐千斤頂及模板限位裝置。

④操作手動換向閥手柄，控制豎向油缸。使鋼模板臺車鋼模板面全部脫離襯砌表面。油缸收縮時，必須分次收縮，切記一次性強制脫模。油缸收縮行程為180～300 mm。

3.3.3 臺車加固措施

組裝完成的臺車每臺自重160 t，鋼筋混凝土按2.6 t/每立方計算，單側(cè)拱圈重692.3 t（按13.5 m長計算）；臺車自重與拱圈重量由臺車下部5排縱向立柱來承重，其中臺車2排縱向立柱在靠近中拱座2 m范圍內(nèi)，1排在框架側(cè)墻頂，2排在靠近擋墻2 m范圍內(nèi)；按照平均受力計算，每排縱向立柱受力170 t，因此，臺車定位前在框架頂板靠中拱座與擋墻處的臺車縱向立柱受力需要加強處理。

臺車在框架側(cè)墻頂與中拱座處的縱向立柱間距10.11 m，承受大部分荷載，需要在臺車軌道對應(yīng)的框架內(nèi)利用腳手架縱向支撐3排，以減少框架頂板承受的荷載；腳手架高7.1 m（包括上下頂托40 cm），縱向間距0.5 m。

3.3.4 模板臺車施工難點解決

（1）偏壓問題。

本工程屬于聯(lián)拱隧道，如果兩臺模板臺車施工過程不對稱，空易產(chǎn)生混凝土對臺車偏壓的現(xiàn)象。

為了防止模板臺車和墩座受偏壓，在混凝土澆筑過程中，左中右同步進行，以保證內(nèi)側(cè)和外側(cè)的拱腳及拱腰位置受力均衡。

（2）臺車縱向行車。

因外側(cè)匝道的縱向坡度與主線坡度相差較大，所以隨著臺車的縱向移動，需要不斷的調(diào)整支柱的高程。

為此，采取了回填土和接長支柱的方式。匝道填土密實度要求達到95%以上，并且臺車在匝道內(nèi)的2縱向立柱底面澆注20 cm厚C20混凝土。

3.3.5 模板臺車監(jiān)測

（1）內(nèi)力監(jiān)測。

為了清楚了解模板臺車的受力和變形特征，分別在下圖1中布置測點，測量模板臺車的內(nèi)力和變形。測量內(nèi)力所用的鋼筋計如圖2所示。

內(nèi)力測量結(jié)果如圖3。

從圖3可以看出模板臺車的內(nèi)力特征是：①測點的布置是對稱的，這些對稱點的內(nèi)力基本是對稱的。②布置在后側(cè)的點的受力普遍大于前側(cè)的點的內(nèi)力。③右前右、左前左、右后中三點的內(nèi)力很大，應(yīng)該加強模板臺車此處的強度。

（2）變形監(jiān)測。

為了清楚了解模板臺車的變形特征，測量模板臺車的變形，測量結(jié)果如圖4。

從圖4可以看出模板臺車的變形特征是：①左后右的變形最大，達到12 mm；其次是左后中的變形，達10 mm。②其他地方的變形比較接近，都在幾個毫米的范圍內(nèi)變動。③左側(cè)模板臺車前部有上移，后部有下移。

4 結(jié)論

（1）上拱下箱的大型“拱箱復(fù)合”結(jié)構(gòu)形式，成功的解決了城市立體交通問題，節(jié)約城市用地，保護了城市景觀，并且降低了噪音污染。

（2）傳統(tǒng)的明挖暗埋隧道框架結(jié)構(gòu)在大跨的情況下構(gòu)建尺寸大、配筋率高，不經(jīng)濟；“拱箱復(fù)合”結(jié)構(gòu)采用薄殼拱和箱體，節(jié)約大量鋼筋、混凝土，經(jīng)濟效益顯著；高大拱圈利用模板臺車實行標準化作業(yè)，施工安全、快速。

（3）將數(shù)據(jù)處理和信息反饋技術(shù)應(yīng)用于施工，利用監(jiān)控量測指導施工，動態(tài)修正施工參數(shù)，確保工程的質(zhì)量和安全。

（4）該技術(shù)適用于不同地質(zhì)條件下大跨度明挖暗埋隧道，特別是受臨近建（構(gòu)）筑物和地面條件限制的城市立交明挖暗埋地下工程。