隧道工程蓋挖法施工技術(shù)

田 標(biāo)

（中國鐵建港航局集團(tuán)有限公司 廣東珠海 519000）

1 工程概況

南琴路蓋挖節(jié)點(diǎn)處港珠澳大橋連接線橋左線和右線分幅設(shè)置，橋下凈空約10 m，橋墩距基坑邊緣最小距離3.6 m。本項(xiàng)目穿越既有道路南琴路段采用半幅蓋挖順做法，蓋挖段包含東線隧道EK8-EK9、西線隧道WK9-WK10 以及綜合管廊GL0+457.334-GL0+515.755。蓋挖段東線隧道基坑長65.3 m，最大寬度14.5 m，最大深度13.91 m；西線隧道基坑長64.42 m，最大寬度18.4 m，最大深度14.0 m；綜合管廊基坑長58.42 m，寬度8.0 m，最大深度9.7 m。隧道基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用灌注樁加高壓旋噴樁+1 道混凝土支撐+2 道鋼支撐圍護(hù)，綜合管廊基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用灌注樁加高壓旋噴樁+1道混凝土支撐+1道鋼支撐。為了確保施工期間南琴路交通通行，本段蓋挖需分幅和分階段實(shí)施。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 場地地形地貌

本項(xiàng)目場地原始地貌單元為濱海淺灘地貌，因填海造陸后回填整平；由于現(xiàn)狀排洪渠，地勢變化相對較大，測得場地標(biāo)高介于0.25～5.21 m之間。

2.2 工程地質(zhì)條件

根據(jù)鉆探結(jié)果，場地內(nèi)埋藏的地層主要有素填土層、第四系海陸交互相沉積層、殘積層及燕山期花崗巖地層。

2.3 工程水文條件

本建設(shè)場地臨磨刀門水道，該水道是珠海市境內(nèi)四大出?？陂T之一，工程區(qū)內(nèi)水域主要為一條南北走向的排洪渠。地下水主要為第四系土層孔隙潛水和基巖裂隙水，隧道段承壓水位高程1.18 m，基巖裂隙水主要是花崗巖殘積層及各風(fēng)化帶裂隙水。

2.4 施工條件

本項(xiàng)目四周交通發(fā)達(dá)，場地周邊有高壓電塔、現(xiàn)狀排洪渠、高架橋和南琴路等干擾因素（見圖1）。

圖1 蓋挖總平面Fig.1 General Plan of Cover Excavation

3 施工方法

3.1 施工布置

本工程穿越南琴路采用半幅開挖的蓋挖順做法，施工期間應(yīng)降低對交通的影響，緩解交通壓力，為保障南琴路施工期間通行，隧道、管廊分為兩階段施工［1］。主要施工部署如下：

⑴ 進(jìn)行第一階段交通導(dǎo)改，確保南琴路右幅通行。施工第一階段圍擋、管線遷改、圍護(hù)樁基、地基加固、冠梁、止水帷幕、混凝土支撐、棧橋板等結(jié)構(gòu)施工，待支撐結(jié)構(gòu)達(dá)到設(shè)計規(guī)定值時，進(jìn)行第一階段范圍內(nèi)土方開挖，并施工蓋挖段支撐體系及主體結(jié)構(gòu)（見圖2）。

圖2 蓋挖施工平面布置Fig.2 Layout Plan of Cover Excavation Construction

⑵恢復(fù)第一階段交通，確保南琴路左幅通行。進(jìn)行第二階段交通導(dǎo)改，施工第二階段圍擋、管線遷改、圍護(hù)樁基等。

⑶恢復(fù)南琴路左右幅交通。

⑷施工隧道主體及綜合管廊等。

⑸確保南琴路右幅通行，破除左幅棧橋板，并恢復(fù)左幅路面結(jié)構(gòu)層。

⑹確保南琴路左幅通行，破除右幅棧橋板，并恢復(fù)右幅路面結(jié)構(gòu)層，至此交通全面恢復(fù)。

3.2 施工流程

根據(jù)現(xiàn)場情況和設(shè)計要求，主要施工步驟如下：

⑴施工壓密注漿、鉆孔灌注樁、旋噴樁、立柱樁及格構(gòu)柱。

⑵冠梁、支撐處局部開挖，澆筑冠梁、系梁，臨時棧橋板。

⑶待臨時棧橋板混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%后，施做路面，恢復(fù)交通。繼續(xù)開挖土方至支撐中心線下，施工混凝土支撐及鋼支撐。

⑷分層開挖至坑底，澆筑混凝土墊層。澆筑底板及一定高度的側(cè)墻，待其混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%后，第三道支撐下方設(shè)置換撐并拆除第三道支撐和圍檁。

⑸澆筑側(cè)墻及頂板待其混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%后，拆除第二道支撐。

⑹完成結(jié)構(gòu)頂板及防水施工后短暫中斷交通，拆除格構(gòu)柱及蓋挖臨時棧橋板及換撐，恢復(fù)管線。恢復(fù)地面道路通行。

3.3 施工方法

3.3.1 鉆孔灌注樁施工

本工程隧道基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用φ1 300@1 400 mm鉆孔灌注樁，樁長34 m；管廊圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用φ1 000@1 300 mm 的鉆孔灌注樁，樁長31.5 m；立柱樁采用φ1 200 mm 鉆孔灌注樁，鉆孔灌注樁根據(jù)地質(zhì)和現(xiàn)場實(shí)際施工條件情況采用沖擊鉆長護(hù)筒輔助成孔方式施工。

主要施工工藝為測放樁位?埋設(shè)護(hù)筒?沖孔清孔?下鋼筋籠?下導(dǎo)管?二次清孔?混凝土灌注?成樁。

3.3.2 高壓旋噴樁施工

主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁，灌注樁之間采用φ800@1 400/1 300 mm 旋噴樁止水，旋噴樁與灌注樁咬合，灌注樁混凝土強(qiáng)度達(dá)到75%時進(jìn)行旋噴樁施工，止水體的容重大于19 kN/m3，滲透系數(shù)小于1×10-6cm/s。

雙重管旋噴注漿法就是由高壓泵輸出的水泥漿和壓縮空氣，經(jīng)兩條管路分別輸送到雙重管導(dǎo)流器，再經(jīng)二重管注漿管輸送到二重管的噴射鉆頭，通過水泥漿噴嘴和風(fēng)嘴形成同軸噴射流進(jìn)行注漿［2］。旋噴樁作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的止水措施，旋噴樁應(yīng)與灌注樁緊密結(jié)合在一起。

主要施工工藝為鉆機(jī)就位?校核鉆機(jī)垂直度?鉆孔?插管?試噴?高壓噴射注漿?噴射結(jié)束?成樁。

3.3.3 格構(gòu)柱施工

蓋挖段基坑最大深度約14 m。隧道沿基坑縱向設(shè)置一排鋼立柱，縱向標(biāo)準(zhǔn)間距為6～8 m，基礎(chǔ)采用C35 水下混凝土φ1 000 鉆孔灌注樁。型鋼格構(gòu)柱頂面為第一道鋼筋混凝土支撐底面，格構(gòu)柱底面深入格構(gòu)柱基礎(chǔ)樁5 m，可制作定位架以助于吊裝和格構(gòu)柱位置控制［3］。型鋼格構(gòu)柱為4L200×24 mm 等邊角鋼和680 mm×300 mm×14 mm 綴板焊接而成，格構(gòu)柱斷面尺寸為700 mm×700 mm，焊縫厚度為8 mm。格構(gòu)柱制作完成后，對其剛度進(jìn)行檢查，并在格構(gòu)柱所有部位刷兩層防銹漆［4］。

主要施工工藝為灌注樁成孔?清孔?鋼筋籠安放?樁基附近安裝型鋼固定架?格構(gòu)柱加工?吊放安裝鋼立柱?澆筑混凝土。

3.3.4 冠梁、系梁、棧橋板及鋼筋混凝土支撐施工

基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用灌注樁加旋噴樁支護(hù)，樁頂設(shè)置冠梁加強(qiáng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)整體性。隧道基坑冠梁尺寸為1 400 mm×1 000 mm，混凝土支撐尺寸為1 000 mm×1 200 mm，腰梁尺寸為1 400 mm×1200 mm，腰梁與圍護(hù)樁采用鋼筋錨固連接，基坑開挖后植入；管廊基坑冠梁尺寸為1 000 mm×800 mm，混凝土支撐尺寸800 mm×800 mm；冠梁、系梁均采用C30 混凝土，鋼筋采用HRB400，保護(hù)層厚度30 mm，冠梁分段施工，每段長度30～50 m；棧橋板厚600 mm，配置雙層雙向φ16@150 mm×150 mm鋼筋，鋼筋錨入冠梁及系梁。

主要施工工藝為測量放樣?開挖冠梁、系梁處土體?底部找平及墊層施工?冠梁、混凝土支撐、系梁鋼筋綁扎?安裝模板?澆筑混凝土?冠梁、混凝土支撐、系梁開挖處土體回填?棧橋板模板安裝?棧橋板鋼筋安裝?棧橋板混凝土澆筑?灑水養(yǎng)護(hù)。

3.3.5 圍檁及內(nèi)支撐施工

⑴鋼圍檁加工：圍檁采用雙拼鋼圍檁（HW300×700），圍檁間采用652 mm×140 mm×16 mm 鋼肋板連接，間距500 mm。型鋼處設(shè)置鋼綴板連接。

⑵鋼圍檁安裝：鋼圍檁隨支撐架設(shè)順序逐段吊裝，人工配合小型挖機(jī)將鋼圍檁安放于鋼支架上。鋼圍檁安裝后應(yīng)檢查鋼支架是否因撞擊而松動，并用鋼楔將支架與圍檁間縫隙焊實(shí)，鋼圍檁上部采用φ14的螺紋鋼與圍護(hù)樁主筋焊接，間距同樁間距。

⑶鋼支撐制作：鋼管支撐分節(jié)制作，每節(jié)標(biāo)準(zhǔn)長度應(yīng)為6 m，管節(jié)間采用法蘭盤螺栓連接，鋼管直徑為609 mm，壁厚16 mm，鋼管支撐端部（僅一端）設(shè)預(yù)加軸力裝置。

鋼圍檁安裝前，以C20 細(xì)石早強(qiáng)混凝土填平樁間凹槽，鋼腰梁下部支撐鋼牛腿與圍護(hù)樁采用YG2-M20 型脹管螺栓連接，支撐鋼牛腿每隔一根樁設(shè)置一組，吊裝鋼圍檁，緊靠樁身平面。預(yù)加軸力應(yīng)根據(jù)施工監(jiān)測情況分級施加，避免圍護(hù)樁樁體發(fā)生向基坑外側(cè)過大的變形。鋼支撐須有復(fù)加預(yù)應(yīng)力裝置［5］。

鋼支撐施工工藝為鋼牛腿安裝?安裝鋼圍檁?安裝鋼柱托座?鋼支撐就位?鋼支撐施加預(yù)應(yīng)力緊固鋼楔?拆除千斤頂?持壓30 min。

鋼支撐預(yù)加壓力的施工應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

⑴支撐安裝完畢后，應(yīng)及時檢查各節(jié)點(diǎn)的連接狀況，經(jīng)確認(rèn)符合要求后方可施加預(yù)壓力。

⑵每榀鋼支撐安裝時，將2 臺100 t 液壓千斤頂放入活動端頂壓位置，并注意保持千斤頂行走一致。預(yù)應(yīng)力施加到位后在活動端中鍥緊墊塊，并固定牢固，持續(xù)2～5 min后方可回油松開千斤頂，解開起吊鋼絲繩，完成該根支撐的安裝。預(yù)應(yīng)力施加中，必須嚴(yán)格按照設(shè)計要求分步施加預(yù)應(yīng)力，第一次預(yù)加50%～80%；通過檢查螺栓、螺帽，無異常情況后，施加第二次預(yù)應(yīng)力，達(dá)到設(shè)計要求［6］。

⑶兩端部與擋土結(jié)構(gòu)接觸處應(yīng)緊密結(jié)合，使鋼圍檁與鉆孔樁密切接觸。焊接管端頭與預(yù)埋鋼板焊接處，法蘭端面與軸線垂直偏差控制在1.5 mm 以內(nèi)，每根鋼支撐的安裝軸線偏心不大于20 mm，支撐兩端與預(yù)埋件焊接應(yīng)盡可能滿焊，焊縫高度為10 cm。

⑷預(yù)壓力應(yīng)分級施加，重復(fù)進(jìn)行，加至設(shè)計值時，應(yīng)再次檢查各節(jié)點(diǎn)的情況，必要時對節(jié)點(diǎn)進(jìn)行加固，待額定壓力穩(wěn)定后鎖定［7］。

支撐替換應(yīng)遵循下列原則：

①在地下結(jié)構(gòu)底板完成，混凝土達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度，將支撐替換到側(cè)墻后方可拆除底層鋼圍檁及支撐，進(jìn)行墻身施工。

②鋼圍檁拆除前先用挖機(jī)吊住，千斤頂施加預(yù)應(yīng)力，使鋼管楔塊可以拆除，鋼支撐兩端肋板采用氧焊法割除后將鋼管拆卸成標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，挖機(jī)分段吊至底板，再用卷揚(yáng)機(jī)將鋼管拖移到出土口，分件吊出基坑。

③在基坑開挖及結(jié)構(gòu)施工各個階段，按要求對支撐軸力進(jìn)行監(jiān)測，如圖3所示。

圖3 軸力監(jiān)測示意圖Fig.3 Schematic Diagram of Axial Force Monitoring

3.3.6 基坑開挖施工

蓋挖法出土主要利用橋涵兩側(cè)出土口出土，每個出土口配2 臺小型挖機(jī)、2 臺小型推土機(jī)、2 臺長臂挖機(jī)和4 臺渣土車。第一層～第三層土方開挖主要通過支撐下小型挖機(jī)、推土機(jī)和出土口大型挖機(jī)配合出土的方法進(jìn)行開挖，每層開挖至支撐下方設(shè)計高度（混凝土支撐開挖到支撐下方5 cm，鋼支撐開挖到支撐下方0.5 m），每步開挖長度3～6 m，開挖至左右幅分界處，進(jìn)行混凝土噴射面層及基坑內(nèi)支撐施工［8］，沿基坑外側(cè)布置2 條臨時便道作為土方運(yùn)輸?shù)缆罚缆返膶挾葹? m。

土方開挖施工工藝為圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工?蓋板施工?恢復(fù)路面?第一層土方開挖?第二層支撐施工?第二層土方開挖?第二層土方開挖?第三層支撐施工?第三層土方開挖（開挖至坑底30 cm后人工挖除）。

蓋挖節(jié)點(diǎn)土方開挖應(yīng)遵循分層開挖的原則，根據(jù)豎向支撐的道數(shù)分層開挖。每層挖深至同層混凝土支撐中心下約5 cm，然后施做混凝土支撐墊層進(jìn)行找平［9］，第三層開挖至鋼支撐下0.5 m 安裝鋼支撐。挖至設(shè)計標(biāo)高后進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)施工（見圖4）。

圖4 蓋挖施工流程示意圖Fig.4 Schematic Diagram of Cover Excavation Construction Process

4 主要技術(shù)難題及解決措施

⑴難點(diǎn)1：本段地質(zhì)條件復(fù)雜，淤泥層較厚，作業(yè)面距離高架橋凈空10 m。如何保證灌注樁（支護(hù)樁）施工時不發(fā)生串孔、塌孔現(xiàn)象，及鋼筋籠吊裝安放時不對橋梁造成影響，是灌注樁施工必須攻克的難點(diǎn)。

應(yīng)對措施1：為了防止灌注樁沖進(jìn)時發(fā)生塌孔、串孔現(xiàn)象，在進(jìn)行鋼護(hù)筒埋設(shè)時，增加鋼護(hù)筒長度，使鋼護(hù)筒穿透流動淤泥層。并對灌注樁進(jìn)行編號，采取“跳四打一”的施工方法，有效防止灌注樁塌孔、串孔；由于施工空間有限，鋼筋籠加工長度需進(jìn)行調(diào)整，每節(jié)鋼筋籠加工長度不超過6 m，有效解決了作業(yè)空間帶來的弊端。

⑵難點(diǎn)2：蓋挖過程中，作業(yè)空間有限，如何進(jìn)行土方開挖和出土，并進(jìn)行逐層支護(hù)，是蓋挖施工的是否能順利進(jìn)行的關(guān)鍵。

應(yīng)對措施2：在蓋挖節(jié)點(diǎn)兩端預(yù)留一個出土口，然后用小型挖掘機(jī)進(jìn)入開挖，配置推土機(jī)將土方推至出土口，利用長臂挖機(jī)裝車轉(zhuǎn)運(yùn)［10］。在第一道混凝土支撐施工完成并達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后，進(jìn)行第一層土方開挖，開挖深度為第二道鋼支撐底面以下0.5 m，施工第二道鋼支撐。第二道鋼支撐驗(yàn)收合格，繼續(xù)開挖第二層基坑土方至第三道鋼支撐底0.5 m，進(jìn)行第三道鋼支撐施工，滿足設(shè)計要求后開挖第三層基坑土方至基坑底標(biāo)高30 cm，人工開挖至基坑底，進(jìn)行墊層施工。

5 實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)

5.1 防水處理

基坑防水應(yīng)采取防、截、排綜合措施。在支護(hù)灌注樁施工完成后，進(jìn)行高壓旋噴樁施工時，應(yīng)嚴(yán)格控制高壓旋噴樁樁位，確保與鄰近兩條灌注樁嚴(yán)密接觸，定時校核樁機(jī)垂直度，防止斜樁，從而做到有效防水；基坑周圍設(shè)置40×40 cm 截水溝，且基坑側(cè)高于地面20 cm用于攔截地面積水；基坑內(nèi)部，設(shè)置臨時集水井，并配備足夠抽水設(shè)備用于排除施工廢水和部分地下水，確?；颖３指稍锃h(huán)境［11］。

5.2 安全監(jiān)控

為確?；蛹爸苓吔ㄖ锇踩?，需要進(jìn)行監(jiān)測的內(nèi)容主要有：圍護(hù)結(jié)構(gòu)頂部水平與豎向位移、周邊地面沉降、深層水平位移、地表裂縫、支撐軸力、周邊橋梁樁基及承臺位移、地下水位（見表1）。

表1 基坑監(jiān)測項(xiàng)目與要求Tab.1 Monitoring Items and Requirements of Foundation Pit

各項(xiàng)監(jiān)控采取“第三方監(jiān)測+項(xiàng)目部監(jiān)測”雙重監(jiān)測方案，并且通過智慧工地管理，將監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)時顯示在后方平臺，到達(dá)預(yù)警值時立即提示，從而實(shí)現(xiàn)基坑施工的全方位動態(tài)監(jiān)控。

6 結(jié)語

本工程通過嚴(yán)密的施工部署，解決市政隧道工程施工中常見的交通導(dǎo)改、建筑物保護(hù)和有限作業(yè)空間等問題。通過對蓋挖法施工的深入研究，探索了適用于蓋挖法的分層支護(hù)、分層開挖的方法，顯著提高了開挖效率和安全保障，取得良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。