半幅斷交的城市主干道下大型鐵路框架結(jié)構(gòu)蓋挖法施工技術(shù)

王道遠,趙維普，袁金秀,杜曉蓉

(1.河北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院土木工程系,石家莊 050091；2.北京中鐵隧建筑有限公司,北京 100022)

1 概述

京石客運專線石家莊隧道工程為6線(局部7線)并行隧道,是國內(nèi)第一條穿城入地多線多連拱淺埋大跨隧道,線路從左至右(面向北京)依次為改建京廣線、新建京石線和新建石青線。在DK281+288～DK281+353段下穿中山路,作業(yè)地點位于京廣線中山路鐵路框構(gòu)橋東側(cè),新建隧道基坑侵入既有鐵路框構(gòu)橋約0.3 m,侵入勝利大街橋約1 m,施工時需拆除一節(jié)鐵路框構(gòu)的部分角隅。在拆除之前先對“頂板、邊墻與中墻進行加腋臨時處理”并對加腋部分混凝土進行噴涂。待京石客運專線施工完畢后,再行完全拆除現(xiàn)有鐵路框構(gòu)橋,并將京廣線移至地下。隧道基坑與中山東路平面位置關(guān)系如圖1所示。

圖1 新建隧道位置

工程場地范圍內(nèi)表覆第四系地層,從上至下依次為路面結(jié)構(gòu)、新黃土、黏性土、粉土、砂類土、圓礫土。中山東路隧道結(jié)構(gòu)頂板最薄處覆土0.9 m厚,場地范圍內(nèi)地下水主要為第四系孔隙潛水,含水層為砂、卵石層,主要由大氣降水補給。地下水水位埋深45～50 m,均位于結(jié)構(gòu)底板以下,不需降水。由于覆土層薄、跨度大且距勝利大街橋近,為減少隧道施工對城市主干道交通的影響,采用半幅斷交的蓋挖法施工，隧道標準斷面為3跨平頂直墻框架結(jié)構(gòu),其結(jié)構(gòu)斷面如圖2所示。

圖2 隧道結(jié)構(gòu)斷面(單位：cm)

2 施工方案

過中山東路隧道為蓋挖法施工,采用“圍護樁(隧道兩側(cè))+預(yù)應(yīng)力錨索+臨時支柱+隧道結(jié)構(gòu)頂板”的圍護體系(圖3),開挖時遵循“縱向分段、豎向分層、橫向分塊、隨挖隨護”的原則,保證開挖過程隧道主體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

圖3 蓋挖圍護結(jié)構(gòu)示意

具體分2期倒邊施工,道路分2次圍擋,分幅施工對應(yīng)圍護結(jié)構(gòu)、臨時支柱和結(jié)構(gòu)頂板,頂板施工完畢后恢復(fù)路面,一側(cè)路面恢復(fù)后拆除圍擋,恢復(fù)交通并對另一側(cè)進行圍擋施工。第一期施工中山東路北半幅；第二期施工中山東路南半幅。北半幅頂板混凝土強度達到100%后破除北側(cè)堵頭樁,分層開挖土方并施作預(yù)應(yīng)力錨索,開挖至結(jié)構(gòu)底高程后按照“底板→側(cè)墻→中隔墻”的順序完成整個隧道結(jié)構(gòu)施工。施工流程如圖4所示。

圖4 蓋挖施工流程

3 關(guān)鍵施工技術(shù)

3.1 交通疏解

中山東路寬44 m,新建隧道與中山東路斜交,蓋挖段長度91 m、寬度為38.5 m。以中山東路道路中心線南北側(cè)各1.5 m為邊界線分幅圍擋,分2期施工頂板,每期頂板施工3.5個月，恢復(fù)道路交通。第一期先封閉中山東路北半幅進行施工,圍擋占用中山東路段施工范圍內(nèi)全部西行人行道、非機動車與機動車車道。對既有道路彎段取直,保留3條機動車道+1條非機動車道+1條人行道,第一期圍擋范圍見圖5。第二期封閉中山東路南半幅進行施工,圍擋占用中山東路南側(cè)所有東行人行道、車道以及北側(cè)一條西行機動車道,保留3條機動車道+1條非機動車道+1條人行道,具體措施同第一期圍擋。

圖5 交通疏散示意(單位：m)

3.2 鉆孔灌注樁施工

本段隧道圍護樁和蓋板支撐立柱采用鉆孔灌注樁：(1)圍護樁采用鉆孔灌注樁+預(yù)應(yīng)力錨索圍護形式,鉆孔灌注樁樁徑1 200 mm,間距1 800 mm；(2)過路口段立柱樁,樁徑1 200 mm,間距6 000 mm。鉆孔灌注樁采用分區(qū)、分批間隔施工,如圖6所示。

圖6 鉆孔樁施工順序

采用反循環(huán)(或旋挖)鉆機成孔,泥漿護壁,25 t汽車吊吊裝鋼筋籠及導(dǎo)管進行水下混凝土灌注。在砂類土中鉆孔防坍塌是本段施工重點,因此除采用分批間隔施工外,泥漿的各項參數(shù)應(yīng)在參考以往類似地層施工經(jīng)驗的前提下結(jié)合現(xiàn)場試驗進行確定,確保鉆孔樁不塌孔,泥漿技術(shù)指標如表1所示。

表1 泥漿技術(shù)指標

由于道路交通壓力大,施工蓋板要求工期緊,而鉆孔灌注樁的施工進度直接影響到蓋板施工進度。受既有線鐵路橋的影響,西側(cè)鉆孔灌注樁采用反循環(huán)鉆機施工。根據(jù)現(xiàn)有地質(zhì)資料,中山東路在地表下20 m左右穿越卵石層,考慮到反循環(huán)鉆機在卵石層鉆進速度較慢,采取以下兩種措施：(1)在不影響相互之間施工的前提下,配置最大數(shù)量的反循環(huán)鉆機；(2)采用適合卵石層施工的鉆頭(如滾刀鉆頭)替換常規(guī)鉆頭。受既有京廣線鐵路橋影響,鉆孔灌注樁鋼筋籠吊裝不宜過高,因此將原有鋼筋籠分2節(jié)吊裝,采用直螺紋套筒連接。并合理考慮提前加工并儲備一定數(shù)量的鋼筋籠,保證鋼筋籠能夠連續(xù)供應(yīng)。

3.3 土方開挖

隧道內(nèi)土方開挖需等結(jié)構(gòu)頂板強度(蓋板強度)達到70%之后,遵循“縱向分段、豎向分層、橫向分塊、隨挖隨護”的原則,采用挖掘機進行蓋板下土方開挖。開挖時先挖兩側(cè)土體,后開挖中間土體,每次開挖長度不超過12 m,開挖深度3 m,每層土方開挖至錨索高程下0.5 m處及時施作錨索對土體進行支護。

3.4 樁間支護

為使圍護結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定,下步工序施作方便,對樁間土體進行掛網(wǎng)噴混凝土支護,厚度100 mm。樁間支護隨土方隨挖隨支,為錨索施工創(chuàng)造時間,樁間每次支護高度與土層開挖深度一致,一般在2～2.5 m,施工時無須搭設(shè)腳手架。

開挖后立即進行樁體是否侵入結(jié)構(gòu)凈空檢查,如果侵入則必須對樁體進行處理,用風(fēng)鎬破除樁體侵入凈空內(nèi)的混凝土,未侵入結(jié)構(gòu)凈空只需對樁體鑿毛。待圍護樁及冠梁施工完畢之后,采用挖掘機開挖基坑內(nèi)土方,樁間網(wǎng)噴混凝土支護,采用自上而下進行。再在面層上掛鋼筋網(wǎng)(鋼筋網(wǎng)片的搭接不小于20 cm)并固定牢固。噴射混凝土中的鋼筋網(wǎng)應(yīng)調(diào)直除銹,鋼筋網(wǎng)與坡面間隙宜大于20 mm,網(wǎng)片與坡面間距過小的部位可加設(shè)墊塊。噴射混凝土應(yīng)分段分片依次進行,同一分段內(nèi)噴射順序應(yīng)自下而上,一次噴射厚度為30～40 mm,復(fù)噴厚度為60 mm。噴射時,噴頭與受噴面應(yīng)垂直,宜保持0.6～1.0 m的距離,噴射手應(yīng)控制好水灰比,保持混凝土表面平整、濕潤光澤,無干斑或流淌現(xiàn)象。

3.5 錨索施工

預(yù)應(yīng)力錨索第1道為3φ15.2@3 000 mm,長23 m，第2、3、4道為4φ15.2@1 500 mm,長度分別為27、24 m和22 m。根據(jù)施工地質(zhì)(施工區(qū)域地質(zhì)為第四系地層,從上至下依次為雜填土、粉質(zhì)黏土、砂礫層和軟礫石)及工程進度要求,成孔設(shè)備選擇HY-150型全跟管鉆機,HY-150型鉆機為自行式內(nèi)燃鉆機,場地適應(yīng)能力強,可實現(xiàn)雙管雙動內(nèi)循環(huán)工藝,可避免循環(huán)液對孔壁的沖刷,減少對周圍地層的擾動,有效降低地表沉降。錨索現(xiàn)場施工如圖7所示。

圖7 鉆孔樁+腰梁+錨索現(xiàn)場施工

(1)施工準備：錨索施工緊接基坑土方開挖進行,基坑土方開挖采取分層開挖,當每層土方開挖至錨索孔位下0.5 m高程時,平整開挖面后進行錨索施工,施工時東西兩側(cè)各設(shè)置1臺鉆機同時施鉆。

(2)錨位開孔：測量放點定出錨索孔位后,于孔位上支設(shè)開孔機,調(diào)整好角度,開孔直徑為150 mm。錨位開孔應(yīng)提前進行,以確保錨索施工進度,開孔偏差不大于20 cm。

(3)鉆孔：錨索開孔施工完成后,即可移動鉆機就位進行鉆孔作業(yè)。成孔采用套管鉆機,鉆孔進尺每5 m進行1次孔向測量。孔深超過錨索設(shè)計長度0.5～1.0 m,終孔后清孔要徹底,應(yīng)對孔口進行暫時封堵,不得使碎屑、雜物進入孔口。

(4)錨索組裝：錨索組成包括鋼絞線及其附件,按結(jié)構(gòu)形式進行組編。用切割機切斷鋼絞線,切口整齊無散頭。加工長度嚴格按照錨索參數(shù)確定,同時考慮鋼腰梁厚度、錨具厚度、張拉千斤頂長度、工作錨的長度。第1層加工時預(yù)留了1.0 m長,第2、3、4層考慮1.5 m長。切斷后的鋼絞線逐根檢查,凡有損傷的鋼絞線均應(yīng)剔除。

錨固段去皮洗油：錨固段鋼絞線去皮長度誤差應(yīng)在0～10 cm以內(nèi)；洗油時先用棉紗將鋼絞線的油脂去除,然后將鋼絞線單根搓開,用汽油人工逐根清洗,再用棉紗擦干,最后再將單根鋼絞線擰回位成一束,逐根裝至施工現(xiàn)場。

波紋管安裝：將內(nèi)錨段鋼絞線束體裝入波紋管內(nèi),并在靠近內(nèi)錨固段底部安裝金屬質(zhì)導(dǎo)向帽封口,且端帽設(shè)置一定數(shù)量的泄?jié){孔便于漿液流動,塑料灌漿管在導(dǎo)向帽內(nèi),距離端帽15 cm的間隙。

錨索對中支架及隔離支架與錨索體和波紋管之間綁扎牢固,對中支架及隔離支架安裝在波紋管內(nèi)外側(cè)對應(yīng)位置,錨索內(nèi)錨段對中支架及隔離支架間距1 m,兩架之間綁扎鍍鋅鐵絲1道做緊縮環(huán)；自由段(即張拉段)對中隔離架間距1.5 m。

錨索進、回漿管采用外徑25 mm聚乙烯塑料管；中支架和隔離支架自制。編好的錨索要求外表順直、無明顯扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象,各種管道通暢,管口做好臨時封閉。并做好防潮、防污染、防腐處理。

(5)穿索(即“下錨”)：①錨索下錨前應(yīng)對已鉆好的孔進行檢查,以便一次穿索成功,若有局部塌孔現(xiàn)象,采取固灌及掃孔措施處理；②為保證錨索安裝順直,在安裝處搭設(shè)支架,錨索入孔前,必須校對錨索編號與孔號是否一致。確認孔深和錨索長度無誤后,人工勻速將錨索送入孔,不得過多地來回抽動錨索體,防止損害錨索體或使錨索體整體扭轉(zhuǎn)；③穿索后立即對進、回漿管進行通氣檢查,發(fā)現(xiàn)不通氣應(yīng)采取有效的處理措施。

(6)注漿：①注漿采用水泥濃漿,錨固段及自由段的水泥膠結(jié)材料均為M20水泥砂漿,水泥采用P.O.42.5級水泥；②采用單管拔管法注漿,錨固段注漿須在錨索入孔后24 h完成。采用底部進漿管進漿,隨著注漿量的增加,注漿管拔出速度按計算和漿量跟蹤雙重標準控制。為了保證注漿均勻,注漿速度不宜太快。所用水泥漿用拌和機攪勻,使其達到規(guī)定指標,攪拌直至灌漿結(jié)束方可停止。在水泥漿未完全固化前,不得拉拔和移動錨索；③內(nèi)錨段注漿按“寧多不少”原則,內(nèi)錨段注漿完成2～3 h后方可進行自由段注漿。

(7)腰梁施工及錨具安裝：腰梁采用2道普通熱軋II28b型鋼。應(yīng)對每根樁的偏差進行測量,在腰梁安裝時,應(yīng)使腰梁受力符合設(shè)計要求。腰梁的安裝需待注漿強度達到80%以上才能進行,腰梁分節(jié)進行吊裝。采用25 t汽車吊及在噴錨過程中每3～5 m預(yù)埋φ22 mm螺紋鋼,吊裝時將手拉葫蘆固定在預(yù)埋鋼筋上,聯(lián)合將腰梁吊起,準備定位后腰梁背后懸空的地方利用鋼塊進行墊實,然后安裝楔形墊塊和錨具,方可進行張拉,張拉完畢后錨具將緊緊鎖住腰梁,拆除手拉葫蘆。

(8)錨具安裝、張拉：張拉采用單根對稱分級循環(huán)張拉方式。每級張拉持荷2～5 min。張拉過程準確全面記錄各相關(guān)參數(shù),并檢查其是否符合要求。鎖定48 h后根據(jù)變化情況和量化檢查張拉確認是否需要補充張拉。

(9)封錨防護：切除多余長度的鋼絞線,涂刷環(huán)氧基后安裝可拆卸式防護帽并注入油脂。

3.6 結(jié)構(gòu)施工

(1)蓋板施工：本次施工所采用蓋板既為隧道結(jié)構(gòu)頂板,待圍護樁及臨時支柱施工完畢后,繼續(xù)向下開挖土方至頂板底高程,破除露出地面的臨時支柱混凝土,綁扎頂板鋼筋,施作頂板。頂板模板采用寶麗板,將地面夯實壓光至設(shè)計高程后直接鋪設(shè)。

(2)剩余主體結(jié)構(gòu)施工：土方開挖至底板下高程后即可按照“底板→邊墻→中隔墻”的順序完成隧道主體結(jié)構(gòu),注意施工破除臨時支柱時需跳柱破除,施工完一段中隔墻后再破除另一段臨時支柱。

4 結(jié)語

本文所介紹的石家莊6線隧道下穿中山路段于2009年11月開工,2010年1月底順利下穿并取得成功。本工程中半幅斷交、圍護樁+預(yù)應(yīng)力錨索+臨時支柱+隧道結(jié)構(gòu)頂板的支護體系以及縱向分段、豎向分層、橫向分塊、隨挖隨護的開挖方式為類似工程提供一定借鑒。

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