余文魁

（武漢廣益交通科技股份有限公司,湖北 武漢 430074）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，對城市交通服務功能也提出了更高的要求，軌道交通憑借其速度優(yōu)勢成為了實現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展的重要交通工具。由于工程建設的規(guī)模和面積逐漸擴大，而隧道施工的可利用面積逐漸縮減，迫使隧道建設只能夠?qū)⒔ㄔO方向轉(zhuǎn)向在軟土區(qū)域上完成難度更大的建設施工任務[1]。在軟土上完成隧道建設施工采用一般的施工方案會對周邊環(huán)境產(chǎn)生較大的影響，因此，在大量理論研究和實踐的基礎(chǔ)上，提出了一種盾構(gòu)式的施工方法，并在實際應用中驗證了這一方法對周圍環(huán)境的影響更小。當前盾構(gòu)施工方法已經(jīng)成為主要的施工方法之一[2]。而無論是哪種形式的盾構(gòu)，在對隧道建設項目施工時，都會造成土體出現(xiàn)不同程度的位移，若周圍存在其他鄰近建筑物時，還會造成其他建筑出現(xiàn)地表變形、開裂等問題，造成無法挽回的巨大損失[3]。基于此，為了降低甚至避免隧道盾構(gòu)施工中土體的位移和形變，引入錨噴豎井支護方法開展對其施工技術(shù)的相關(guān)研究。

1 基于錨噴豎井支護的鄰近盾構(gòu)隧道施工技術(shù)

1.1 基于錨噴豎井支護的豎井鎖口圈梁施工

為實現(xiàn)對鄰近盾構(gòu)隧道的規(guī)范化施工，該文引進錨噴豎井支護技術(shù)，對豎井鎖口圈梁施工展開研究。在施工時，首先使用四根鉆機樁體結(jié)構(gòu)與機械攪拌樁，進行豎井結(jié)構(gòu)的開挖處理，開挖過程中，對豎井底部進行雜物清除處理，并將控制清理的厚度保持在15~25 cm間，使豎井底部雜物被完全清除[4]。使用鉆進設備，對鉆孔樁的樁頭混凝土進行鑿除處理后，在混凝土結(jié)構(gòu)的頂面進行鋼筋調(diào)直處理，使處理后的混凝土頂高度小于預設標高，再根據(jù)設計的鋼筋綁扎方式，對圈梁鋼筋進行綁扎，在進行此步驟施工時，可輔助焊接技術(shù)對圈梁鋼筋進行焊接處理。

完成綁扎后，對豎井設立支模，在進行井底支模時應注意對假設的鋼模板結(jié)構(gòu)與鋼筋結(jié)構(gòu)進行牢固性、穩(wěn)定性和可靠性檢查，使主體支撐結(jié)構(gòu)可以達到預期要求后，再按照施工設計圖紙要求，設計錨噴豎井支護中的預埋件[5]。當所有設計的構(gòu)件經(jīng)過檢查合格后，采用一次性澆筑的方式進行混凝土澆筑處理，保證澆筑后井內(nèi)達到設計標高。為保證支護結(jié)構(gòu)在豎井內(nèi)的穩(wěn)定性，采用預埋提升井架的方式，對施工中的預埋件進行提升處理。根據(jù)工程實際需求，計算提升速率，其表達式為：

式中，A——豎井支護施工中的提升速率；λ——提升過程中的阻力系數(shù)；β——井深；γ——綁扎鋼筋結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性；i——綁扎結(jié)構(gòu)。

通過計算的提升速率，進行錨噴施工作業(yè)，根據(jù)施工井的實際深度和井內(nèi)不同層結(jié)構(gòu)，采用噴射混凝土的方式進行施工，將噴射混凝土的厚度設定在450~550 mm范圍內(nèi)。針對φ40類型的小導管，設置間距為1 000 mm×1 000 mm，長度控制在4~5 m之間，為保證噴射施工能夠達到預期效果，增設單層網(wǎng)片結(jié)構(gòu)，并調(diào)整柵格間距在450~550 mm范圍內(nèi)[6]。針對φ22類型的錨桿施工，設置混凝土噴射作業(yè)的間距為500 mm×1000 mm，長度控制在3~4 m之間，采用φ40錨噴施工方式，增設單層網(wǎng)片結(jié)構(gòu)，并將井口位置地層混凝土錨噴的厚度設定在100~200 mm范圍內(nèi)，不設置柵格。

1.2 井身開挖與爆破設計

完成上述施工處理后，根據(jù)攪拌樁結(jié)構(gòu)在施工中的設計強度，進行豎井的開挖施工。結(jié)合前期設計的工程圖紙，控制井內(nèi)基坑的縱向開挖深度應滿足>6 m的需求，考慮到施工土層較為松軟，因此，在作業(yè)中輔助挖掘機進行人工開挖施工。為避免施工中出現(xiàn)超挖或欠挖等問題，可按照下式計算開挖具體深度，其表達式為：

式中，F(xiàn)——井深開挖深度；K——初噴掛網(wǎng)深度；Q——基坑深度；R——設計深度。上述計算公式中R屬于未知參量，根據(jù)工程施工中的實際需求，計算深度R，其計算公式如下：

式中，k——鋼筋骨架結(jié)構(gòu)強度；v——人工挖掘機開挖施工作業(yè)施工；x?——設計欠挖可控深度；x+——設計超挖可控深度。完成井身開挖設計后，對施工中的爆破進行設計。根據(jù)該文研究工程項目的施工需求，采用垂直打孔的方式進行掏槽施工，根據(jù)掏槽眼數(shù)量、不同掏槽眼距離中心孔的直線距離、起爆順序等參數(shù)，計算爆破裝藥量，其表達式為：

式中，B——爆破裝藥量；W——設計孔間距；T——輔助爆破眼數(shù)量；j——起爆順序。完成上述設計后，設計起爆參數(shù)，對起爆參數(shù)的描述用表1中內(nèi)容表示。

表1 爆破設計中的起爆參數(shù)

根據(jù)起爆參數(shù)進行現(xiàn)場施工爆破設計，保證施工成效可以達到預設需求。

1.3 錨噴豎井內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)設計及施工

完成上述施工后，為保證設計的結(jié)構(gòu)可以達到預設的質(zhì)量要求，需要在噴錨豎井內(nèi)設計支撐結(jié)構(gòu)，設計結(jié)構(gòu)參照圖1。

圖1 錨噴豎井內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)示意圖

在豎井施工過程中設置至少三道鋼結(jié)構(gòu)作為支撐，對鋼結(jié)構(gòu)進行混凝土澆筑施工設計，為確保設計的結(jié)構(gòu)可以達到預期的穩(wěn)定性需求，應在達到設計標高后，對結(jié)構(gòu)整體進行噴射混凝土平整處理，確保設計的主體支撐結(jié)構(gòu)具有足夠的平衡性。

在上述內(nèi)容的基礎(chǔ)上，結(jié)合施工區(qū)域的土層結(jié)構(gòu)，進行下挖深度設計。將主筋邊緣控制線的高程高度作為施工中的基準線，根據(jù)邊緣線的高程高度，進行支撐結(jié)構(gòu)中鋼筋的綁扎施工，確?；炷两Y(jié)構(gòu)的支撐標高與主體結(jié)構(gòu)在一個相同的水平線上。對于結(jié)構(gòu)中的縱向鋼筋，整體采用單面搭接的方式進行焊接，控制焊接縫的長度在10 cm范圍內(nèi)。

完成基礎(chǔ)支撐結(jié)構(gòu)的設計與焊接施工后，最后在井內(nèi)進行支護結(jié)構(gòu)的澆筑處理。考慮到豎井支撐結(jié)構(gòu)是主要承重結(jié)構(gòu)，因此，在澆筑時采用整體澆筑的方式進行施工，以確保澆筑后的結(jié)構(gòu)具有較高的承載力與受力能力。在澆筑前，對井內(nèi)的雜物（包括鐵絲、鐵屑、石塊等）進行清理，再使用抽水泵對井內(nèi)的水體抽干。對澆筑的模板進行整體濕潤處理后，將混凝土澆筑施工中的加壓泵送進井內(nèi)，對其進行振搗與澆筑。根據(jù)井口直徑，控制振搗裝置的有效振搗范圍在井口直徑范圍內(nèi)，完成澆筑施工后，鋪設一層塑料薄膜對其進行灑水養(yǎng)護。為確保鋼筋達到預應力需求，可在完成上述處理后，在鋼結(jié)構(gòu)支撐位置設計一個軸力檢測裝置，對基坑承重結(jié)構(gòu)與受力結(jié)構(gòu)的抗變形性能進行檢測，通過檢測后即可證明完成了錨噴豎井內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)設計與施工。

2 實例應用

和平大道南延（中山路—張之洞路）工程位于武漢市武昌區(qū)，規(guī)劃為城市主干路，北接和平大道，南連武金堤路，是武昌順江方向的骨干通道。由于這條道路通過武昌古城、下穿蛇山，為避免對武昌古城的影響，采用隧道穿越。道路全長3 042 m，其中盾構(gòu)隧道段長1 390 m、兩端明挖隧道段共1 096 m、兩端出隧道的接線總長556 m。

為了驗證該文提出的基于錨噴豎井支護的鄰近盾構(gòu)隧道施工技術(shù)在實際應用中的有效性，選擇以武漢和平大道南延工程盾構(gòu)隧道施工項目作為依托，將該文提出的施工技術(shù)應用到該工程項目當中。隧道施工現(xiàn)場如圖2所示。

圖2 隧道施工現(xiàn)場圖

已知該隧道結(jié)構(gòu)為道路單管雙層隧道，施工區(qū)域地面標高為5.0~6.0 m，施工區(qū)域內(nèi)地勢相對平坦，隧道區(qū)間線路整體為南北走向。在具體施工過程中，引入掘進機械盾構(gòu)機，該設備機身長為8.1 m，直徑約為6.25 m，總長度約為50 m，重達250 t。

該施工技術(shù)在施工中嚴格按照該文上述論述內(nèi)容進行，同時為了實現(xiàn)對施工技術(shù)應用效果的驗證，選擇將完成施工后土體的位移情況作為評價指標。根據(jù)當前隧道施工建設規(guī)定，為確保隧道后期運行安全，土體的位移量在豎直方向和水平方向都不得超過±5 mm。因此，基于該標準，對施工前后施工區(qū)域內(nèi)隨機5個測點的土體位置進行測量并記錄。測量過程中，為確保測量精度，可選用高精密水準測量儀對測點位移量進行測定。高精密水準測量儀等級為DS1級，偶然中誤差為±1 mm。計算其土體的位移量，位移量的計算公式為：

式中，w——土體測點位移量；w0——施工前測點位置豎直方向坐標；w1——施工后測點位置豎直方向坐標；w'0——施工前測點位置水平方向坐標；w'1——施工后測點位置水平方向坐標。根據(jù)上述公式（5），完成對施工后測點土體位移量的記錄，并將其與標準范圍進行比較，得到如表2所示的結(jié)果記錄表。

表2 該文施工技術(shù)實際應用結(jié)果記錄表

從表2中得出的結(jié)果可以看出，應用該文提出的隧道施工技術(shù)進行該項目的施工后，各個測點上的位移量均在合理范圍內(nèi)，不會對后期隧道施工及運行造成影響，能夠保證隧道的質(zhì)量和安全。由于測量儀在測量過程中可能會出現(xiàn)1 mm的測量誤差，因此進一步分析各個測點上的位移量，若增加1 mm或減少1 mm也仍然符合上述規(guī)定的標準分范圍。因此，通過上述得出的結(jié)果證明，該文提出的施工技術(shù)在實際應用到鄰近盾構(gòu)隧道施工中具有極高可行性。

驗證該文提出的基于錨噴豎井支護的鄰近盾構(gòu)隧道施工技術(shù)，在5種施工工況下的風險概率，以此分析該技術(shù)施工過程中的施工質(zhì)量，結(jié)果如圖3所示。

圖3 風險概率評估結(jié)果

依據(jù)圖3可知：5種工況中，每個工況的風險概率均存在一定差異，其中工況3的風險概率結(jié)果為0.02左右，存在較低的風險損失，其余工況的風險概率結(jié)果均低于0.009，表明不會造成風險損失。因此，采用該技術(shù)進行鄰近盾構(gòu)隧道施工，能夠保證良好的施工質(zhì)量。

3 結(jié)束語

通過該文上述論述，引入噴錨豎井支護方法，提出一種全新的盾構(gòu)隧道施工技術(shù)，并結(jié)合具體工程項目驗證了該技術(shù)的可行性。在后續(xù)的研究中，還將針對施工周圍地質(zhì)條件、結(jié)構(gòu)以及周圍建筑類型等特征，對該施工技術(shù)進行不斷完善，促進其應用適應性的提升。