寒區(qū)淺埋軟塑粘土地層四聯(lián)拱地鐵隧道施工控制技術(shù)

胡利平

【摘要】哈爾濱地鐵一號(hào)線二期工程哈爾濱南站站～農(nóng)科院站區(qū)間與哈南停車場出入場線區(qū)間平交部位設(shè)計(jì)為四聯(lián)拱斷面，設(shè)計(jì)長度83m，斷面最大寬度27.56m，高度8.42m，采用雙側(cè)壁+中導(dǎo)坑法施工。四聯(lián)拱段結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜、施工工序多、干擾大、工期緊、施工風(fēng)險(xiǎn)極大。本文重點(diǎn)對(duì)四聯(lián)拱段開挖、襯砌技術(shù)進(jìn)行介紹，希望對(duì)類似工程施工提供參考。

【關(guān)鍵詞】淺埋 軟塑粘土地層 地鐵區(qū)間 四聯(lián)拱 施工

1.工程簡介

1.1 工程概況

哈爾濱南站站～農(nóng)科院站區(qū)間為哈爾濱市軌道交通一號(hào)線延長線，位于學(xué)府路規(guī)劃道路正下方，學(xué)府路是城區(qū)主干道，規(guī)劃道路寬80m，隧道中線與規(guī)劃道路永中基本平行。區(qū)間全長1162.585雙延米，采用淺埋暗挖法施工，其中區(qū)間隧道標(biāo)準(zhǔn)段采用臺(tái)階法施工，人防段采用CRD法施工，四聯(lián)拱段采用雙側(cè)壁+中導(dǎo)坑法施工。

學(xué)府路規(guī)劃道路寬80m，四聯(lián)拱段位于學(xué)府路主道下，埋深9.5m，斷面開挖寬度27.56m，高度8.42m，屬于大跨淺埋隧道。

1.2 工程地質(zhì)

（1）地形、地貌：南農(nóng)區(qū)間所處地段屬崗阜狀高平原地貌單元，地面標(biāo)高介于165.45～166.85米之間，高差約1.4m。

（2）地層巖性：根據(jù)鉆探揭示及對(duì)地層成因、年代的分析，本工點(diǎn)地層主要由第四紀(jì)全新世人工堆積層（Q/4ml/）、上更新統(tǒng)哈爾濱組地層（Q/32hral/）、中更新統(tǒng)上荒山組地層（Q/22hl/）、下荒山組地層（Q/21/h lal/）組成，巖性為粉質(zhì)粘土、砂類土。地層從上到下主要有：雜填土（①）、粉質(zhì)粘土（②）、 粉質(zhì)粘土（③）、粉質(zhì)粘土（③-2）粉質(zhì)粘土（④）、粉質(zhì)粘土（④-4）、中砂（⑥）。粉質(zhì)粘土層標(biāo)貫擊數(shù)在14.50左右。區(qū)間隧道主要穿越粉質(zhì)粘土（④）層，底部主要位于粉質(zhì)粘土（④）層，基底承載力滿足設(shè)計(jì)要求。

（3）場地土的可挖性分級(jí)、鐵路隧道圍巖分級(jí)：根據(jù)《地下鐵道、輕軌交通巖土工程勘察規(guī)范》（GB50307-1999），粉質(zhì)粘土層可挖性分級(jí)為Ⅰ或Ⅱ級(jí)；根據(jù)《鐵路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（TB10012-2007），粉質(zhì)粘土層圍巖分級(jí)為Ⅵ或Ⅴ級(jí)。

1.3氣候、水文地質(zhì)特性

哈爾濱市屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候。夏季炎熱短促、多東南風(fēng)，冬季漫長寒冷、多西北風(fēng)。多年平均氣溫為4.03℃，7月份氣溫較高，平均氣溫為22.7℃、最高達(dá)36.4℃。一月份氣溫較低，平均氣溫為-19.1℃、最低可達(dá)-38.1℃。

區(qū)間地下水主要賦存于沖洪積地層內(nèi)，水溫14～16℃。含水層主要為孔隙潛水。地下水埋藏較深，對(duì)區(qū)間施工不會(huì)產(chǎn)生影響。地下水的補(bǔ)給來源為地下徑流、河流側(cè)滲和大氣降水。除此之外，局部地段尚存在上層滯水，賦存在粉質(zhì)粘土層中，分布不連續(xù)。豐水季節(jié)水位將有所上升，水位變幅約2米左右。

2.四聯(lián)拱段開挖支護(hù)技術(shù)

2.1四聯(lián)拱段開挖支護(hù)施工工序

為進(jìn)行四聯(lián)拱段的施工，在K1+380位置設(shè)置了一施工豎井，利用橫通道創(chuàng)造工作面進(jìn)行四聯(lián)拱施工。四聯(lián)拱段雙側(cè)壁+中導(dǎo)坑法施工工序如圖1

圖1 四連拱隧道斷面施工工序圖

序號(hào) 工序圖 說明

1

1、CRD法施工區(qū)間上下行正線

先進(jìn)行拱部小導(dǎo)管注漿超前支護(hù)，在完成超前支護(hù)后，采用CRD法分別施工上下行線。

2

2、上下導(dǎo)坑法施工中導(dǎo)洞

在兩側(cè)CRD施工的區(qū)間正線各成環(huán)20m時(shí)采用上下導(dǎo)坑法施工中導(dǎo)洞。

3

3、區(qū)間正線及中導(dǎo)洞襯砌施工

在初支驗(yàn)收合格后進(jìn)行區(qū)間上下行正線襯砌及中導(dǎo)洞中隔墻混凝土施工。

4

4、出入場線區(qū)間開挖支護(hù)。

在區(qū)間正線及中導(dǎo)洞襯砌施工超前20m以上時(shí)，分別施工出入場線區(qū)間。

5

5、出入場線襯砌施工

在出入場線開挖支護(hù)完成后拆除多余部分支護(hù)，進(jìn)行襯砌施工。

2.2 四聯(lián)拱段開挖支護(hù)施工控制要點(diǎn)

（1）嚴(yán)格控制開挖進(jìn)尺，嚴(yán)禁超挖，每次開挖控制在75cm以內(nèi)（包括鋼架連接筋搭接長度22cm），及時(shí)完成封閉。

（2）控制每作業(yè)面之間的距離，CRD法上下臺(tái)階控制在5m以上，左右控制在10m以上；在CRD法封閉成環(huán)20m以上時(shí)才容許進(jìn)行中導(dǎo)洞開挖施工；兩側(cè)CRD工法施工的正線和中導(dǎo)洞的中隔墻襯砌混凝土成環(huán)超過20m時(shí)，才容許前后錯(cuò)開10m進(jìn)行出入場線開挖支護(hù)。

（3）為確保出入場線開挖支護(hù)安全，中導(dǎo)洞拱部必須用素混凝土回填密實(shí)。

（4）為確保區(qū)間正線、中導(dǎo)洞及出入場線支護(hù)鋼架的連接質(zhì)量，要求區(qū)間正線CRD、中導(dǎo)洞臺(tái)階法、出入場線臺(tái)階法的每榀格柵必須嚴(yán)格控制縱向里程、設(shè)計(jì)標(biāo)高，否則極易造成出入場線的格柵無法安裝或安裝不牢固，存在安全隱患，影響結(jié)構(gòu)安全，因此對(duì)于安裝的各導(dǎo)洞格柵鋼架，均須詳細(xì)記錄格柵鋼架詳細(xì)里程、標(biāo)高，以保證各導(dǎo)洞格柵鋼架里程對(duì)應(yīng)，標(biāo)高一致，法蘭盤連接質(zhì)量良好。

3.四聯(lián)拱段襯砌技術(shù)

四聯(lián)拱段長度83m，存在G和H種斷面形式，使用襯砌臺(tái)車不經(jīng)濟(jì)，同時(shí)四聯(lián)拱段工期比較寬松，因此采用搭設(shè)滿堂腳手架配組合模板及支架進(jìn)行襯砌施工。

3.1總體襯砌方案

四聯(lián)拱襯砌在完成初支背后注漿，初支驗(yàn)收合格后進(jìn)行。區(qū)間上下行線CRD段襯砌分4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。中導(dǎo)洞襯砌分仰拱和中隔壁2步進(jìn)行。出入場線分仰拱和拱部進(jìn)行施工。

3.2區(qū)間正線CRD段施工

⑴仰拱施工

①CRD豎撐破除

為保證安全和防水層施工質(zhì)量，仰拱豎撐采用跳段切割（由于防水板幅寬2.0m，因此需要連續(xù)切割3榀豎撐，在此幅防水施工完成后立即對(duì)中間豎撐進(jìn)行回?fù)?，焊接牢固，確?；?fù)钨|(zhì)量，然后依次進(jìn)行下幅豎撐切割及防水施工），仰拱每循環(huán)施工長度為6m～12m（根據(jù)監(jiān)測情況確定每次仰拱拱架切割及混凝土施工長度），為確保防水及鋼筋接頭位置，破除長度在兩側(cè)均各增加1～1.5m，采取跳段破除。在破除后立即進(jìn)行仰拱防水、防水保護(hù)層、仰拱鋼筋和仰拱混凝土施工，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。在工字鋼豎撐破除切割時(shí)做好監(jiān)控量測，當(dāng)變形速率超警戒時(shí)立即全部恢復(fù)切割鋼支撐，在穩(wěn)定后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 圖2 CRD豎撐破除

除，嚴(yán)禁破碎錘施工。

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，利用苯板或鐵皮對(duì)防水層保護(hù)，在中導(dǎo)洞仰拱施工時(shí)去除保護(hù)層，實(shí)現(xiàn)防水層順接。

③仰拱防水層保護(hù)層施工

在防水層充氣試驗(yàn)合格后澆筑7cm厚的C20混凝土 圖3 仰拱防水層接頭保護(hù)

墊層對(duì)防水層進(jìn)行保護(hù)。

④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，并使用苯板或鐵皮對(duì)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。其他部位鋼筋按區(qū)間正洞襯砌鋼筋要求施工。

⑤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)行仰拱混凝土澆筑。

圖4 仰拱混凝土施工 圖5 仰拱回填施工

⑵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2.5MP時(shí)進(jìn)行仰拱回填施工。

3.3中導(dǎo)洞側(cè)直墻施工

在仰拱回填強(qiáng)度具備上部作業(yè)后破除中導(dǎo)洞側(cè)橫支撐，搭設(shè)腳手架，支立模板進(jìn)行中導(dǎo)洞側(cè)直墻混凝土施工。

①中導(dǎo)洞側(cè)支撐破除

支撐采用風(fēng)鎬鑿除，嚴(yán)禁破碎錘施工。

②防水、鋼筋施工

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，利用苯板或鐵皮對(duì)防水層保護(hù)，在中導(dǎo)洞初支破除后去除保護(hù)層，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6 直墻防水層保護(hù)

為確保直墻二襯鋼筋與出入場線鋼筋的整體連接，且鋼筋接頭滿足規(guī)范要求，在直墻靠近出入場線側(cè)鋼筋接頭采用直螺紋套筒，注意套筒保護(hù)，防止混凝土進(jìn)行套筒內(nèi)而影響下步鋼筋連接。其他部位鋼筋按區(qū)間正洞襯砌鋼筋要求施工。為確保下步拱墻施工支撐拆除安全，直墻頂部混凝土和初支密貼，做好鋼筋及防水搭接預(yù)留。

③支架、模板支立

腳手架基本參數(shù)如下：Φ48腳手架滿堂搭設(shè)， 橫桿步距 h=0.6 m； 橫距 0.6m；縱距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)φ48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φ14對(duì)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）。 圖7 中導(dǎo)洞側(cè)直墻施工

④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30×30cm，豎向及縱向間距3m，利用混凝土輸送泵直接從窗口處灌入模內(nèi)，并從窗口處進(jìn)行振搗，在拱頂最高處設(shè)置一窗口，確?；炷翝仓娘枬M。

⑷拱墻施工

①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(tái)，對(duì)剩余中隔壁支撐進(jìn)行拆除。拱墻襯砌長度為6m～9m（根據(jù)仰拱施工縫長度及監(jiān)測數(shù)據(jù)確定施工長度），為便于防水及鋼筋接頭預(yù)留，鋼支撐拆除長度增加1～2m。

②支架、鋼架、模板支立

混凝土模板采用 150cm×30cm×5cm組合模板按設(shè)計(jì)凈空外擴(kuò)5cm進(jìn)行拼裝成型。模板間用模板扣進(jìn)行連接。鋼模板背后設(shè)置工字鋼架加固，鋼架采用I18工字鋼按設(shè)計(jì)半徑冷彎成型，每節(jié)鋼架采用螺栓連接成環(huán)，拱架縱向間距0.75m，采用φ20圓鋼縱向連接，連接桿間距1.0m，前后錯(cuò)位布置，為確保拱架支撐到位，拱架外側(cè)采用10×10cm方木支墊，支架采用頂托與方木及拱架連接。

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，混凝土直接從窗口處灌入模內(nèi)， 并從窗口處進(jìn)行振搗。邊墻和拱頂設(shè)置輸送口，通過混凝土輸送泵將混凝土壓入模內(nèi)，并從窗口處進(jìn)行振搗。

為加快施工進(jìn)度，保證施工安全， 仰拱和直墻超前施工，拱墻成環(huán)時(shí)上下行線各采用兩套模具進(jìn)行跳段施工，但前段滿堂紅腳手架搭設(shè)后后段材料運(yùn)送困難，因此采用門架形式形成施工通道，在確保安全的前提下加快施工進(jìn)展。

3.4中導(dǎo)洞混凝土施工

⑴中導(dǎo)洞仰拱施工

①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， 圖8 拱墻混凝土施工

為確保與出入場線防水的搭接，利用苯板或鐵皮對(duì)防水層保護(hù)，在出入場線仰拱施工時(shí)去除保護(hù)層，實(shí)現(xiàn)防水層順接。

②防水保護(hù)層、仰拱鋼筋、仰拱混凝土施工

在防水層保護(hù)完成，報(bào)驗(yàn)合格后施作防水保護(hù)層。

為確保中導(dǎo)洞仰拱鋼筋與出入場線鋼筋的整體連接，且鋼筋接頭滿足規(guī)范要求，在出入場線側(cè)鋼筋接頭采用直螺紋套筒，注意套筒保護(hù)，防止混凝土進(jìn)行套筒內(nèi)而影響下步鋼筋連接。中導(dǎo) 圖9 中導(dǎo)洞仰拱施工

洞仰拱每循環(huán)施工長度為18～30m（采用6m的整數(shù)倍）。

⑵中隔壁施工

①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。

②支架支立

支架基本參數(shù)如下：Φ48腳手架滿堂搭設(shè)， 橫桿步距 h=0.6 m； 橫距 0.6m；縱距0.75m，上下均使用頂托。

③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，利用苯板或鐵皮對(duì)防水層保護(hù)，在中導(dǎo)洞初支破除后去除保護(hù)層，實(shí)現(xiàn)與出入場線防水層的順接。 圖10 中隔壁施工

④鋼筋綁扎

為確保拱部二襯鋼筋與出入場線鋼筋的整體連接，且鋼筋接頭滿足規(guī)范要求，在出入場線側(cè)鋼筋接頭采用直螺紋套筒，注意套筒保護(hù)，防止混凝土進(jìn)行套筒內(nèi)而影響下步鋼筋連接。

⑤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)φ48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φ14對(duì)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。

3.5出入場線混凝土施工

⑴拱部混凝土施工

①上導(dǎo)洞初支破除

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。

②支架支立

在上導(dǎo)拱架破除后利用上導(dǎo)橫撐及兩側(cè)豎撐進(jìn)行支架支立，支架橫向及在豎向間距0.6m，縱向間距0.75m。 圖11 出入場線拱部混凝土施工

③拱部防水層施工

去除區(qū)間正線CRD、中導(dǎo)洞拱部襯砌施工時(shí)防水層保護(hù)，通過中間防水層使兩接頭焊接成一整體。

④鋼筋施工

鑿除預(yù)留直螺紋套筒殘留混凝土，兩側(cè)采用直螺紋接頭，中間采用綁扎，確保鋼筋接頭施工質(zhì)量和搭接長度。

⑤拱架支立、模板安裝

混凝土模板采用 150cm×30cm×5cm組合模板按設(shè)計(jì)凈空外擴(kuò)5cm進(jìn)行拼裝成型。模板間用模板扣進(jìn)行連接。鋼模板背后設(shè)置工字鋼架加固，鋼架采用I18工字鋼按設(shè)計(jì)半徑冷彎成型，每節(jié)鋼架采用螺栓連接成環(huán)，拱架縱向間距0.75m，采用φ20圓鋼縱向連接，連接桿間距1.0m，前后錯(cuò)位布置，為確保拱架支撐到位，拱架外側(cè)采用10×10cm方木支墊，支架采用頂托與方木及拱架連接。

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)。

⑵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。

⑶仰拱回填施工 圖12 出入場線仰拱及回填施工

仰拱施工完成后進(jìn)行仰拱回填施工。

3.6四聯(lián)拱段襯砌施工控制要點(diǎn)

（1）嚴(yán)格控制支撐拆除長度，仰拱防水施工完成后立即對(duì)切割豎撐隔榀回?fù)?，支撐拆除、切割前后必須進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)超警戒或突變時(shí)，對(duì)全部切割的豎撐進(jìn)行回?fù)?，同時(shí)確?；?fù)钨|(zhì)量，回?fù)魏蟮呢Q撐真正受力。

（2）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。

（3）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。

（4）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)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(dòng)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(duì)跳段預(yù)留襯砌進(jìn)行補(bǔ)充，在襯砌連續(xù)20m以上時(shí)才容許進(jìn)行出入場線開挖支護(hù)，同時(shí)中隔墻頂部已回填密實(shí)。

4.結(jié)束語

哈爾濱地鐵一號(hào)線南農(nóng)區(qū)間四聯(lián)拱段采用“雙側(cè)壁+中導(dǎo)坑法”施工，較好的控制了變形，確保施工安全，襯砌采用組合鋼模板支架法跳段施工，安全和質(zhì)量得到保障，施工進(jìn)度滿足工期要求，取得了良好社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，希望為同類多聯(lián)拱隧道的施工提供借鑒。

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