淺埋大跨隧道襯砌施工技術(shù)1工程概況重慶輕軌某車站隧道設(shè)計開挖斷面最大寬度23.04m，最大高度20.58m；有A、B、B1、C型4種開挖及襯砌斷面，詳見“A（B）型襯砌斷面示意圖”及“B1（C）型襯砌斷面示意圖”；并附有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ號四個通道、時代廣場風(fēng)道及某路風(fēng)井和一個熱排風(fēng)井。采用300g/m2無紡布加1.5mm厚EVA防水板防水，襯砌采用C30砼，厚度80cm。車站附近主要建筑物包括：北側(cè)XXX購物中心、南側(cè)XX中心，XX百貨大樓，東側(cè)為在建的XX廣場。車站隧道主體最小埋深位于起點里程端，車站覆蓋層厚度為10.5～14.58m。原有人防洞與隧道平行、重疊或相交。詳見“某車站中線縱斷面示意圖”及“某車站平面示意圖”。某車站中線縱斷面示意圖(SectionFigureforMid-lineofLinjiangMenSituation)某車站平面示意圖(PlanFigureforLinjiangmenSituation)說明：圖中虛線部位為原有人防洞某車站地段出露地層自上而下分別為：全新統(tǒng)（Q4ml）人工填土，厚度一般2.8～４.6m；砂粘土（Q4el+dl）厚度0～3m；砂巖J2S：分布于地表土層以下，厚度15～23ｍ。砂質(zhì)泥巖J2S，厚度20～40m。車站洞室拱頂為砂巖，側(cè)墻和底板大部分為砂質(zhì)泥巖。砂巖和砂質(zhì)泥巖裂隙均不發(fā)育。某車站洞室段水文地質(zhì)條件簡單；隧道地處河間丘陵分水嶺，且市政排水設(shè)施完備，僅有少量地表水能滲透于砂巖中，形成基巖裂隙水。且基巖本身含水性微弱，為弱透水層，覆蓋層薄。A（B）型襯砌斷面示意圖B1（C）型襯砌斷面示意圖(SectionFigureforSecondSustainmentofA(B)Type)(SectionFigureforSecondSustainmentofB1(C)Type)問題的提出2.1原施工方案⑴采用微臺階法開挖隧道兩側(cè)導(dǎo)洞并施工該部初期支護及臨時支護；⑵施工導(dǎo)洞仰拱鋼筋混凝土及仰拱填充；⑶施工側(cè)墻鋼筋混凝土；⑷拱部跳槽開挖并施工該部初期支護及臨時支護；⑸施工拱部鋼筋混凝土；⑹開挖核心土及仰拱并拆除臨時支護，其中仰拱采用跳槽開挖方法；⑺隧道仰拱鋼筋混凝土及填充施工。2.2存在的問題2.2.1監(jiān)測結(jié)果顯示的結(jié)構(gòu)變形原因分析(1)根據(jù)監(jiān)測結(jié)果顯示，隨著隧道開挖面的擴大，初期支護格柵拱最大壓應(yīng)力已達到168Mpa，水平工字鋼鋼支撐壓應(yīng)力100Mpa，且有上升趨勢。初期支護及臨時支撐作用非常關(guān)鍵，但如果初期支護及臨時支撐長期承受如此大的應(yīng)力，將對施工安全造成不利影響。(2)隧道埋深淺，跨度大，圍巖自穩(wěn)能力差，量測資料表明，隧道收斂及拱頂下沉雖然累計變形值沒有超過設(shè)計、規(guī)范要求的允許值，但其變形值一致呈上升趨勢，特別是拱部因隧道受側(cè)壓力大及隧道上方原有人防洞室的影響，拱部呈上升趨勢。(3)由于周圍高層建筑物密集，隨著隧道側(cè)壓力和收斂變形的增大，勢必影響車站隧道與周圍建筑物之間巖柱的穩(wěn)定，也將影響周圍高層建筑物安全。2.2.2原襯砌方案造成的問題(1)車站隧道跨度大、高差大,二次襯砌采用“先墻后拱分步襯砌施工方案”，增加防水層接縫和混凝土施工縫，不利于隧道結(jié)構(gòu)防水及結(jié)構(gòu)受力。⑵增加了對組合模板及其支架的安裝、拆除及加固難度，且工序多，相互干擾大，工期不能保證。⑶隧道穿越巖層主要為Ⅴ類，周圍高層建筑物密集、地下洞室錯綜復(fù)雜且隧道的跨度和高度之最是城市隧道施工所少有的，特別是世貿(mào)中心地下室開挖邊界距車站開挖邊線水平距離只有4.5～7.8m，而車站覆蓋層厚度僅為10.5～14.58m，隧道巖層自穩(wěn)能力差，隧道受偏壓力較大，如此大的跨度和高度隧道，采用暗挖格柵拱鋼筋網(wǎng)錨噴法施工，加強初期支護及臨時支護，在圍巖變形及受力基本穩(wěn)定后，拆除臨時支撐并施工二次襯砌。但因其特殊的地理位置及復(fù)雜受力情況，按照遠原設(shè)計施工方案是不能滿足工程質(zhì)量、施工安全及周圍建筑物安全的要求，因此，沒有采用原設(shè)計襯砌方案施工。3改進的施工方案3.1施工方案在隧道開挖前，對原有人防洞按設(shè)計要求進行拆除、加固或混凝土回填。先開挖隧道上部雙側(cè)導(dǎo)洞，再用微臺階法向下擴挖3部、4部兩側(cè)導(dǎo)洞并在導(dǎo)洞兩側(cè)預(yù)留1m光爆層（由DK0+966向較臨區(qū)間方向施工），向下擴挖時不能拆除已形成環(huán)的臨時支護體系，同時向下接長初期支護及臨時支撐，形成另一支護閉合環(huán)。左右兩側(cè)導(dǎo)洞開挖不能齊頭并進，并錯開15m且右側(cè)導(dǎo)洞超前左側(cè)（世貿(mào)中心一側(cè)）導(dǎo)洞。拱部1部及核心土5部在DK0+768～DK0+909段采用跳槽開挖，核心土臨時支撐采用工字鋼鋼桁架支撐初期支護拱部，控制拱頂下沉。在受力復(fù)雜的DK0+909～DK0+966（世貿(mào)段）段，加強初期支護及臨時支撐作用的同時，及時施作防水層及邊墻基礎(chǔ)，二次拱墻襯砌距2部開挖面距離根據(jù)量測結(jié)果來確定，最大距離不超過16m，臨時鋼支撐的拆除在二次襯砌各項施工工序準備就緒后才能進行。以便于在初期支護應(yīng)力及收斂發(fā)生異常時，能及時施作二次拱墻襯砌進行強行支護，確保施工安全。3.2分步開挖拱墻整體襯砌方案優(yōu)點⑴減少防水層接縫及混凝土施工縫，有利于隧道結(jié)構(gòu)防水；⑵拱墻混凝土整體澆注施工，有利于結(jié)構(gòu)整體受力；⑶施工工序減少，施工效率提高，工期得到保證；⑷受力復(fù)雜段二次襯砌緊跟初期支護能有效控制拱頂下沉及收斂變形，確保施工安全。3.3模板臺車的確定某車站隧道襯砌施工具有一次澆筑混凝土方量大（270m3左右）、施工時間長、混凝土澆筑高差大等特點，施工技術(shù)人員會同業(yè)主監(jiān)理、設(shè)計單位及有關(guān)專家進行了認真細致的分析和研究，在保證施工安全、施工質(zhì)量、及施工進度的前提下，采用了軌行式液壓模板臺車進行拱墻二次模筑襯砌。模板臺車長6m，采取軌行分離式，模板與臺架可以分離，預(yù)留鉸接點，滿足變截面邊模、頂模之間的的連接及更換，采用模板厚7cm。由于臺車體積龐大，重達160多噸，且只能在隧道內(nèi)組裝，增加了組裝及調(diào)試難度，因此，每塊組裝模板尺寸不宜過大。另外，臺車臺架及模板能要有足夠強度及剛度，能滿足澆筑混凝土?xí)r側(cè)壓力的要求。臺車前部配備防水板鋪設(shè)及鋼筋綁扎作業(yè)平臺。開挖襯砌施工步序及施工要點3.4.1開挖及襯砌施工步序隧道開挖襯砌施工步序斷面示意圖(SectionFigureforTunnelExcavationandSustainmentSequence)說明：1.圖中數(shù)字序號1、2、3、4、5、7、8為開挖步序；2.圖中羅馬數(shù)字序號Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ為初期開挖支護步序。1步開挖→Ⅰ部初期支護及臨時支護施作→2步跳槽開挖（不含過世貿(mào)段）→Ⅱ部初期支護及臨時支護施作→3步開挖→Ⅲ部初期支護及臨時支護施作→4步開挖→Ⅳ部初期支護及臨時支護施作→二次襯砌邊墻基礎(chǔ)施作→2步開挖（過世貿(mào)段）→Ⅱ部初期支護及臨時支護施作→臨時支護及工字鋼支撐拆除→5步開挖→拱墻二次襯砌施作→ 7步核心土開挖→8步仰拱開挖→仰拱鋼筋混凝土及混凝土填充層施作→施作站內(nèi)結(jié)構(gòu)。3.4.2施工要點⑴邊墻基礎(chǔ)施工：在兩側(cè)導(dǎo)洞開挖及初期支護（包括錨桿、噴射混凝土及格柵拱）、臨時中隔墻及其支護、臨時工字鋼支撐，施工后并達到設(shè)計規(guī)定的有關(guān)要求（如噴射混凝土強度）及時施工邊墻基礎(chǔ)防水層、鋼筋、預(yù)埋件和混凝土澆筑。⑵臨時工字鋼支撐的拆除：過世貿(mào)段拱部2步開挖及初期支護超前二次模筑襯砌距離不大于16m。臨時工字鋼支撐拆除超前超前二次模筑襯砌距離不大于6m（一環(huán)襯砌長度）。拆除時間應(yīng)根據(jù)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)分析來確定：當初期格柵拱的應(yīng)力趨于穩(wěn)定狀態(tài)、隧道收斂變形速度趨于穩(wěn)定且水平收斂（拱腳附近）速度小于0.2mm/d及拱頂位移速度小于0.15mm/d時方可拆除臨時支撐。過世貿(mào)段臨時工字鋼支撐的拆除前要對初期支護受力、隧道收斂變形情況以及周圍結(jié)構(gòu)物安全等進行分析，在確保施工安全及施工質(zhì)量的前提下，才能拆除。⑶基面處理及鋪設(shè)防水層：工字鋼支撐拆除后，及時搭設(shè)作業(yè)平臺，對基面處理并鋪設(shè)防水層。⑷二次襯砌鋼筋綁扎及預(yù)埋件（站廳層框架梁、次梁及站廳板等）安裝，梁筋采用鐓粗直螺紋鋼筋接頭連接。其中預(yù)埋件安裝前要進行測量放線，安裝后要進行測量檢查。⑸模板臺車定位及支撐加固：二次襯砌是在預(yù)留核心土開挖前施工，左右不通視，且模板臺車的高度及寬度都比較大，增加了模板臺車定位和加固的難度。因此在模板臺車定位前要放出臺車左右線端頭法線、定位中線及標高，并嚴格按測量放線定位模板臺車，臺車與前段襯砌搭接不宜太長或過短，控制在3～5cm。模板臺車除了按設(shè)計加固支撐外，對拱腳及受力較大的部位增設(shè)工字鋼臨時支撐，防止?jié)仓炷習(xí)r因側(cè)壓力過大而發(fā)生跑模現(xiàn)象。堵頭模板采用7cm厚木板，木板后背截面為200×200mm方木及10號角鋼加固，沿邊墻每2m設(shè)設(shè)兩根φ20對拉鋼筋固定方木及角鋼，防止?jié)仓炷習(xí)r發(fā)生爆模現(xiàn)象。⑹模筑混凝土澆注：采用兩臺輸送泵左右兩側(cè)同時澆筑混凝土，澆砼時拱頂以下部位從留倉口插管澆筑并采用Ф50插入式振動棒振搗，拱部混凝土由剎尖孔接管澆筑；混凝土澆灌速度控制在每側(cè)4m3/h以內(nèi)，同時不得小于2.5m3/h。混凝土塌落度，應(yīng)隨澆筑部位不同進行調(diào)整，墻部控制在14～17cm范圍內(nèi)，拱腰以上控制在18～21cm，坍落度小于14cm的砼不允許使用；兩側(cè)對稱澆灌，分層振搗密實,左右兩側(cè)混凝土面高度不大于0.5m。4效果分析從已施工段的監(jiān)測數(shù)據(jù)分析來看，變形總體較為平穩(wěn)無異常變形出現(xiàn)，水平收斂及拱頂下沉隨著洞室的開挖有一定的增長，最大值為1mm/d，但屬正常范疇，后逐漸趨于穩(wěn)定，洞室處于安全狀態(tài)。隨著二次襯砌的施工，初期支護結(jié)構(gòu)應(yīng)力均有較大幅度回落，其中二次襯砌施工前格柵拱最大應(yīng)力為167Mpa，目前已降至46.2Mpa，保證施工安全，目前已安全通過世貿(mào)段，為后續(xù)施工創(chuàng)造了有利條件。。采用拱墻整體二次襯砌后，施工效率比原設(shè)計方案提高一倍，極大的縮短了工期，減少了施工難度。防水層接縫及混凝土施工縫減少，無滲漏水現(xiàn)象，防水效果比較明顯?；炷帘砻嫫秸e臺現(xiàn)象得到有效控制。5結(jié)束語某車站隧道采用暗挖噴錨構(gòu)筑法施工，并加強初期支護及臨時支護體系，但由于其地理位置特殊（重慶市中心繁華鬧市區(qū)）且有淺埋、大跨、斷面大、上方洞室多、地表高層建筑物覆蓋率高特點。量測結(jié)果表明，已施工段隧道水平收斂較大部位累計值為27mm，拱頂下沉較大部位的累計值為25mm，雖然最大累計值均設(shè)計允許范圍內(nèi)，但由于初期支護格柵拱及臨時橫向支撐長期處于高應(yīng)力狀態(tài)（特別是過世貿(mào)段，格柵拱鋼筋最大應(yīng)力為167Mpa，橫向鋼支撐應(yīng)力為100Mpa），且有緩慢上升趨勢，巖層自穩(wěn)能力極差，僅靠初期支護及臨時支撐的支護作用是不能滿足施工安全需要，一旦出現(xiàn)異常情況，后果不堪設(shè)想。為此，施工單位會同監(jiān)理、設(shè)計、監(jiān)測等單位對監(jiān)測信息及隧道結(jié)構(gòu)受力進行了專題分析和認真研究，并提出了在巖層自穩(wěn)能力極差且初期支護及臨時支護長期處于高應(yīng)力狀態(tài)的區(qū)段，可在隧道水平收斂及拱頂下