下穿鐵路大跨度淺埋暗挖雙聯(lián)拱隧道臨時支護拆除及換撐工法研究

周強

中鐵二十五局集團第五工程有限公司 山東青島 266100

1 工程概況

長沙市漁業(yè)路及延伸工程道路位于長沙市開福區(qū)，是我公司承攬的長沙市重點工程之一。道路主線全長2481．504m，路幅寬36m，其中K0+415．4-K0+437．6段為 22．2m長的暗挖隧道，位于京廣鐵路正線下方，其東西出口為：東段為長7．4m蓋挖隧道、西段為長9．4m蓋挖隧道，位于京廣鐵路邊坡下方。隧道頂部至鐵路軌面高差僅有7．1m，暗挖段與蓋挖段采用雙聯(lián)拱斷面，共長39m、高9．06m、跨度大至25．75m，中隔墻寬1．6m。

隧道結(jié)構(gòu)位于雜填土、粉質(zhì)黏土、中粗砂中。該施工區(qū)域地下水主要表現(xiàn)為上層滯水，場地地表水亦較多。水位埋深約為0．80-6．00m，相對應(yīng)標(biāo)高為 26．73-32．14m。

圖1 鐵路下方隧道橫斷面及地質(zhì)情況圖

雙連拱隧道常規(guī)施工工法為三導(dǎo)洞分部施工法、中導(dǎo)洞分部施工法、雙洞全斷面平行施工法等，由于本隧道下穿京廣鐵路既有線，且跨度大至25．75m，為確保施工及鐵路行車安全，結(jié)合常規(guī)工法，本工程采用“中導(dǎo)洞+雙側(cè)壁導(dǎo)坑”法施工。具體為先進行中導(dǎo)洞開挖，再進行雙側(cè)壁開挖，隧挖隨撐，及時施做初期支護及臨時支護，并待初期支護結(jié)構(gòu)的拱頂沉降和收斂基本穩(wěn)定后，拆除初期支護中的臨時中隔墻和臨時仰拱，最后施作結(jié)構(gòu)仰拱和二襯[1]。

2 支護參數(shù)

隧道初支以錨桿、噴射混凝土、鋼拱架及鋼筋網(wǎng)組成綜合防護體系。在開挖完成后進行初支；初支由C25噴射混凝土、φ8雙層鋼筋網(wǎng)、φ25組合中空注漿錨桿(側(cè)墻設(shè)置）、I22b型鋼鋼架、φ22的雙層連接筋組成。臨時支護由C25噴射混凝土、φ8單層鋼筋網(wǎng)、I18型鋼鋼架、φ22的單層縱向連接筋組成。初支I22b型鋼鋼架和臨時I18鋼架，間距均為0．5m/榀。隧道初支和二次襯砌間，全環(huán)設(shè)置全包防水層，防水材料為1．5mm厚EVA塑料防水板，緩沖層以及仰拱防水板的保護層材料采用單位重量不小于400g/m2的無紡布，二襯及仰拱采用防水鋼筋混凝土。

3 臨時支護拆除

根據(jù)施工進度及監(jiān)控量測的情況，在實際施工過程中，隧道貫通且支護結(jié)構(gòu)受力穩(wěn)定后，可進行二襯及仰拱施工。因隧道上方有鐵路既有線，通過監(jiān)測隧道封閉成環(huán)后隧道支護體系的變形情況，確定變形情況在正常范圍內(nèi)時，方可進行臨時支撐鋼架的拆除，沉降收斂達(dá)到穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)為位移速率不超過0．2mm/d。

臨時支護拆除前還必須完成的仰拱及襯砌段落為：1．鐵路西側(cè)的第八段仰拱及填充施工；2．鐵路西側(cè)的蓋挖段和剩余暗挖段的中隔墻及底部仰拱的施工；3．暗挖段的南北側(cè)壁導(dǎo)坑的仰拱及填充的施工。

圖2 中隔墻及南北側(cè)壁導(dǎo)坑仰拱的施工示意圖

圖3 蓋挖、暗挖隧道仰拱施工分段縱斷面示意圖

4 臨時支護拆除步奏

根據(jù)暗挖隧道經(jīng)驗施工方法，臨時支護拆除及后續(xù)施工順序為：布設(shè)監(jiān)控量測點→搭設(shè)腳手架及布置防護安全網(wǎng)→鑿除噴射混凝土→臨時鋼架拆除→處理初支表面雜物→拆除位置補噴混凝土找平→鋪設(shè)防水材料→澆筑防水保護層→安裝結(jié)構(gòu)鋼筋→澆筑二襯混凝土。但因本隧道下穿鐵路，既有線不間斷行車產(chǎn)生動載，且隧道跨度達(dá)26m，初支受力大。為確保既有線行車安全及隧道施工安全，應(yīng)對臨時支護進行分段拆除，分段施做，做好防水保護層后進行支撐補撐以達(dá)到穩(wěn)固支護結(jié)構(gòu)的效果。臨時支護拆除工作自鐵路西側(cè)隧道北側(cè)開始。

為確保臨時支護拆除工程安全可控，將K0+415．4～+419．9段設(shè)置為拆除試驗段，根據(jù)拆除中監(jiān)控量測的數(shù)據(jù)來指導(dǎo)和確定后續(xù)臨時支撐的拆除長度及加固措施。如變形不超過2mm/d，則按照4．5m/段正常進行拆除工作；如變形持續(xù)超過2mm/d，應(yīng)立即停止拆除工作，并及時采取加固措施，加固完成后，應(yīng)適當(dāng)縮短拆除長度。本暗挖隧道的臨時支護拆除工作將整個隧道南北側(cè)各分為6段施工，如圖4所示：

第①步：進行隧道北側(cè)第一段所有臨時支撐拆除工作，施工此段仰拱及二襯；

第②步：進行隧道南側(cè)第一段所有臨時支撐拆除工作，施工此段仰拱及二襯，同時進行隧道北側(cè)第二段所有臨時支撐拆除工作，施工此段仰拱及二襯；

第③步：進行隧道南側(cè)第二段所有臨時支撐拆除工作，施工此段仰拱及二襯，同時進行隧道北側(cè)第三段所有臨時支撐拆除工作，施工此段仰拱及二襯；

第④步：進行隧道南側(cè)第三段所有臨時支撐拆除工作，施工此段仰拱及二襯，同時進行隧道北側(cè)第四段所有臨時支撐拆除工作，施工此段仰拱及二襯；

第⑤步：進行隧道南側(cè)第四段所有臨時支撐拆除工作，施工此段仰拱及二襯，同時進行隧道北側(cè)第五段所有臨時支撐拆除工作，施工此段仰拱及二襯；

第⑥步：進行隧道南側(cè)第五段所有臨時支撐拆除工作，施工此段仰拱及二襯，同時進行隧道北側(cè)第六段所有臨時支撐拆除工作，施工此段仰拱及二襯；

第⑦步：進行隧道南側(cè)第六段所有臨時支撐拆除工作，施工此段仰拱及二襯。

圖4 隧道拆除施工分段平面示意圖

在施工過程中，以隧道北側(cè)K0+415．4～+421．9段支撐拆除及換撐工法為例，具體支撐步奏如下：

圖5 臨時支撐拆除斷面示意圖

（1）布置變形觀測點，確保安全。拆除臨時支護鋼架前，進行監(jiān)控量測點的布設(shè)，以5m為一個斷面布設(shè)，并取得拆除前的初始數(shù)據(jù)，必須保證每個拆除段有監(jiān)測點，以保證隧道的安全。

（2）拆除北豎撐C和北豎撐D。隧道北側(cè)K0+415．4～+417．9段北豎撐C和北豎撐D逐榀拆除，采用人工手持風(fēng)鎬，搭設(shè)鋼管腳手架作為工作平臺，鑿除豎撐C鋼架連接處⑤⑥處的噴砼，再鑿除兩榀鋼架之間的混凝土。然后采用電氣焊切斷鋼筋網(wǎng)及連接筋，去掉鋼架間的連接螺栓，對于不能去掉連接螺栓的鋼架直接采用氧乙炔切割，注意切割過程中應(yīng)在臨時支護一側(cè)進行，以免影響初支結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，然后將鋼架取出。按照上述方式依次逐榀進行豎撐D的拆除[2]。

（3）北豎撐C和北豎撐D拆除后，對拆除面進行噴射混凝土并抹平處理后立即安裝第一段2．5m隧道仰拱的防水結(jié)構(gòu)及防水保護層緩沖層。

（4）防水保護層達(dá)到一定強度后將第一榀和第五榀北豎撐C和北豎撐D臨時架設(shè)回原位置，以保證初支結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定，減少隧道斷面暴露時間。

（5）同理對隧道北側(cè)K0+417．9～+419．9段2m范圍內(nèi)的北豎撐C和北豎撐D逐榀拆除，對拆除面進行噴射混凝土并抹平處理后立即安裝第二段2m隧道仰拱的防水結(jié)構(gòu)及防水保護層緩沖層。

（6）防水保護層達(dá)到一定強度后將第九榀北豎撐C和北豎撐D臨時架設(shè)回原位置，以保證初支結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定，減少隧道斷面暴露時間。

（7）安裝隧道北側(cè)K0+415．4～+419．9段仰拱結(jié)構(gòu)鋼筋后，移除臨時架設(shè)的北豎撐C和北豎撐D，澆筑仰拱混凝土。待混凝土達(dá)到初凝后，在仰拱混凝土表面鋪設(shè)土工布進行保護，并對接口鋼筋做好保護。

圖6 豎撐C、D鋼架拆除示意圖

（8）拆除北豎撐A和北豎撐B。對隧道北側(cè)K0+415．4～+419．9段北豎撐A和北豎撐B逐榀拆除，采用人工手持風(fēng)鎬，搭設(shè)鋼管腳手架作為工作平臺，鑿除豎撐A鋼架連接處②⑤處的噴砼，再鑿除兩榀鋼架之間的混凝土。然后采用電氣焊切斷鋼筋網(wǎng)及連接筋，去掉鋼架間的連接螺栓，對于不能去掉連接螺栓的鋼架直接采用氧乙炔切割，注意切割過程中應(yīng)在臨時支護一側(cè)進行，以免影響初支結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，然后將鋼架取出。按照上述方式依次逐榀進行豎撐B的拆除。

（9）拆除北橫撐E和北橫撐F。采用人工手持風(fēng)鎬鑿除北橫撐E鋼架連接處①⑤處的噴砼，鑿除兩榀鋼架之間的混凝土，采用電氣焊切斷鋼筋網(wǎng)。

采用裝載機配合，切開鋼架間的連接鋼筋后，裝載機抬起北橫撐E鋼架，切斷鋼架連接處后，將臨時仰拱鋼架抬走。按照以上拆除方法依次逐榀進行北橫撐F的拆除。

（10）處理初期支護表面雜物。在各部位橫撐和豎撐鋼架拆除過程中，應(yīng)將初支表面雜物清理干凈，為二襯防水層的施工創(chuàng)造有利條件。

（11）拆除位置補噴混凝土找平。在臨時支護拆除過程中，初支表面清理干凈后對拆除部位補噴C25混凝土，以便后續(xù)防水施工。

（12）二次襯砌施工。在對K0+415．4～+419．9段北豎撐A、北豎撐B、北橫撐E、北橫撐F、北豎撐C、北豎撐D拆除完成并對拆除節(jié)點位置噴砼找平后，開始此段二次襯砌防水層及鋼筋安裝的施工，并利用4．5m的襯砌臺車澆筑此段二次襯砌混凝土。

5 加固措施

在拆除臨時支撐過程中，沉降或收斂的速率持續(xù)超過2mm/d，應(yīng)該立即采取加固措施，以確保施工安全。

（1）補強措施。在變形處施作L=3．5m，φ42mm的徑向注漿鋼花管，間距環(huán)＊縱=100cm＊100cm，梅花形布置。

（2）加固措施。在變形段初期支護內(nèi)側(cè)按0．5m/榀增加I18型鋼鋼架支撐，鋼架間用φ22連接筋連接，防止變形過大造成初支侵限。加固之后，立即采用鋼花管進行徑向注漿加固圍巖，待圍巖穩(wěn)定后拆除I18鋼架支撐。

圖7 加固措施示意圖

6 監(jiān)控量測布設(shè)

監(jiān)控量測點采用端部設(shè)置彎鉤的φ8mm鋼筋制成，隧道拱頂沉降采用精密水準(zhǔn)儀、銦鋼尺，鋼卷尺，量測精度為±0．1mm；隧道水平收斂變形監(jiān)測采用收斂儀，量測精度：±0．1mm；地表沉降監(jiān)測采用精密水準(zhǔn)儀、銦鋼尺，鋼卷尺，量測精度為±0．1mm。監(jiān)測按5m一個斷面布設(shè)，共5個斷面，由于原來進行隧道開挖時，已經(jīng)對隧道進行監(jiān)控量測點進行布設(shè)，可以利用原監(jiān)測點進行監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集，但必須保證每個拆除段有監(jiān)測點。對現(xiàn)場損壞或缺失的監(jiān)測點進行修補和增設(shè)，另外可根據(jù)現(xiàn)場實際拆除施工中的變形情況，適當(dāng)加密監(jiān)測點。

圖8 監(jiān)控量測點斷面布置圖

初始拆除段即K0+415．4～+417．4段，由于此段位于洞口段，施工的安全風(fēng)險較大，所以對此段監(jiān)控量測點進行加密設(shè)置，按1m一個斷面布設(shè)，共2個斷面。對于拆除試驗段即K0+415．4～+417．4段，增加一組監(jiān)控量測點，并加強監(jiān)控量測頻率，監(jiān)控量測段斷面布置圖如圖6．2。

監(jiān)控量測頻率應(yīng)根據(jù)拆除臨時支護進度來確定，并根據(jù)位移速度來考慮是否增大監(jiān)控量測頻率。

監(jiān)控量測工作應(yīng)在拆除前進行初始數(shù)據(jù)的采集，然后在每拆除一段（4．5m/段）豎撐或橫撐（K0+415．4～ +417．4段每拆除一榀）時，就進行一次監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集和分析。其中拆除試驗段即K0+415．4～+417．4段每拆除二榀豎撐或橫撐，就要進行一次監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集和分析。如位移速度超過2mm/d，則將量測頻率增加一次。

7 試驗段成果

在實際施工過程中，對K0+415．4～+417．4段進行連續(xù)3天觀測，監(jiān)控量測數(shù)據(jù)（部分）如下表所示：

?

?

?

根據(jù)以上3日內(nèi)連續(xù)對K0+415．4斷面的地表沉降點、拱頂沉降點及收斂點的監(jiān)控量測數(shù)據(jù)進行對比分析，說明臨時支撐的拆除及換撐施工方式對隧道初支結(jié)構(gòu)及地表沉降影響較小，可以滿足安全施工及鐵路行車安全的要求。

對后續(xù)施工中臨時支撐的拆除工作，按照隧道北側(cè)K0+415．4～+419．9段臨時支撐拆除方法和步驟依次逐段錯開進行隧道南北側(cè)臨時支撐的拆除，在拆除完成后及時進行仰拱填充及二次襯砌的施工。此外，在拆除前段支撐時，必須在后段襯砌砼強度達(dá)到80%以上才能進行。同時在拆除臨時支撐過程中，要及時進行監(jiān)控量測工作，保證后續(xù)施工的安全、順利進行[3]。

8 結(jié)語

綜上所述，在城市下穿鐵路大跨度淺埋暗挖雙聯(lián)拱隧道施工過程中，根據(jù)隧道開挖斷面、地質(zhì)水文條件等，選擇合適的工法是確保隧道施工安全質(zhì)量的必要條件，臨時支護拆除是隧道二襯施工前的必要工序，也是隧道結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換，試驗段的施工是后續(xù)拆除工程的前提和保障，根據(jù)隧道結(jié)構(gòu)形式、支護體系情況，設(shè)置合理的施工試驗段并科學(xué)記錄監(jiān)控量測數(shù)據(jù)；支撐拆除及換撐順序及二襯跟進的時間按照試驗段監(jiān)控量測數(shù)據(jù)進行分析，來指導(dǎo)后續(xù)施工。在本隧道工程中采用的臨時支護拆除及換撐的施工工法，保證了隧道安全施工及施工過程中鐵路既有線的安全行車，使該工程順利竣工通車。該項工法在今后相類似下穿鐵路、公路或河流的大斷面暗挖隧道中值得推廣。通過本工法施工全過程，建議歸結(jié)如下：嚴(yán)格按照方案進行實施，確保滿足安全要求；根據(jù)工程項目的地質(zhì)情況、工期要求、物資材料資源供應(yīng)、施工人員組織等情況合理科學(xué)的選擇分段分部長度；為加快施工進程，減少斷面暴露時間，在施工過程中合理進行組織規(guī)劃及場地布置，確保工序銜接緊密，提高安全保障。