王道遠(yuǎn),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(yùn)專線石家莊隧道工程為6線(局部7線)并行隧道,是國(guó)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(diǎn)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(shí)需拆除一節(jié)鐵路框構(gòu)的部分角隅。在拆除之前先對(duì)“頂板、邊墻與中墻進(jìn)行加腋臨時(shí)處理”并對(duì)加腋部分混凝土進(jìn)行噴涂。待京石客運(yùn)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(chǎng)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(chǎng)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(bǔ)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(duì)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(biāo)準(zhǔn)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(guò)中山東路隧道為蓋挖法施工,采用“圍護(hù)樁(隧道兩側(cè))+預(yù)應(yīng)力錨索+臨時(shí)支柱+隧道結(jié)構(gòu)頂板”的圍護(hù)體系(圖3),開挖時(shí)遵循“縱向分段、豎向分層、橫向分塊、隨挖隨護(hù)”的原則,保證開挖過(guò)程隧道主體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

圖3 蓋挖圍護(hù)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(duì)應(yīng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)、臨時(shí)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(duì)另一側(cè)進(jìn)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(qiáng)度達(dá)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(gè)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(zhǎng)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(gè)月，恢復(fù)道路交通。第一期先封閉中山東路北半幅進(jìn)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(jī)動(dòng)車與機(jī)動(dòng)車車道。對(duì)既有道路彎段取直,保留3條機(jī)動(dòng)車道+1條非機(jī)動(dòng)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(jìn)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(jī)動(dòng)車道,保留3條機(jī)動(dòng)車道+1條非機(jī)動(dòng)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(hù)樁和蓋板支撐立柱采用鉆孔灌注樁：(1)圍護(hù)樁采用鉆孔灌注樁+預(yù)應(yīng)力錨索圍護(hù)形式,鉆孔灌注樁樁徑1 200 mm,間距1 800 mm；(2)過(guò)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(jī)成孔,泥漿護(hù)壁,25 t汽車吊吊裝鋼筋籠及導(dǎo)管進(jìn)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(diǎn),因此除采用分批間隔施工外,泥漿的各項(xiàng)參數(shù)應(yīng)在參考以往類似地層施工經(jīng)驗(yàn)的前提下結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)行確定,確保鉆孔樁不塌孔,泥漿技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1 泥漿技術(shù)指標(biāo)

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(jìn)度直接影響到蓋板施工進(jìn)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(jī)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(jī)在卵石層鉆進(jìn)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(jī)；(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(guò)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(chǔ)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(qiáng)度(蓋板強(qiáng)度)達(dá)到70%之后,遵循“縱向分段、豎向分層、橫向分塊、隨挖隨護(hù)”的原則,采用挖掘機(jī)進(jìn)行蓋板下土方開挖。開挖時(shí)先挖兩側(cè)土體,后開挖中間土體,每次開挖長(zhǎng)度不超過(guò)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(shí)施作錨索對(duì)土體進(jìn)行支護(hù)。

3.4 樁間支護(hù)

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

開挖后立即進(jìn)行樁體是否侵入結(jié)構(gòu)凈空檢查,如果侵入則必須對(duì)樁體進(jìn)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(duì)樁體鑿毛。待圍護(hù)樁及冠梁施工完畢之后,采用挖掘機(jī)開挖基坑內(nèi)土方,樁間網(wǎng)噴混凝土支護(hù),采用自上而下進(jìn)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(guò)小的部位可加設(shè)墊塊。噴射混凝土應(yīng)分段分片依次進(jìn)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(shí),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(rùn)光澤,無(wú)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(zhǎng)23 m，第2、3、4道為4φ15.2@1 500 mm,長(zhǎng)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(jìn)度要求,成孔設(shè)備選擇HY-150型全跟管鉆機(jī),HY-150型鉆機(jī)為自行式內(nèi)燃鉆機(jī),場(chǎng)地適應(yīng)能力強(qiáng),可實(shí)現(xiàn)雙管雙動(dòng)內(nèi)循環(huán)工藝,可避免循環(huán)液對(duì)孔壁的沖刷,減少對(duì)周圍地層的擾動(dòng),有效降低地表沉降。錨索現(xiàn)場(chǎng)施工如圖7所示。

圖7 鉆孔樁+腰梁+錨索現(xiàn)場(chǎng)施工

(1)施工準(zhǔn)備：錨索施工緊接基坑土方開挖進(jìn)行,基坑土方開挖采取分層開挖,當(dāng)每層土方開挖至錨索孔位下0.5 m高程時(shí),平整開挖面后進(jìn)行錨索施工,施工時(shí)東西兩側(cè)各設(shè)置1臺(tái)鉆機(jī)同時(shí)施鉆。

(2)錨位開孔：測(cè)量放點(diǎn)定出錨索孔位后,于孔位上支設(shè)開孔機(jī),調(diào)整好角度,開孔直徑為150 mm。錨位開孔應(yīng)提前進(jìn)行,以確保錨索施工進(jìn)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(dòng)鉆機(jī)就位進(jìn)行鉆孔作業(yè)。成孔采用套管鉆機(jī),鉆孔進(jìn)尺每5 m進(jìn)行1次孔向測(cè)量?？咨畛^(guò)錨索設(shè)計(jì)長(zhǎng)度0.5～1.0 m,終孔后清孔要徹底,應(yīng)對(duì)孔口進(jìn)行暫時(shí)封堵,不得使碎屑、雜物進(jìn)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(jìn)行組編。用切割機(jī)切斷鋼絞線,切口整齊無(wú)散頭。加工長(zhǎng)度嚴(yán)格按照錨索參數(shù)確定,同時(shí)考慮鋼腰梁厚度、錨具厚度、張拉千斤頂長(zhǎng)度、工作錨的長(zhǎng)度。第1層加工時(shí)預(yù)留了1.0 m長(zhǎng),第2、3、4層考慮1.5 m長(zhǎng)。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(zhǎng)度誤差應(yīng)在0～10 cm以內(nèi)；洗油時(shí)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(chǎng)。

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(dòng),塑料灌漿管在導(dǎo)向帽內(nèi),距離端帽15 cm的間隙。

錨索對(duì)中支架及隔離支架與錨索體和波紋管之間綁扎牢固,對(duì)中支架及隔離支架安裝在波紋管內(nèi)外側(cè)對(duì)應(yīng)位置,錨索內(nèi)錨段對(duì)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(duì)中隔離架間距1.5 m。

錨索進(jìn)、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(wú)明顯扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象,各種管道通暢,管口做好臨時(shí)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(duì)已鉆好的孔進(jìn)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(duì)錨索編號(hào)與孔號(hào)是否一致。確認(rèn)孔深和錨索長(zhǎng)度無(wú)誤后,人工勻速將錨索送入孔,不得過(guò)多地來(lái)回抽動(dòng)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(duì)進(jìn)、回漿管進(jìn)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(jí)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(jìn)漿管進(jìn)漿,隨著注漿量的增加,注漿管拔出速度按計(jì)算和漿量跟蹤雙重標(biāo)準(zhǔn)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(jī)攪勻,使其達(dá)到規(guī)定指標(biāo),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(dòng)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(jìn)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(duì)每根樁的偏差進(jìn)行測(cè)量,在腰梁安裝時(shí),應(yīng)使腰梁受力符合設(shè)計(jì)要求。腰梁的安裝需待注漿強(qiáng)度達(dá)到80%以上才能進(jìn)行,腰梁分節(jié)進(jìn)行吊裝。采用25 t汽車吊及在噴錨過(guò)程中每3～5 m預(yù)埋φ22 mm螺紋鋼,吊裝時(shí)將手拉葫蘆固定在預(yù)埋鋼筋上,聯(lián)合將腰梁吊起,準(zhǔn)備定位后腰梁背后懸空的地方利用鋼塊進(jìn)行墊實(shí),然后安裝楔形墊塊和錨具,方可進(jìn)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(duì)稱分級(jí)循環(huán)張拉方式。每級(jí)張拉持荷2～5 min。張拉過(guò)程準(zhǔn)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(rèn)是否需要補(bǔ)充張拉。

(9)封錨防護(hù)：切除多余長(zhǎng)度的鋼絞線,涂刷環(huán)氧基后安裝可拆卸式防護(hù)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(hù)樁及臨時(shí)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(shí)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(shí)壓光至設(shè)計(jì)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(shí)支柱時(shí)需跳柱破除,施工完一段中隔墻后再破除另一段臨時(shí)支柱。

4 結(jié)語(yǔ)

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(hù)樁+預(yù)應(yīng)力錨索+臨時(shí)支柱+隧道結(jié)構(gòu)頂板的支護(hù)體系以及縱向分段、豎向分層、橫向分塊、隨挖隨護(hù)的開挖方式為類似工程提供一定借鑒。

[1]TB10003—2001,鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范[S]．

[2]TB100204—2002,鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范[S]．

[3]張 峰,李克坤，等.瀏陽(yáng)河隧道進(jìn)口穿越人工填土層蓋挖法施工技術(shù)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2009(4)：88-90．

[4]楊開忠,蔡永立，等.北京地鐵10號(hào)線亮馬橋站蓋挖法支柱及其基礎(chǔ)樁施工技術(shù)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2008(12)：197-200．

[5]郭紅軍.淺埋軟巖鐵路隧道洞口施工[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2008(5)：81-82．

[6]賀廷西,蘇萬(wàn)軍.石太鐵路客運(yùn)專線大斷面黃土隧道施工技術(shù)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2007(4)：21-24．

[7]柳建斌.淺談鐵路客運(yùn)專線隧道質(zhì)量控制[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2007(4)：31-32．

[8]王夢(mèng)恕.隧道工程淺埋暗挖法施工要點(diǎn)[J].隧道建設(shè),2007,27(1)：1-2．

[9]周樂敏,章曉鵬,戴 森.避擾民、不占路—蓋挖法技術(shù)在鬧市中心地鐵車站工程的設(shè)計(jì)與運(yùn)用[J].建筑施工,2008,30(5)：337-341．

[10]徐 兵.隧道淺埋段蓋挖法的應(yīng)用與施工技術(shù)[J].交通科技,2009(11)：44-46.

[11]高越美.鉆孔壓灌超液態(tài)混凝土樁在深基坑支護(hù)中的應(yīng)用[J].山東建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào),2002,17(3)：93-98．

[12]馮衛(wèi)星.鐵路隧道設(shè)計(jì)[M].成都：西南交通大學(xué)出版社,1998：165-170．