大斷面隧道二次襯砌滿堂支撐體系施工技術(shù)分析

摘要：為解決滿堂支架支撐體系耗材多、工序多、安全質(zhì)量風(fēng)險大等問題，文章以某軌道交通大斷面隧道二次襯砌施工為例，通過總結(jié)其工藝優(yōu)化、技術(shù)措施及加強監(jiān)測等方面的施工經(jīng)驗，做好模板及支撐體系設(shè)計，嚴(yán)控防水工程、鋼筋安裝、模板支撐體系及混凝土澆筑等施工技術(shù)工藝，加強施工監(jiān)測，可為二次襯砌滿堂支撐體系施工提供良好的技術(shù)保障。

關(guān)鍵詞：大斷面隧道；二次襯砌；滿堂支撐；高大模板

中文分類號：U455.91A451483

0引言

隧道二次襯砌是隧道結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位，襯砌臺車在隧道二次襯砌中運用十分廣泛，常用于隧道內(nèi)壁的混凝土襯砌施工。實際施工中，模板襯砌臺車施工工藝也比較成熟。對于一些復(fù)雜多斷面的短距離隧道、超大斷面隧道襯砌施工，滿堂支撐體系也常穿插于隧道襯砌施工中。大斷面滿堂支撐體系隧道襯砌施工也存在一些技術(shù)難度，需從技術(shù)層面予以保障。

1工程概況

某軌道交通區(qū)間左線設(shè)計起始里程為ZDK26+525.945～ZDK28+048.947，長度為1 523.002 m。區(qū)間隧道采用不同的結(jié)構(gòu)形式，包括單洞單線隧道、單洞雙線隧道、單洞雙線連拱隧道以及單洞四線隧道四種隧道形式。隧道均采用暗挖法施工，采用復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)。單洞四線斷面位于區(qū)間小里程端頭（總長122.052 m），與車站大里程連接。復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)凈空為12.95 m高（回填層施作后）×24.51 m寬，襯砌厚度為900 mm，初支預(yù)留變形量為150 mm，隧道縱坡為2‰。隧道設(shè)一中層板，下層通車，上層通風(fēng)。上下層均設(shè)置有混凝土隔墻，厚度為300 mm。模板支撐體系采用盤扣式滿堂支撐架+木模板。

2總體施工方案及施工控制要點

隧道采用襯砌臺車施工具有施工速度快、耗材少、安全質(zhì)量易保證等優(yōu)點。但對于一些長度過短的局部挑高段、過渡段和大斷面隧道，采用襯砌臺車往往又存在成本高、不經(jīng)濟，組裝及驗收臺車會造成工期浪費等缺點。對于長度過短的局部挑高段、過渡段和大斷面隧道，采用滿堂支架支撐體系進行二次襯砌施工，具有經(jīng)濟性好，且在一定程度上可縮短工期等特點，但也有施工安全風(fēng)險高［1］、多工序、周轉(zhuǎn)材料耗量大的缺點。綜上所述，結(jié)合大斷面、距離短的特點，本項目區(qū)間單洞四線斷面隧道二次襯砌采取滿堂支架支撐體系進行施工。即在仰拱及仰拱填充施工后依次進行邊墻、隔墻、中板及拱部襯砌施工。邊墻采用三角背撐模板支架系統(tǒng)，單側(cè)長度為18 m；拱部采用盤扣式滿堂支撐架+3012定型鋼模板形式，單次澆筑長度≤12 m。主要的施工順序如下：（1）仰拱填充施工；（2）防水層施工；（3）鋼筋施工；（4）邊墻襯砌施工；（5）中板滿堂支架搭設(shè)；（6）隔墻及中板施工；（7）拱部滿堂支架搭設(shè)；（8）拱部二次襯砌施工；（9）依次拆除拱部及中板滿堂支架。

該段區(qū)間隧道二次襯砌施工控制的關(guān)鍵點有：（1）拱部及邊墻厚度達900 mm，且為單側(cè)支模，模板及支撐體系承受的荷載作用大，滿堂支架支撐體系設(shè)計及模板的加固是關(guān)鍵點；（2）二次襯砌分多次澆筑，設(shè)置的施工縫多，防水質(zhì)量控制是關(guān)鍵點；（3）隧道跨度大、斷面大、荷載大，防水、鋼筋、支撐體系的施工安全控制是關(guān)鍵點。

3滿堂支撐體系設(shè)計

支架及模板的設(shè)計參數(shù)要有一定的安全保障系數(shù)，可選用多種工程類安全計算軟件驗算模板支架的剛度、強度及豎向承載能力［2］。模板支撐體系需根據(jù)項目特征情況編制安全專項方案，對于超規(guī)模的危大工程還需組織專家進行論證。

3.1下部邊墻

單洞四線中板以下邊墻采用三角背撐支撐體系，配合仰拱矮邊墻預(yù)埋的25 mm地腳螺栓（間距為400 mm，埋入長度≥500 mm），抵消側(cè)墻澆筑帶來的側(cè)壓力。三角背撐分為支架體系和模板體系兩部分，支架采用工16#工字鋼、16#槽鋼（背對背）和10#槽鋼組合而成；模板縱向1.5 m為一塊，采用大塊鋼模板，上下兩組，面板厚度為6 mm，加強槽鋼為10#槽鋼。兩榀支架和一塊大模板（1.5 m寬）組成一組，若干組支架縱向采用架子管連接成整個支撐體系。

3.2上部拱墻

單洞四線中板以上拱墻采用盤扣式滿堂支撐架支撐體系整體澆筑，立桿：縱×橫＝600 mm×900 mm，橫桿步距為1 500 mm，鋼模板面板厚度為5 mm、次楞采用140 mm工字鋼@600，主楞采用100 mm×100 mm方木@900。拱腰起拱范圍內(nèi)均增設(shè)斜撐進行支撐。

3.3中板

中板采用承插型盤扣式滿堂支撐架，立桿：縱×橫＝600 mm×900 mm，橫桿步距為1 500 mm，模板采用12 mm厚膠合板，次楞為100 mm×100 mm@250，主楞（水平）為48 mm×3 mm雙鋼管@900。梁板立桿不共用，梁底增設(shè)1道立桿。中板與隔墻共用一套支架。

3.4挑高段端墻

挑高段端墻厚600 mm，采用鋼管支撐體系進行施工。模板為12 mm厚膠合板，次楞為100 mm×100 mm@200，主楞（水平）為48 mm×3 mm雙鋼管@500，斜撐為48 mm×3 mm鋼管，與承插型盤扣式滿堂支撐架連接。

4主要施工技術(shù)

4.1防水及鋼筋施工技術(shù)

4.1.1作業(yè)臺架

防水及鋼筋施工均屬于高空作業(yè)，需設(shè)置作業(yè)平臺。本項目拱部和邊墻鋼筋及防水施工分別采用1臺作業(yè)臺架，委托有資質(zhì)的單位進行臺架設(shè)計。拱部臺架外形尺寸為：長9 000 mm×寬18 500 mm×高11 237 mm；臺架軌距為12 600 mm，枕木采用20 mm厚鋼板，鋼軌為50 kg/m。邊墻作業(yè)臺架采用型鋼制作成型，臨邊處設(shè)防護欄桿。

臺架安裝既要考慮施工方便，又要考慮不影響其他施工。綜合現(xiàn)場情況，選擇在大里程第二版已施工完畢的仰拱上進行，臺架的組裝由制作廠家技術(shù)人員負(fù)責(zé)現(xiàn)場指導(dǎo)，專業(yè)人員進行安裝，根據(jù)臺架構(gòu)件的重量選擇25 t和50 t汽車吊進行安裝。安裝時，要特別注意汽車吊的起重高度、旋轉(zhuǎn)半徑，避免碰撞隧道支護結(jié)構(gòu)造成事故。臺架安裝完成后經(jīng)各方驗收合格后再使用。

4.1.2鋼筋及防水施工技術(shù)

防水在臺架上進行安裝，安裝前先將基面進行清理，清除鋼筋頭、剔除鼓包或修補坑洼處，富水隧道要以引排為主。卷材鋪裝時要特別注意卷材的搭接方向、搭接寬度及預(yù)留的搭接長度等。施工縫、變形縫處嚴(yán)格按照設(shè)計及規(guī)范要求設(shè)置止水帶，環(huán)向與水平施工縫處搭接接頭要采用工廠十字接頭進行焊接連接。穿墻管件、拉桿鋼筋處防水要加強處理，宜增加遇水膨脹止水膠，確保防水施工質(zhì)量。

鋼筋在下料時，根據(jù)隧道斷面環(huán)向主筋長度分為多節(jié)下料，以6 m、9 m長為主，局部進行調(diào)整。為便于鋼筋安裝質(zhì)量控制，每根環(huán)向主筋，采取1處單面搭接焊，其余均用直螺紋接頭進行連接。鋼筋安裝時，宜超前襯砌一至二個循環(huán)段，不宜過長；大斷面隧道鋼筋安裝要有可靠支撐，安裝成型后要采取增設(shè)臨時錨固或支撐等措施對鋼筋進行加固，避免因鋼筋蠕變或支撐不牢造成坍塌事故。

4.2模板及支架施工技術(shù)

4.2.1邊墻模板支架安裝

邊墻模板采用三角背撐系統(tǒng)，三角背撐凈高度為6.475 m，分為支架體系和模板體系兩部分。支架采用工16#工字鋼、16#槽鋼（背對背）和10#槽鋼組合而成；模板縱向1.5 m為一塊，采用大塊鋼模板，上下兩組，面板厚度為6 mm，加強槽鋼為10#槽鋼。兩榀支架和一塊大模板（1.5 m寬）組成一組，若干組支架縱向采用架子管連接成整個支撐體系。單組支架重量約為3.5 t，采用25 t汽車吊配合人工安裝及就位。

邊墻模板除要求定位準(zhǔn)確外，還需要解決模板上浮和側(cè)向移位的問題。澆筑仰拱時，在仰拱矮邊墻位置與地面呈45°傾斜角度預(yù)埋25 mm地腳螺栓，后期與三角背撐下口設(shè)置的絲桿通過套筒連接進行加固。預(yù)埋地腳螺桿和外連桿均用25 mm的HRB400鋼筋，地腳螺栓埋入深度≥500 mm，預(yù)埋間距為400 mm（每1.5 m預(yù)埋4根），地腳螺栓起到控制三角背撐架體上浮和側(cè)向移動的作用。為確保模板不發(fā)生側(cè)向移位，在支架一端設(shè)混凝土配重塊。如圖1所示。

4.2.2滿堂支架安裝技術(shù)

區(qū)間單洞四線隧道滿堂支架分2次進行搭設(shè)。第一次在邊墻施工后搭設(shè)中板以下滿堂支架；第二次在中板施工后搭設(shè)中板以上滿堂支架。支架采用經(jīng)驗收合格的盤扣鋼管進行搭設(shè)，要設(shè)底座和頂托，并根據(jù)梁體部位，縱、橫向搭設(shè)長度，布設(shè)立桿數(shù)量，根據(jù)搭設(shè)高度選擇立桿型號，頂托絲桿外露長度要滿足規(guī)范要求。支架依次逐層按照立桿、橫桿、斜桿的順序進行搭設(shè)。第二次中板以上進行支架搭設(shè)時，下部支架暫不拆除，且立桿位置要與中板以下支架立桿位置軸線重合，避免立桿錯位造成結(jié)構(gòu)板的剪切破壞。搭設(shè)完畢后，組織各方驗收，確保支撐體系施工質(zhì)量［3］。

4.2.3拱部模板施工技術(shù)

拱部呈弧形狀，且荷載大，模板安裝的準(zhǔn)確性和牢固程度需要重點控制。在支架頂托上采用100 mm×100 mm方木作為主楞，沿隧道線路進行方向布置；次楞采用140 mm×80 mm×5.5 mm工字鋼，預(yù)彎成隧道弧形狀；次楞背后采用5.5 cm厚組合鋼模板，模板與次楞之間采用鐵絲捆扎。邊墻到拱頂?shù)钠鸸胺秶鷥?nèi)增設(shè)扣件式鋼管斜撐進行加固處理，縱向每600 mm設(shè)置1道斜撐支撐，支撐鋼管與盤扣架架體連接≥2跨，見下頁圖2。

4.2.4端墻模板施工技術(shù)

封端墻均為單側(cè)支模，且支模高度較高，極易發(fā)生脹模、爆模等事故。結(jié)合項目特點，將該區(qū)間隧道端墻分2次進行澆筑：第一次為單洞四線中板以下邊墻+單洞四線中板以下封端墻整體澆筑；第二次為單洞四線中板以上拱墻+單洞四線中板以上封端墻整體澆筑。滿堂支架按中板及拱部支撐體系進行搭設(shè)。下部端墻采用木模板+斜撐進行支撐（支撐于成型仰拱回填層上），在每根斜撐鋼管1/3處設(shè)置橫向拉桿，將支撐的斜桿連接為一個整體，以提高整個單面支撐體系剛度。上部端墻模板主要在滿堂支架上設(shè)置水平桿加頂托的方式進行支頂加固。見圖3。

4.3混凝土施工技術(shù)

隧道襯砌混凝土防水等級要根據(jù)埋深及地下水情況綜合確定。要從混凝土原材料、拌制、混凝土澆筑及養(yǎng)護等方面著手控制。可選擇項目附近的商混站進行集中拌制，運至現(xiàn)場后檢測坍落度及制作試件?；炷烈辛己玫暮鸵仔裕涮涠鹊拇笮≈苯佑绊懟炷恋臐仓|(zhì)量。坍落度過大，混凝土易發(fā)生離析、泌水現(xiàn)象；坍落度過小，會造成澆筑困難，易發(fā)生露筋、振搗不密實，出現(xiàn)孔洞等質(zhì)量缺陷，影響外觀質(zhì)量及防水效果。到達現(xiàn)場的混凝土，坍落度要控制在施工配合比設(shè)計的坍落度范圍內(nèi)。

模板要開設(shè)工作窗［4］，采用泵車由預(yù)先留設(shè)的工作窗口泵送入模，插入式振搗為主，對于拱腰部位增設(shè)附著式振搗器進行振搗?；炷烈扇》謱訚仓⒎謱诱駬v。在澆筑上部拱墻混凝土?xí)r，要特別注意兩側(cè)邊墻混凝土液面高差，以始終保持兩側(cè)混凝土接近水平為宜，避免因兩側(cè)混凝土澆筑不均勻產(chǎn)生側(cè)壓力，使模板偏向一側(cè)。

4.4監(jiān)控量測

監(jiān)測工作也是高支模工程施工的重要一環(huán)，既可以為施工提供數(shù)據(jù)支撐，便于調(diào)整參數(shù)，也可以更好地保證施工安全。監(jiān)測對象主要針對滿堂支架及模板體系，每個斷面在支架頂層、底層的角部和四邊的中間布設(shè)沉降及水平位移監(jiān)測點，縱向宜為每5～10 m布設(shè)一個斷面。沉降監(jiān)測點布設(shè)于模板底部，主要是觀測混凝土澆筑過程中支架的沉降及變形量。水平位移點采用小反射棱鏡或反射片作標(biāo)志，布設(shè)于支架底層及拱部起彎部位立桿上，主要監(jiān)測混凝土在澆筑過程中支架的橫向位移量。在混凝土澆筑過程中，施工監(jiān)測要安排專人進行，監(jiān)測頻率宜控制在30 min內(nèi)一次［5］。建立三級預(yù)警機制，當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時，要及時停止施工，撤離施工人員，在確定安全的情況下加固支架及模板。監(jiān)測完畢后，要及時整理數(shù)據(jù)并進行分析，便于及時調(diào)整施工工藝、參數(shù)。

4.5滿堂支架拆除

滿堂支架拆除也需要注意拆除順序，按照先拆中板以上支架，再拆中板以下支架的順序進行施工。拆除前，先用同樣條件下的混凝土試件檢測混凝土強度，達到設(shè)計強度后方可拆除滿堂支架。采取分段、分立面、從外向里由上而下逐層拆除。不得采取強拽、硬拉等方式拆除支架和模板，避免發(fā)生安全事故。

5結(jié)語

本文以某軌道交通工程隧道二次襯砌施工為例，通過做好模板及支撐體系設(shè)計，嚴(yán)控防水工程、鋼筋安裝、模板支撐體系及混凝土澆筑等施工技術(shù)工藝，加強施工監(jiān)測等方面的技術(shù)手段為二次襯砌滿堂支撐體系施工提供了良好的技術(shù)保障，確保本項目的安全質(zhì)量。通過項目實測，采用滿堂支撐體系施工較采用專用襯砌臺車施工成本節(jié)省約20%，有顯著的經(jīng)濟效益。可為類似工程在模板支撐體系施工技術(shù)與質(zhì)量控制方面提供幫助。

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作者簡介：陳代久（1988—），工程師，主要從事土木工程、市政工程施工技術(shù)管理工作。