偏压隧道临时拱形结构进洞施工技术

何金华

中铁二十五局集团第五工程有限公司 重庆渝北 400000

摘要：临时拱形结构是隧道进洞的一种洞口处理措施，本文介绍了重庆轨道交通九号线二期春华大道站、兰桂大道站及区间土建工程项目起点—春华大道站区间，明挖段小里程偏压洞口进洞所采用的临时拱形结构在施工过程中的施工工艺流程及控制要点。

关键词：偏压隧道 临时拱形结构 洞口施工 施工技术

引言

临时拱形结构是本项目隧道进洞施工过程中一种新型处理措施，采用临时拱形结构解决进洞偏压问题，保证施工的安全性与经济性，为今后遇到类似工程提供相应的经验。

1、工程概况

1.1基本情况

重庆轨道交通九号线二期工程(兴科大道～花石沟)起点～春华大道站区间位于渝北区，线路主要沿南北向敷设,其中起点接九号线一期工程兴科大道站后折返线区间，终点接春华大道站。根据沿线地质条件以及线路埋置深度，区间全部为地下区间，分为暗挖段和明挖段。本段线路位于待开发地块内(二类居住用地)，四周均为规划道路，其中大里程方向甘悦大道正在施工;小里程方向为高达35m抛填杂填土边坡，结构松散，为本工程重大安全风险源。区间明挖段以右线计为YDK33+115.333～YDK33+167.133 (长度为51.800m),以左线计为ZDK33+125.969-ZDK33+179.969(长度为54.000m)。区间结构形式为曲墙拱形结构。

1.2不良地质条件及特殊性岩土

拟建场地处于城市中心，沿线的特殊性岩土主要为人工填土，人工填土层广泛分布于拟建场地地表，主要由城区开发建设回填形成，施工区内填土多为抛填而成，结构松散，回填时间约1～3年，未完成自重固结，具湿陷性、不均匀沉降等特性，主要由粘性土、砂岩、页岩块碎石等组成，局部有砖、瓦等建筑垃圾或少量塑胶、木材类生活垃圾，一般石含量40～50%，一般粒径10～400mm，最大粒径可超过1000mm;填土结构以松散为主，局部稍密，稍湿，回填年限小于约1～3年:城市道路或人行道表层约70cm为路面及基层，其下主要由粘性土以及砂、泥岩块石碎石等组成,一般石含量15～30%，一般粒径10～300mm,最大粒径可超过500mm;填土结构以稍密为主，局部中密，未完全完成自重固结，具湿陷性、不均匀沉降等特性。

1.3进洞施工方案

YDK33+165.060明暗挖分界处覆土层太薄，无暗挖成拱条件，该段边坡坡向为4°，坡长约为48.2m，坡高约0～9.0m，为土质边坡。小里程端岩土界面倾角较陡，若直立开挖，上部土质部分易沿岩土界面出现整体滑动失稳。为定量评价直立开挖后边坡的稳定性问题，现选取典型代表剖面19-19＇;按《建筑边坡工程技术规范》GB50330-2013附录A第A.0.3条计算其稳定安全系数。典型剖面19-19＇按照岩土界面的坡角不同可划分为4个滑块，堆载后，计算结果(图7.2.5-1，表5.8.2) 表明，边坡的稳定系数为1.01，边坡处于欠稳定状态。

为保证小里程端进洞安全，考虑设置临时拱形结构，临时拱形结构施做完成后在其上进行反压回填，保护原边坡坡脚。

2、临时拱形结构进洞施工方法

2.1整体施工顺序：

现场边坡处理（场地平整）→桩基施工→桩顶冠梁→套拱施工→管棚施工→临时拱形结构施工→反压回填→进洞开挖

2.2现场边坡处理（场地平整）

根据图纸设计资料，对现场进行施工测量放线，处理边坡^[1]，边坡采用锚杆+钢筋网片+喷射混凝土方式进行。施工参数：坡面挂Φ8@150X150钢筋网，喷射150mm 厚混凝土，采用Φ20锚杆，L=6m,锚杆插入角度10°，锚孔D=110mm，横竖间距1.0X1.0m, 梅花型布置.边坡处理顺序：边坡处理→初喷→锚杆→挂网→复喷。

2.3 桩基施工

桩基施工前，各项准备工作完成，桩基施工参数Φ800钻孔灌注桩，纵向间距2500mm。桩基嵌入中风化岩大于等于2.0m，C30钢筋混凝土。

(1)钻孔桩施工前必须试成孔,数量不得少于两个,以便确定所选的施工设备、施工工艺以及技术要求是否适宜。安装钻机时应严格检查钻机的平整度和主动钻杆的垂直度，钻进过程中定时检查主动钻杆的垂直度，发现偏差立即调整。在软硬土层分界面钻进时，应低速低钻压钻进。为准确控制成孔深度,采用过程控制与成孔终测相结合，在桩架上设置控制深度的标尺,以便在施工中进行观测记录；

(2)钻孔桩定位应准确,施工放线时,应根据桩设计中心坐标考虑垂直施工误差(允许垂直施工误差为0.5%),桩径/位偏差(允许偏差50mm)；

(3) 钻孔桩应采用隔桩施工,为防止冲击振动使邻孔坍塌或影响邻孔已灌注砼的凝固,需在相邻桩混凝土达到70%的设计强度后,方可进行相邻桩成孔施工；

(4) 浇注桩身混凝土时,必须使用导管,混凝土浇筑时,混凝土出料口应在混凝土面以下2-6m。桩身混凝土应连续一次性浇筑,并保证密实度；

(5)钻孔灌注桩桩顶混凝土浇筑完成后应高出设计标高0.5～1.0m（根据重庆市建设工程工程量计算规则，本项目取值0.6m,以保证项目的经济合理性），确保混凝土桩头浮浆层凿除后桩基面混凝土达到设计强度。灌注桩的实际浇筑混凝土量不小于计算体积。

2.4 桩顶冠梁施工

桩身混凝土达到设计强度100%经检测合格后进行桩顶冠梁施工，冠梁采用800mm×800mm，C30 钢筋混凝土结构。在施工冠梁时应注意预留出支承于冠梁上套拱的位置^[2]，并埋设套拱钢架与冠梁连接的预埋件；以及预埋临时拱形结构锚固于冠梁的钢筋，并对锚固钢筋的角度、位置进行精确定位。见下图2.4.1

2.4.1 临时拱形结构配筋与冠梁连接示意图

2.5 套拱施工

冠梁混凝土强度达到设计要后，进行套拱施工，使用钢管脚手架搭设施工平台。套拱采用C30混凝土，内设5榀Ⅰ20b工字钢, 钢架纵向用Φ22钢筋连接，连接钢筋沿隧道环向间距取1.0m，并在钢架内缘、外缘交错布置，钢架与钢筋采用焊接连接。钢架与冠梁预埋件进行焊接连接。在钢架上精确定位管棚导向管（φ180mm×6mm,每节2.0m）位置并与钢架焊接牢固。导向管安装时应预留上台量及控制钢管仰角，确保孔口孔向正确保证管棚的打设角度。然后支模浇筑60cm厚C30 混凝土。

2.6 管棚施工

(1)套拱混凝土强度达到100%设计强度时，方可实施管棚钻进、顶管、安放钢筋笼、注浆、封口，长管棚单根长42/35m，采用φ159mm×8mm热轧无缝钢管。管棚钻进时采用间隔进行，钻孔前对孔进行编号，施钻时钻孔顺序由高孔位向底孔位进行，环向间距0.4m，沿隧道纵向方向周边约1°～3°外插角打入围岩，管棚不得侵入隧道内净空。

(2)施工时运用测斜仪控制管棚顶进的上仰角度，保证方向准确，管棚采用丝扣连接，同一断面内接头数量不得超过总数的50%。

(3)钢筋笼采用4Φ20钢筋，固定环采用外径Φ45壁厚4.5mm钢管，长度400mm，间距1500mm。见下图2.6.1；。

(4) 管棚、钢筋笼采用人工配合挖掘机顶进，管棚顶进完毕后应对每根管进行清孔处理。管棚管上钻注浆孔，呈梅花形状布置，孔间距为150mm，孔径为12mm，尾部预留不钻孔的止浆段200mm，并设置止浆环。见下图2.6.2

(5) 注浆采用水泥浆液水灰比为1：1（重量比），水泥强度42.5MPa，注浆终压0.5—1.5MPa，注浆前应进行现场注浆试验，取得管棚注浆施工参数。

2.6.1 钢筋笼图样

2.6.2 管棚构造大样图

2.7临时拱形结构施工

管棚施工完成后，在冠梁上反向施工临时拱形结构。施工前应对地基进行处理，承载力达到施工要求。在临时拱形结构物下部浇筑支承垫层混凝土，然后搭设支架，拱部结构拱架为满堂支架施工，支架采用Φ48×3.5mm 钢管，纵横间距均为600mm，顶部、底部采用可调托架。可调托座内主梁为100×100mm的木方，沿隧道方向布置，间距为600mm。其上放置3m×0.2m ×0.05m木板，沿隧道方向布置。紧贴木板上部应布置一层5mm三合板，保证拱形结构拆模时表面平整平滑。底模安装完成支架及底模安装完成后进行钢筋的绑扎（在进行桩顶冠梁施工时已预留锚固钢筋），钢筋绑扎时应使用保护层垫块来保证最外层钢筋的混凝土最小净保护层厚度。钢筋绑扎完成后，进行顶模封闭，浇筑混凝土。浇筑混凝土时左右对称浇筑，注意控制浇筑高度及浇筑速度，避免形成偏压。

2.7.1 支架搭设施工现场图

2.8反压回填

临时拱形结构混凝土强度达到设计要求后，拆除外侧模板，进行反压回填，回填材料采用碎石土时，回填材料中不得含有粒径＞200mm块石，不得含有灰渣及有机物，回填施工应均匀对称进行，并分层夯实，防止产生偏压。在临时结构顶上1.0m范围内，严禁使用机械碾压，人工夯实每层厚度不大于250mm，机械夯实每层厚度不大于300mm，压实度不小于90%。在施工过程中应重视监控量测数据，若变形过大，及时在冠梁中间加设一道工字钢临时钢支撑。

2.9 进洞施工

反压回填施工结束后，按照隧道正常施工工序进行开挖、初支、二次衬砌施工。

3、结论与建议

采用临时拱形结构进洞方案有些特殊，将临时拱形结构、冠梁、桩基、套拱与长管棚合为一体，回填反压后，将上部荷载传递到桩基结构上，解决了偏压问题，确保暗挖的安全。在施工过程中加大监控量测力度，进行地表下沉、拱顶沉降、周边收敛监测，实际量测证明：起春区间小里程偏压部分各项数据稳定，沉降、收敛等满足设计要求。起春区间小里程临时拱形结构进洞施工的成功经验，建议遇到类似情况时参考施工。

参考文献：

[1] 马烨 . 偏压隧道半明半暗进洞施工技术［J］. 中国城市经济，2010（5）：44-45.

[2] 王雪霁，尹冬梅.严重偏压地形下隧道半明半暗进洞技术探讨［J］.隧道建设，2010，30（3）：246-250+284

3