城市隧道壓頂抗浮技術(shù)的施工工藝分析

尹威

（廣東省廣州市中心區(qū)交通項(xiàng)目管理中心，廣州 510000）

1 引言

設(shè)置壓頂梁、抗拔錨桿、抗拔樁，增加配重均屬于常用的城市隧道抗浮措施，但結(jié)合實(shí)際調(diào)研可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段城市隧道設(shè)計(jì)中抗浮措施選擇較為混亂，相關(guān)施工也很容易出現(xiàn)問題。為盡可能保證城市隧道的抗浮性能，本文圍繞城市隧道壓頂抗浮技術(shù)開展具體研究。

2 常用設(shè)計(jì)

以某典型的城市隧道工程為例，該工程平面、立面布置如圖1 所示。案例工程屬于城市快速路子工程，隧道全長(zhǎng)、暗埋段長(zhǎng)分別為2 150 m、1 860 m，隧道高度、寬度分別為7.7 m、28.8 m，采用雙向6 車道設(shè)計(jì)，屬于地下單層雙跨框架結(jié)構(gòu)。案例隧道上跨附近區(qū)間隧道，二者存在2 m 最近距離。案例工程場(chǎng)地地層主要包括礫砂、粗砂、粉質(zhì)黏土、人工填土，平均厚度分別為3.51 m、5.50 m、5.11 m、3.16 m，同時(shí)，地下水位埋深5.80～9.00 m。工程施工選擇明挖順筑法，施工期間可能導(dǎo)致既有地鐵隧道出現(xiàn)變形，影響其正常、安全運(yùn)行，因此，案例工程選擇壓頂抗浮技術(shù)。

圖1 工程平面、立面布置（單位：m）

壓頂抗浮技術(shù)需要保證隧道徑向收斂、豎向位移在＜10mm、-10～5mm，具體選擇圖2 所示設(shè)計(jì)。通過設(shè)置豎井于既有地鐵隧道兩側(cè)，同時(shí)設(shè)置保護(hù)用管幕于隧道上方，豎井圍護(hù)結(jié)構(gòu)中嵌入管幕端部，形成壓頂抗浮保護(hù)層，有效解決地鐵隧道抗浮問題，采用的鋼管直徑為800 mm，按照900 mm 的間距設(shè)置，填充混凝土于鋼管內(nèi)部，盾構(gòu)頂部與管幕距離控制為1 m，豎井圍護(hù)結(jié)構(gòu)中錨固的管幕兩端需要與抗拔樁和壓頂梁連接，從面約束盾構(gòu)隧道向上變形。

圖2 壓頂抗浮設(shè)計(jì)

通過有限元分析可知，施工誘發(fā)的既有地鐵隧道變形滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，可見壓頂抗浮技術(shù)在改善隧道結(jié)構(gòu)受力和下部地鐵隧道變形抑制方面表現(xiàn)突出，能夠得到滿足控制標(biāo)準(zhǔn)要求的變形值。

3 城市隧道壓頂抗浮施工要點(diǎn)

3.1 工藝原理及流程

在城市隧道壓頂抗浮施工前，需圍繞隧道結(jié)構(gòu)的安全性、隧道結(jié)構(gòu)上浮力、支護(hù)排樁抗浮能力、壓頂梁安全性、混凝土結(jié)構(gòu)安全性開展全面的分析。圍護(hù)結(jié)構(gòu)、壓頂梁需在明挖城市隧道中與鋼筋混凝土融為一體，保證受浮力作用的城市隧道能夠在圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)摩阻力及自重、壓頂梁向下壓力作用下實(shí)現(xiàn)抗浮。在城市隧道壓頂抗浮施工工藝應(yīng)用中，需要設(shè)置加寬支護(hù)排樁壓頂梁于基坑內(nèi)側(cè)，保證壓頂梁位于隧道結(jié)構(gòu)正上方，可取消常規(guī)抗浮樁。施工完成后，壓頂梁與隧道直角頂板間的空隙需要填充密實(shí)，具體可使用微膨脹混凝土，強(qiáng)度等級(jí)為C35，壓頂梁與隧道折角頂板間空隙需通過微膨脹混凝土及素混凝土進(jìn)行密實(shí)填充，等級(jí)分別為C35、C40，土體能夠?qū)χёo(hù)排樁產(chǎn)生向下的摩擦力，抵消隧道結(jié)構(gòu)受到的浮力。值得注意的是，城市隧道抗浮計(jì)算需要采用安全系數(shù)法對(duì)抗浮設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證，公式為：

式中，F(xiàn)、N、K、V 分別為抗浮力、結(jié)構(gòu)自重、抗浮安全系數(shù)、凈水浮力，城市隧道的抗浮安全系數(shù)需要控制在1.10～1.15。

在具體的城市隧道壓頂抗浮施工過程中，基本施工流程可概括為：支護(hù)排樁→壓頂梁施工→開挖基坑→主體結(jié)構(gòu)施工→素混凝土壓頂支墩施工→壓頂塊施工。

3.2 支護(hù)排樁施工要點(diǎn)

在城市隧道壓頂抗浮施工的支護(hù)排樁施工中，可從以下7個(gè)方面入手：

1）測(cè)量定樁位。樁位需通過鋼尺和全站儀進(jìn)行放樣。

2）護(hù)筒埋設(shè)。結(jié)合樁位中心，選擇稍大于樁徑的護(hù)筒，一般控制在20～30 cm，需通過對(duì)樁頂洞口開挖進(jìn)行埋設(shè)，并保證護(hù)筒平面位置偏差在5 cm 內(nèi)，同時(shí)，控制護(hù)筒傾斜度偏差不超過1%。

3）鉆機(jī)對(duì)位。機(jī)臺(tái)木上需按照中心點(diǎn)進(jìn)行鋼軌架設(shè)，樁中心點(diǎn)與兩鋼軌距離需相等，鉆機(jī)通過吊車緩緩吊放在鋼軌上，平臺(tái)水平校正使用長(zhǎng)鐵水平尺，護(hù)筒中心、轉(zhuǎn)盤中心、天車需處于同一鉛垂線上，且存在2 cm 內(nèi)偏差。

4）鉆機(jī)成孔?？蛇x擇黃泥自造泥或成品濃泥漿作為護(hù)壁漿，在施工過程中需要細(xì)致檢查鉆具，定期檢測(cè)泥漿性能，同時(shí)，關(guān)注土層變化情況。

5）下導(dǎo)管。入場(chǎng)后的導(dǎo)管需要開展壓水密封試驗(yàn)，只有試驗(yàn)合格的導(dǎo)管方可用途施工，絲扣用于導(dǎo)管連接，基于終孔孔深控制導(dǎo)管下入數(shù)量，將孔底與導(dǎo)管間距離控制在30～50 cm，保證混凝土順利涌出。下入導(dǎo)管后的二次清孔需要立即進(jìn)行，鋼筋籠需要在沉渣厚度等指標(biāo)滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求后下放。

6）制作、安裝鋼筋籠。需結(jié)合規(guī)范要求和設(shè)計(jì)圖進(jìn)行鋼筋籠設(shè)計(jì)，保護(hù)層需要設(shè)置在鋼筋籠外側(cè)，并保證厚度達(dá)標(biāo)，安裝過程需要對(duì)準(zhǔn)孔位慢慢進(jìn)行鋼筋籠下放，鋼筋籠不得與孔壁碰撞。

7）混凝土灌注。首次混凝土灌注需保證一次埋管深度在1 m 以上，在灌注過程中需要上下提動(dòng)導(dǎo)管，保證混凝土密實(shí)，后續(xù)灌注需控制導(dǎo)管埋深在2～6 m，相較于設(shè)計(jì)樁頂標(biāo)高，最終需要超灌混凝土至少1.0 m[3]。

3.3 壓頂梁施工

在城市隧道壓頂抗浮施工的壓頂梁施工過程中，需要把握以下要點(diǎn)：

1）測(cè)量放線。測(cè)量放線需要結(jié)合原支護(hù)樁坐標(biāo)開展，之后結(jié)合壓頂梁尺寸標(biāo)明挖土位置。

2）開挖土方。壓頂梁基坑土方開挖選擇放坡形式，開挖從外側(cè)向中心進(jìn)行，人工清理支護(hù)樁邊土體，保證樁體不會(huì)被破壞。

3）鑿樁頭。開挖基坑完成后，需要將樁頭松散混凝土鑿除，這一過程需保證下部樁身、鋼筋不會(huì)出現(xiàn)破壞，清理干凈樁頂。

4）墊層施工。完成樁頭破除后，需要整平和夯實(shí)基底，底模需要鋪設(shè)水泥砂漿。

5）鋼筋加工與安裝。在壓頂梁部位，需采用機(jī)械方式進(jìn)行主筋連接或進(jìn)行焊接，同時(shí)，采用正常方式進(jìn)行壓頂梁箍筋綁扎，需按圖進(jìn)行鋼筋加工和安裝，骨架筋需要在加工成形后進(jìn)行安裝，框架筋在之后安裝，箍筋最后安裝。鋼筋準(zhǔn)確定位需要標(biāo)注定位線，底層鋼筋定位線需要事先標(biāo)注在底模上，壓頂梁與預(yù)埋件需要同步進(jìn)行鋼筋綁扎。

6）模板安裝。壓頂梁側(cè)?？蛇x擇竹膠板，豎向背楞可選擇腳手架管，通過對(duì)拉螺桿和扣件進(jìn)行兩側(cè)模板連接，螺桿可由PVC 管套住，豎向設(shè)置對(duì)拉螺栓，如在壓頂梁底以上20 cm處、壓頂梁混凝土頂面以上10 cm 處設(shè)置。橫向背楞可使用方木，可在壓頂梁底以上20 cm 和60 cm 處設(shè)置。壓頂梁兩側(cè)模板可通過腳手架管斜撐支撐，模板垂直度由水平尺精確，需旋緊穩(wěn)固對(duì)拉螺桿螺母。

7）混凝土澆筑。選擇溜槽入模的施工方式，需分層開展混凝土澆筑并進(jìn)行密實(shí)振搗，最大厚度需控制在30 cm 內(nèi)。在每層混凝土的澆筑過程中，需要在灌入混凝土的過程中及時(shí)進(jìn)行插入式振搗，同時(shí)，按照1.5 倍振動(dòng)棒半徑控制振搗棒移動(dòng)間距，模板與振動(dòng)棒間距離需要控制在5～10 cm，預(yù)埋件不得在施工過程中破壞。在上層混凝土的振搗過程中，振搗棒需要插入下層混凝土內(nèi)5～10 cm，完成振搗后，需要將振搗棒緩慢提出。完成混凝土澆筑后，需要進(jìn)行收漿及養(yǎng)護(hù)，對(duì)于屬于大體積混凝土的壓頂梁，養(yǎng)護(hù)過程需要做好溫度記錄及控制，細(xì)致觀察并嚴(yán)格控制混凝土表面和內(nèi)部溫差。

8）混凝土養(yǎng)護(hù)?？赏ㄟ^覆蓋上層塑料薄膜和下層土工布的方式進(jìn)行混凝土養(yǎng)護(hù)，混凝土拆模后，要在第一時(shí)間進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，保證溫度緩慢下降，必要時(shí)可適當(dāng)延長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間。

3.4 折板拱頂板壓頂支墩施工

折板拱頂板壓頂支墩施工可采用C40 素混凝土，混凝土澆筑與主體結(jié)構(gòu)同步進(jìn)行，主體結(jié)構(gòu)采用的混凝土強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)為C40，壓頂支墩的施工要點(diǎn)如下：

1）安裝模板。模板周邊需做到平直合縫，如存在2 mm 以上縫隙時(shí)需要刨邊，得到嚴(yán)密平整的接縫，在模板接頭處需設(shè)置擱柵，避免漏漿問題出現(xiàn)。

2）澆筑混凝土。需由專業(yè)人員負(fù)責(zé)澆筑過程中的混凝土振搗，保證混凝土不存在氣泡、離析問題，同時(shí)，避免過振情況出現(xiàn)。

3）混凝土養(yǎng)護(hù)。灑水養(yǎng)護(hù)需要在澆搗完成的12 h 內(nèi)開展，之后進(jìn)行至少14 d 的保濕養(yǎng)護(hù)，如噴涂混凝土養(yǎng)護(hù)液、包裹薄膜。

3.5 微膨脹混凝土壓頂塊施工

完成混凝土壓頂支墩施工或頂板防水層施工后，需開展微膨脹混凝土壓頂塊施工，施工要點(diǎn)包括：

1）清理基面，吹掃干凈壓頂塊基層表面，同時(shí)，進(jìn)行灑水濕潤(rùn)處理；

2）安裝模板，可選擇竹膠板為外側(cè)模，方木為橫豎向背楞、斜撐，從一端開始安裝模板，通過膠帶紙封閉模板的接縫，混凝土澆筑前需要澆水濕潤(rùn)模板；

3）混凝土澆筑，需專人負(fù)責(zé)混凝土澆搗，以此得到均勻的混凝土，規(guī)避離析問題；

4）混凝土養(yǎng)護(hù)，采用與折板拱頂板壓頂支墩施工相同的養(yǎng)護(hù)方法。

4 結(jié)語

綜上所述，城市隧道壓頂抗浮技術(shù)施工需關(guān)注多方面因素影響，為更好地服務(wù)城市隧道建設(shè)，必須在施工前細(xì)致開展圍繞隧道結(jié)構(gòu)開展的安全性分析與計(jì)算。本文涉及的壓頂梁施工、折板拱頂板壓頂支墩施工、微膨脹混凝土壓頂塊施工等內(nèi)容，可為壓頂抗浮技術(shù)的應(yīng)用提供參考，助力城市隧道工程建設(shè)。