田海波

(上海市城市建設(shè)設(shè)計研究總院，上海 200125)

0 引言

受交通和管線限制，城市過街通道及地鐵出入口通道等越來越多地采用暗挖法施工。對于淺埋暗挖結(jié)構(gòu)，從施工安全及結(jié)構(gòu)受力的角度考慮，在滿足建筑凈空要求下，宜采用拱頂結(jié)構(gòu);同時，為控制沉降，宜滿足一定覆土要求。但有時受建筑功能限制，會出現(xiàn)超淺覆土情況，此時由于不能起拱而只能采用平頂直墻斷面。當(dāng)通道上方分布管線時，為控制變形，通道與管線宜留有一定距離。當(dāng)管線與結(jié)構(gòu)距離過小時，往往無法起拱而只能采用平頂直墻形式。

對于平頂直墻暗挖斷面，其頂部自承能力顯然不如拱頂結(jié)構(gòu)，其開挖和二次襯砌拆撐風(fēng)險加大，極易出現(xiàn)坍塌，因此，臨時支撐體系應(yīng)能滿足開挖和二次襯砌施工安全要求。根據(jù)不同結(jié)構(gòu)形式和環(huán)境條件，通道開挖和二次襯砌施工有多種施作方法:張哲強［1］、宋福來等［2］對超淺覆土條件下平頂直墻斷面縱向小范圍一次拆撐施工二次襯砌進行了介紹;趙志江［3］、賀善寧等［4］、雷安定等［5］結(jié)合工程實踐研究了針對雙跨結(jié)構(gòu)平頂直墻條件下暗挖及二次襯砌施工方法;李名淦等［6］、姚海波等［7］、李峰等［8］對多層多跨平頂直墻淺埋暗挖法分部開挖及二次襯砌分倉施工進行了研究，工程效果顯著。上述研究均是針對特定條件下，暗挖通道開挖及二次襯砌施工方法進行研究，但在實際工程中，受制于環(huán)境、結(jié)構(gòu)形式、工期等因素，各種方法均有其優(yōu)勢及局限性。

本文結(jié)合國內(nèi)某城市地鐵暗挖工程設(shè)計實踐，進行一種新的二次襯砌施工方案嘗試，對平頂直墻暗挖通道開挖方法、初期支護及二次襯砌施工工序等進行分析，針對工期、造價、施工等因素對各方案進行比較，總結(jié)其優(yōu)勢及適用條件。

1 工程概況

1.1 暗挖通道

通道位于道路下方，上方分布φ2 400上水管等眾多市政管線，采用暗挖法施工。暗挖段長約22 m，結(jié)構(gòu)凈寬12.35 m，結(jié)構(gòu)凈高6.25 m，覆土厚度約5.0 m。由于上方分布大型市政管線，無法起拱，采用平頂直墻斷面形式。通道剖面及與管線位置關(guān)系見圖1。

圖1 通道剖面(單位:mm)Fig.1 Profile of underpass(mm)

1.2 地層參數(shù)

通道主要位于③粉土和③1粉質(zhì)黏土層中。各土層參數(shù)見表1。

表1 土層物理力學(xué)特性指標(biāo)Table 1 Physical properties of soil

1.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計

通道受控制管線限制，采用平頂直墻斷面。利用明挖段作為暗挖豎井，向車站方向暗挖施工。結(jié)構(gòu)計算見圖2。

結(jié)構(gòu)剖面設(shè)計尺寸及設(shè)計參數(shù)見圖3。拱部采用小導(dǎo)管注漿超前支護，初期支護采用格柵網(wǎng)噴混凝土，格柵節(jié)點處設(shè)置鎖腳錨桿。二次襯砌采用現(xiàn)澆模筑混凝土，初期支護與二次襯砌之間敷設(shè)柔性全包防水層。

圖2 計算荷載模式Fig.2 Load calculation model

圖3 結(jié)構(gòu)剖面(單位:mm)Fig.3 Cross-section of underpass(mm)

2 開挖及二次襯砌施工方法

暗挖通道開挖跨度為14.55 m，高度為8.64 m。由于采用平頂直墻斷面，頂板承載能力較拱頂不利，因此采用CD法分導(dǎo)洞開挖施工，開挖完成后，進行二次襯砌結(jié)構(gòu)施工。

2.1 方案1

圖4為縱向分段拆撐二次襯砌施工方法?？v向根據(jù)跨度分段循環(huán)，拆除底板處臨時中隔壁，澆筑底板，底板施工完成后，拆除對應(yīng)剩余臨時支撐，澆筑剩余結(jié)構(gòu)。

圖5和圖6為拆撐模擬計算。結(jié)果顯示:拆撐距離3～6 m時，頂部初期支護能滿足受力要求;拆撐距離9 m時，拱頂彎矩超出支護承載能力;如施工要求需一次拆撐9 m時，為確保拱頂安全，底板施工時可將中隔離復(fù)頂至底板。

圖4 方案1:二次襯砌施工步驟Fig.4 Option I:lining construction steps

圖5 計算斷面Fig.5 Calculation model

2.2 方案2

圖7為不拆除豎隔壁條件下，二次襯砌施工方法和步驟。

先鑿除底板高度范圍型鋼隔壁混凝土，保留型鋼，底板高度中部位置設(shè)置止水法蘭，敷設(shè)防水層，澆筑部分側(cè)墻和底板二次襯砌。

待先澆混凝土達到設(shè)計強度后，拆除中隔板，鑿除型鋼隔壁混凝土，保留型鋼，頂板設(shè)置止水法蘭，敷設(shè)防水層，澆注其余側(cè)墻和頂板二次襯砌。當(dāng)二次襯砌混凝土達到設(shè)計強度時，分段切割拆除豎向型鋼支撐。

研究表明，程序可以有效描述裂隙巖體滲流特征和連續(xù)介質(zhì)滲流規(guī)律，顯示出良好的工程應(yīng)用前景，為裂隙與連續(xù)介質(zhì)的耦合滲流計算提供了新的方法。

2.3 方案3

圖8為縱向分段，橫向分左、右半環(huán)分部澆筑二次襯砌。

根據(jù)監(jiān)測情況，根據(jù)跨度縱向分段拆除臨時中隔板(步長5～7 m)，敷設(shè)防水層，澆筑左半斷面二次襯砌，頂板懸臂部分設(shè)置臨時型鋼支撐。拆除縱向分段臨時中隔壁，澆筑右半側(cè)頂板、底板二次襯砌。

當(dāng)二次襯砌混凝土達到設(shè)計強度時，拆除臨時型鋼支撐。重復(fù)步驟，施工下一縱向分段循環(huán)。

圖7 方案2:二次襯砌施工步驟Fig.7 OptionⅡ:lining construction steps

圖8 方案3:二次襯砌施工步驟Fig.8 OptionⅢ:lining construction steps

2.4 方案比較

1)方案1。當(dāng)采用拱頂結(jié)構(gòu)且步距較小時，可直接拆除中隔壁澆筑底板，然后澆筑剩余二次襯砌。對于平頂直墻結(jié)構(gòu)，承載能力較差，若直接拆撐，則難以確保拱頂安全。拆撐長度較大時，建議豎隔壁復(fù)頂至底板，避免頂部初期支護長時間承受上部荷載，該法工序較為繁瑣，一次循環(huán)長度較短，工期較長，且只適用于小跨度，對于大跨度，安全不能保證。

2)方案2。采用不拆除豎隔壁型鋼，在基本不改變初支受力狀態(tài)條件下直接澆筑混凝土，大大提高了安全性，一次縱向拆撐長度可加長至12～16 m。該法豎隔壁混凝土鑿除后需保持承載能力，因此豎隔壁宜采用型鋼，澆筑混凝土?xí)r將型鋼埋置在結(jié)構(gòu)內(nèi)，為保證防水效果，結(jié)構(gòu)板內(nèi)型鋼位置設(shè)置止水法蘭，防水板與工字鋼密貼，周圍用止水膠密封，型鋼進行防腐處理，見圖9。該法一次循環(huán)長度較長，工期短，缺點是防水工藝復(fù)雜，但安全性得到保證，適用于大跨斷面。

圖9 型鋼節(jié)點防水處理Fig.9 Node waterproofing

3)方案3。采用縱向分段、左右分部澆筑二次襯砌方法。在不拆除中隔壁的條件下，澆筑左部半環(huán)結(jié)構(gòu)，以形成對左部導(dǎo)洞的支承，然后拆除臨時撐澆筑剩余二次襯砌。該法頂板中部增設(shè)一道施工縫，需保證防水質(zhì)量。該法雖施工工序較多，但安全有保證，特別是針對雙跨結(jié)構(gòu)中隔墻時可結(jié)合使用，適用于雙跨等較大跨度斷面。

2.5 節(jié)點設(shè)計

由于采用分導(dǎo)洞開挖，二次襯砌施工時均涉及到臨時中隔板及中隔壁的拆除。格柵總裝圖見圖10，節(jié)點大樣見圖11。

為確保臨時支撐拆除后，初期支護強度連續(xù)，外圈初期支護采用等強連續(xù)節(jié)點，中隔板鋼筋錨入初期支護格柵。

方案1和方案2在澆筑底板時，需鑿除臨時隔壁，若采用鋼筋格柵，則鑿除后失去支承能力。因此，臨時豎隔壁采用型鋼噴混凝土，滿足鑿除混凝土后復(fù)頂要求或保持支承能力。

圖10 格柵總裝圖Fig.10 Grille assembly

圖11 節(jié)點大樣Fig.11 Node details

2.6 工程實施

對于本工程而言，由于開挖跨度達到近15 m，且分6部開挖，經(jīng)綜合比選，采用方案3，即分段澆筑左右半環(huán)結(jié)構(gòu)，然后拆除臨時隔壁澆筑剩余二次襯砌。圖12為開挖完成后的通道斷面，圖13為左右半環(huán)結(jié)構(gòu)完成。

圖12 通道開挖Fig.12 Underpass excavation

圖13 襯砌施工Fig.13 Lining construction

3 結(jié)論與建議

綜上分析可得出以下結(jié)論:

1)平頂直墻對于開挖、初期支護結(jié)構(gòu)及二次襯砌轉(zhuǎn)化階段受力均不利，對于暗挖結(jié)構(gòu)，拱部應(yīng)遵循“能拱則拱”的原則。

2)采用平頂直墻結(jié)構(gòu)形式時，宜采用分導(dǎo)洞開挖。對于小跨度單跨斷面，可采用本文所述方案1，為確保拆撐時初期支護連續(xù)及安全，節(jié)點應(yīng)保證外圈初期支護鋼筋順直等強連接。

3)對于較大跨度平頂直墻斷面，二次襯砌施工時建議采用不拆除型鋼或間隔保留型鋼施工二次襯砌方案。為保證二次襯砌施工拆撐安全，中隔壁鋼架宜采用型鋼。

4)對于雙跨等大跨斷面，可采用本文所述方案3結(jié)合中隔墻采用橫向分部縱向拆撐方案，以確保安全。

5)本文針對不同二次襯砌實施方案做了初步探討，但由于工程條件限制對其拆撐長度未進行深入研究，后續(xù)可結(jié)合實際工程進行理論分析和拆撐試驗段進一步研究。

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