淺埋暗挖雙側(cè)壁導(dǎo)坑法隧道二襯施工方案優(yōu)化

郭洪濤 （中鐵四局西安分公司，陜西 西安710100）

1 工程概況

西安地鐵六號(hào)線丈八一路站-科技八路站區(qū)間暗挖段正線起至里程YDK23+784.151～YDK24+303.000(ZDK23+751.412～ZDK24+303.000)，左線長(zhǎng)499.682m,右線長(zhǎng)500.422m。區(qū)間采用V字型坡，最大縱坡21‰，縱坡轉(zhuǎn)彎半徑5000m，區(qū)間最小平面曲線半徑390m，線間距為5～30m，軌面埋深16～23m。

大斷面暗挖隧道全長(zhǎng)121.579m（ZDK24+173.72～ZDK24+216.042,ZDK24+223.742～ZDK24+303），采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工。其中斷面B1斷面長(zhǎng)7.78m，B2斷面長(zhǎng)26.355m，B3斷面長(zhǎng)87.444m。暗挖隧道采用馬蹄形斷面，斷面尺寸（跨度×高度）：雙線隧道B1斷面15600×11971mm（155㎡）、雙線調(diào)坡段隧道B2斷面14900×11271mm（141㎡）、雙線過(guò)地裂縫隧道B3斷面13500×11336mm（133㎡）。

地質(zhì)情況從上到下依次為人工填土、第四紀(jì)全新世沖洪積黃土狀土、沖積粉土、粉質(zhì)粘土及砂土、晚更新世沖積粉質(zhì)粘土及砂土組成，洞身主要為黃土狀圖及粉質(zhì)粘土；通過(guò)降水隧道滿足無(wú)水作業(yè)要求，拱頂埋深10m。

圖1 雙線大斷面隧道總平圖

隧道初支為350mm厚鋼格柵C25噴射混凝土、鋼格柵間距500mm；臨時(shí)支撐系統(tǒng)（臨時(shí)中隔墻及臨時(shí)仰拱）為300mm厚鋼拱架C25噴射混凝土，鋼拱架間距為500mm、工200工字鋼；初支與襯砌之間鋪設(shè)無(wú)紡布+塑料板防水層；二襯為復(fù)合式襯砌，采用C35、P10防水鋼筋混凝土。二襯襯砌厚度B1，B2斷面0.7m，B3斷面0.6m。

2 二襯施工方案優(yōu)化

2.1 原設(shè)計(jì)方案介紹

淺埋暗挖雙側(cè)壁導(dǎo)坑法隧道二襯因斷面變化多樣，臨時(shí)支撐存在無(wú)法采用常規(guī)模板臺(tái)車進(jìn)行施工，一般采用腳手架+鋼拱架+拼裝鋼模板支撐體系進(jìn)行施工，縱向分段每段一般長(zhǎng)度為7～9m。原設(shè)計(jì)施工工藝流程將隧道二襯分為6部分依次施工，縱向設(shè)置6道施工縫。在施工過(guò)程中采用臨時(shí)支撐工字鋼代替初支臨時(shí)仰拱、臨時(shí)中隔墻，二襯在未閉合的狀態(tài)臨時(shí)支撐體系發(fā)生多次變化，如圖2原設(shè)計(jì)二襯施工工藝流圖所示。

圖2 原設(shè)計(jì)二襯施工工藝流圖

對(duì)原設(shè)計(jì)二襯施工工藝流程進(jìn)行分析存在以下問(wèn)題：①施工縫為暗挖隧道防水的薄弱部位，縱向施工縫設(shè)置過(guò)多（6道）二襯防水施工難度大，質(zhì)量難以控制；②在二襯未閉合的情況下采用臨時(shí)支撐工字鋼支撐二襯代替初支臨時(shí)支撐（臨時(shí)仰拱、臨時(shí)中隔墻），工字鋼與二襯很難做到支撐牢固，初支受力體系復(fù)雜風(fēng)險(xiǎn)較大；③在每一段的施工過(guò)程中，腳手架搭設(shè)、臨時(shí)工字鋼支撐二襯、初支臨時(shí)支撐破除需同步進(jìn)行，交叉施工嚴(yán)重，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施難度大、可操作性差；④機(jī)械無(wú)法配合施工全部為人工操作，人工耗費(fèi)多，工序多，工期無(wú)法保證。

2.2 優(yōu)化方案介紹

基于原設(shè)計(jì)二襯施工工藝流程存在的諸多問(wèn)題，對(duì)淺埋暗挖雙側(cè)壁導(dǎo)坑法隧道二襯施工工藝流程進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化方案具體為：①破除二襯仰拱及回填位置臨時(shí)中隔墻混凝土，工字鋼隔一拆一，鋪設(shè)防水、綁扎鋼筋澆筑仰拱及回填；②拆除兩側(cè)導(dǎo)洞臨時(shí)仰拱，破除臨時(shí)中隔墻頂部二襯位置混凝土，工字鋼隔一拆一，鋪設(shè)防水、綁扎鋼筋，搭設(shè)模板支撐體系澆筑拱墻混凝土；③二襯閉合后拆除模板支撐體系，最后拆除剩余臨時(shí)支撐體系。

該優(yōu)化方案解決了原設(shè)計(jì)方案的缺點(diǎn)可操作性強(qiáng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：①通過(guò)計(jì)算臨時(shí)支撐的局部破除工字鋼的隔一拆一能夠滿足施工過(guò)程初支受力要求；②縱向施工縫由原來(lái)的6道減少為2道有效保證了隧道防水質(zhì)量；③不需新增臨時(shí)支撐，原臨時(shí)支撐的局部破除和最后的全部破除分別在腳手架搭設(shè)二襯施工前后完成的，無(wú)交叉施工大大降低施工難度、提高工作效率，工期能夠得到保證。

圖3 優(yōu)化二襯施工工藝流圖

2.3 優(yōu)化方案結(jié)構(gòu)受力分析

計(jì)算采用Midas-GTS有限元分析軟件，首先采用荷載-結(jié)構(gòu)模型平面桿系有限單元法。假定初支為小變形彈性梁，并離散為足夠多個(gè)等厚度直桿梁?jiǎn)卧?；用布置于各?jié)點(diǎn)上的彈簧單元來(lái)模擬圍巖與初期支護(hù)的相互約束；假定彈簧不承受拉力，即不計(jì)圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)的粘結(jié)力；彈簧受壓時(shí)的反力即為圍巖對(duì)初支的彈性抗力，取縱向1m的標(biāo)準(zhǔn)段為一個(gè)計(jì)算單元，對(duì)區(qū)間隧道最不利受力階段進(jìn)行受力分析計(jì)算。經(jīng)計(jì)算，采用原方案受力與優(yōu)化方案計(jì)算對(duì)比，得出結(jié)論優(yōu)化方案最不利受力階段可滿足受力要求。計(jì)算如圖4、圖5、圖6所示。

①隧道C25厚350mm混凝土初支云圖（自重+上部10m覆土）

圖4 初支對(duì)比計(jì)算云圖

②隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)I20a應(yīng)力云圖（自重+上部10m覆土）

圖5 工字鋼應(yīng)力對(duì)比計(jì)算云圖

③隧道整體變形位移

圖6 隧道整體變形位移對(duì)比計(jì)算云圖

④鋼構(gòu)件驗(yàn)算

圖7 鋼構(gòu)件驗(yàn)算對(duì)比

3 施工流程及措施

3.1 仰拱及回填位置破除

①首先在中隔墻上用紅油漆標(biāo)記出仰拱回填設(shè)計(jì)標(biāo)高，標(biāo)記出破除范圍，高度約1.7m;

②人工采用風(fēng)鎬自下而上破除兩道中隔墻噴射混凝土并及時(shí)清理出隧道；

③每次破除長(zhǎng)度根據(jù)仰拱施工段劃分而定（一般為7～9m）,為形成流水作業(yè)一般破除超前2～3段，一次不宜過(guò)長(zhǎng)；

④混凝土破除完成后割除工字鋼，隔一拆一使中隔工字鋼支撐間距變?yōu)?m。

圖8 仰拱臨時(shí)支撐破除示意圖

3.2 防水施工

①采用細(xì)石混凝對(duì)防水基面進(jìn)行處理，達(dá)到要求后鋪設(shè)土工布及防水板；防水層設(shè)計(jì)由400g/m2的短纖土工布緩沖層和1.5mm厚的EVA塑料防水板組成。

②對(duì)由于預(yù)留工字鋼使防水無(wú)法封閉的孔洞進(jìn)行處理。防水板與工字鋼對(duì)接緊密，對(duì)接縫采用涂刷聚氨酯防水涂料進(jìn)行密封；仰拱及回填混凝土澆筑前采用水泥漿對(duì)工字鋼進(jìn)行涂刷處理并刷一層水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料；仰拱工字鋼位置預(yù)埋注漿管二襯施工完成后進(jìn)行二襯背后注漿處理，確保預(yù)留工字鋼位置的防水效果。

③防水鋪設(shè)完成后澆筑50mm細(xì)石混凝土防水保護(hù)層，避免在鋼筋綁扎過(guò)程中損壞防水層，如有損壞及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)處理。

3.3 仰拱及回填混凝土澆筑

①仰拱鋼筋綁扎完成后安裝小邊墻模板，小邊墻模板采用定型鋼模板；

②按設(shè)計(jì)要求仰拱與回填混凝土應(yīng)分開(kāi)澆筑，混凝土澆筑過(guò)程加強(qiáng)預(yù)留工字鋼位置的振搗，確?；炷僚c工字鋼接觸密實(shí)防水效果滿足要求。

3.4 兩側(cè)導(dǎo)洞臨時(shí)仰拱及中隔墻頂部破除

①二襯仰拱及回填作為一個(gè)橫向支撐體系支撐著隧道兩側(cè)的初支在一定程度上代替了初支的臨時(shí)仰拱支撐，臨時(shí)仰拱支撐距離二襯仰拱距離僅3.2m左右，二襯仰拱及回填施工完成后拆除兩側(cè)導(dǎo)洞臨時(shí)仰拱經(jīng)計(jì)算受力是滿足要求的；

②兩側(cè)臨時(shí)仰拱采用小型破損及配合人工拆除，混凝土破除完成后人工拆除工字鋼，臨時(shí)仰拱拆除后與隧道初支連接位置不平整時(shí)，采用砂漿進(jìn)行填充抹面處理，滿足防水施工要求；

圖9 拱頂及兩側(cè)臨時(shí)仰拱支撐破除示意圖

③兩側(cè)導(dǎo)洞臨時(shí)仰拱拆除完成后搭設(shè)腳手架，腳手架可根據(jù)二襯施工模板支撐體系要求一次性搭設(shè)完成，腳手架搭設(shè)參數(shù)750×750mm、層高900mm；

④二襯仰拱及回填施工完成后兩道臨時(shí)中隔墻得到了加強(qiáng)，即可破除臨時(shí)中隔墻二襯拱頂位置混凝土、工字鋼隔一拆一，經(jīng)計(jì)算受力是滿足要求的。二襯拱頂位置臨時(shí)中隔墻破除需打好作業(yè)平臺(tái)，采用人工風(fēng)鎬破除，拆除工字鋼，工字鋼采用垂直運(yùn)輸設(shè)備運(yùn)輸?shù)降孛妗?/p>

3.5 鋪設(shè)拱墻防水及鋼筋綁扎

①兩側(cè)導(dǎo)洞臨時(shí)仰拱及臨時(shí)中隔墻拱頂位置拆除完成后即可進(jìn)行防水施工及鋼筋綁扎；

②拱頂預(yù)留工字鋼位置防水處理方式與3.2②相同；

③二襯環(huán)向鋼筋采取機(jī)械連接，水平鋼筋采取單面搭接焊接。鋼筋綁扎前做好工作平臺(tái)搭設(shè)、測(cè)量放樣工作，確保鋼筋定位準(zhǔn)確，鋼筋保護(hù)層及隧道凈空尺寸滿足設(shè)計(jì)要求。

3.6 模板支撐體系安裝及混凝土澆筑

①鋼筋綁扎完成后完善腳手架支撐體系，兩側(cè)導(dǎo)洞由于臨時(shí)仰拱已拆除形成整體，一側(cè)與二襯模板支撐，一側(cè)與中隔墻支撐；中導(dǎo)洞由于臨時(shí)仰拱未拆除將腳手架分體上下兩分部，上導(dǎo)洞的下端、下導(dǎo)洞的上端采取頂托+方木與臨時(shí)仰拱支撐，確保上下傳力均勻；中導(dǎo)洞橫桿采用頂托+方木支撐在兩側(cè)中隔墻上，提高架體穩(wěn)定性并平衡兩側(cè)導(dǎo)洞傳來(lái)的側(cè)向力。

②腳手架搭設(shè)完成后安裝鋼拱架，鋼拱架采用工200mm工字鋼按照隧道二襯斷面提前加工到位，安裝間距750mm與腳手架布局相同，頂托直接頂在鋼拱架上受力穩(wěn)定。一榀鋼拱架長(zhǎng)21m,分6段采用插銷連接便于安拆；鋼拱架使用前需在地面進(jìn)行試拼裝確保斷面尺寸與設(shè)計(jì)斷面相符。

③鋼拱架安裝完成后安裝3015mm鋼模板，鋼模板按照定位線自下而上一次安裝，邊安裝邊固定。安裝過(guò)程中要保證拼縫平順、間隙不能過(guò)大，模板平整度不滿足要求時(shí)及時(shí)進(jìn)行更換。

圖10 二襯鋼拱架、模板、腳手架安裝

④二襯為C35 P10模筑防水鋼筋混凝土，保護(hù)層為迎水面為50mm，背水面為40mm。模板安裝完成驗(yàn)收合格后進(jìn)行混凝土澆筑，澆筑窗口分部縱向3排、環(huán)向5個(gè)每段工15個(gè)澆筑窗口進(jìn)行混凝土澆筑，保證混凝土澆筑下落高度不大于2m，通過(guò)澆筑窗口采用手持振搗棒+附著式振搗器進(jìn)行混凝土振搗，保證混凝土澆筑質(zhì)量。

3.7 拆除腳手架破除剩余臨時(shí)支撐體系

①混凝土達(dá)到拆模強(qiáng)度后依次拆除堵頭模板、鋼模板、鋼拱架、腳手架，鋼模板拆除過(guò)程中做好模板的保護(hù)工作，腳手架拆除遵循先支的后拆、后支的先拆、先拆非承桿件、后拆承重桿件、從上而下進(jìn)行拆除的原則；

②腳手架拆除前作為工作平臺(tái)，拱頂位置割除預(yù)留中隔墻工字鋼與二襯的連接并處理好二襯混凝土面，為后續(xù)臨時(shí)中隔墻破除做好準(zhǔn)備，避免破除過(guò)程破壞預(yù)留工字鋼周圍拱頂二襯混凝土面；

③腳手架拆除清理完成后可進(jìn)行進(jìn)行剩余支撐系統(tǒng)拆除，為加快施工進(jìn)度可采用小破碎機(jī)破除混凝土+人工割除工字鋼進(jìn)行拆除，拆除過(guò)程中做好安全防護(hù)措施，拆除后及時(shí)將混凝土渣及工字鋼清理出隧道。

4 施工監(jiān)控量測(cè)

①監(jiān)控量測(cè)是隧道施工的一項(xiàng)重要保證措施，施工過(guò)程中做好監(jiān)控量測(cè)工作對(duì)隧道初支及二襯施工起著至關(guān)重要的作用；一般地鐵淺埋暗挖雙側(cè)壁導(dǎo)坑法隧道初支貫通后進(jìn)行二襯施工，二襯施工時(shí)初支各項(xiàng)監(jiān)控測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行趨于穩(wěn)定。二襯施工過(guò)程中重點(diǎn)做好臨時(shí)支撐拆除、受力體系發(fā)生變化階段的各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的監(jiān)控測(cè)量工作；

②根據(jù)二襯施工特征重點(diǎn)對(duì)隧道地面沉降、拱頂沉降、水平凈空收斂監(jiān)測(cè)，指導(dǎo)施工、保證施工安全，在臨時(shí)支撐破除、工字鋼割除等關(guān)鍵階段加大監(jiān)測(cè)頻率，見(jiàn)下表二襯施工監(jiān)測(cè)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)；

③在實(shí)際實(shí)施過(guò)程中對(duì)通過(guò)對(duì)以上3項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)正常未出現(xiàn)預(yù)警、報(bào)警情況，具體監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)圖11、圖12、圖13。

二襯施工監(jiān)測(cè)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)

圖11 地表沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)曲線圖

圖12 拱頂沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)曲線圖

圖13 水平收斂監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)曲線圖

5 施工技術(shù)控制要點(diǎn)及措施

①根據(jù)優(yōu)化后的施工流程不同階段的支撐體系、受力情況建立模型，通過(guò)計(jì)算各階段支撐體系滿足受力要求；

②預(yù)留工字鋼與防水結(jié)合部位的防水施工采用多個(gè)措施確保了此處防水的施工質(zhì)量；

③模板支撐體系腳手架的搭設(shè)與臨時(shí)支撐體系互成整體，保證了施工過(guò)程中隧道初支的整體穩(wěn)定同時(shí)滿足滿足模板支撐體系的受力要求；

④二襯混凝土澆筑采用腳手架+鋼拱架+鋼模板支撐體系、施工過(guò)程中控制好混凝土質(zhì)量、混凝土和易性符合要求、混凝土澆筑振搗及后期養(yǎng)護(hù)到位等措施保證了隧道二襯成型混凝土施工質(zhì)量達(dá)標(biāo)；

⑤腳手架安拆、臨時(shí)支撐破除、洞內(nèi)二襯混凝土施工為高風(fēng)險(xiǎn)施工作業(yè)，安全員全程監(jiān)控到位，確保施工安全。

6 效果分析、總結(jié)

根據(jù)優(yōu)化的淺埋暗挖雙側(cè)壁導(dǎo)坑法隧道二襯施工方案，首先通過(guò)計(jì)算臨時(shí)支撐各個(gè)階段的受力是滿足要求的；通過(guò)防水薄弱部位的加強(qiáng)處理有效保證了施工質(zhì)量；施工監(jiān)測(cè)為安全施工提供了保證；各工序合理組織、快速施工等為二襯施工安全、高效、順利的完成提供了保障。在實(shí)施施工過(guò)程中也得到了證明，本工程121m淺埋暗挖法雙側(cè)壁導(dǎo)坑法隧道二襯在確保施工質(zhì)量、安全的前提下，施工用時(shí)3個(gè)月，平均40m/月。因此，此優(yōu)化方案在后續(xù)城市地鐵淺埋暗挖雙側(cè)壁導(dǎo)坑法二襯施工中可作為借鑒、推廣方案。