邵銀秀

(中鐵四局集團(tuán)第五工程有限公司，江西 九江 332000)

0 前 言

現(xiàn)階段，為進(jìn)一步發(fā)展城市空間，各級(jí)地區(qū)都相續(xù)開(kāi)始開(kāi)發(fā)利用地下空間。因城市區(qū)域內(nèi)地面建筑物分布較為密集，市政道路車(chē)輛保有量非常大，城市隧道建設(shè)工程直接在繁華街道展開(kāi)施工。實(shí)際施工基本上采用明挖法，導(dǎo)致施工占用市政道路面積比較大，促使市政交通受到巨大的干擾，城市擁堵現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重。使用蓋挖法則可以解決上述問(wèn)題，降低施工對(duì)周?chē)h(huán)境的影響，保證車(chē)輛正常通行，但是這種施工方法會(huì)導(dǎo)致施工工期延長(zhǎng)。而半明挖半蓋挖則是基于蓋挖施工法而衍生出來(lái)的一種施工方法，這種施工方法不但可以解決交通擁堵問(wèn)題，同時(shí)可以提高施工效率，縮短施工工期、降低施工成本。

1 工程概況

本文以遼寧省沈陽(yáng)市市政隧道建設(shè)工程作為研究對(duì)象，該項(xiàng)目的南側(cè)隧道起點(diǎn)為五愛(ài)街的科普主題公園，隧道的終止點(diǎn)為樂(lè)郊路，隧道沿線總長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為3 352.678 m，沿線起止樁號(hào)設(shè)計(jì)為K0+270～K3+622.678。隧道部分的主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為矩形框架結(jié)構(gòu)，總計(jì)設(shè)計(jì)為17段，隧道頂部的頂板與隧道側(cè)墻的倒三角、隧道頂部頂板與中隔墻之間的尺寸、底板與側(cè)墻倒三角的尺寸均設(shè)計(jì)為300 mm×900 mm。

2 施工方案及工序

施工車(chē)站西側(cè)臨時(shí)圍擋，施工鉆孔灌注樁、冠梁、降水井。隧道東半幅西側(cè)圍擋外擴(kuò)2車(chē)道，施作東西剩余鉆孔灌注樁、冠梁，東側(cè)格構(gòu)柱及棧橋板。進(jìn)行東西兩側(cè)圍擋內(nèi)臨時(shí)路面恢復(fù)。圍擋圍至道路中間，機(jī)動(dòng)車(chē)道改至圍擋東西兩側(cè)各2車(chē)道。進(jìn)行西側(cè)格構(gòu)柱、混凝土支撐及東側(cè)剩余棧橋板施工。自上而下開(kāi)挖基坑并設(shè)置鋼支撐，樁間掛鋼筋網(wǎng)噴混凝土，至基底設(shè)計(jì)標(biāo)高。開(kāi)挖至基底后施做底板墊層、防水層，結(jié)構(gòu)底板。待結(jié)構(gòu)底板達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，繼續(xù)施工側(cè)墻至第四道鋼支撐底，并拆除第四道鋼支撐。繼續(xù)施工側(cè)墻及防水至第三道鋼支撐下方，待結(jié)構(gòu)側(cè)墻達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，在第三道鋼支撐下架設(shè)倒撐并預(yù)加軸力，并拆除第三道鋼支撐。繼續(xù)施工側(cè)墻及防水以及隧道結(jié)構(gòu)頂板，待結(jié)構(gòu)頂板達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，繼續(xù)施工隧道結(jié)構(gòu)頂部管廊側(cè)墻、頂板及防水結(jié)構(gòu)，待管廊結(jié)構(gòu)側(cè)墻和頂板達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，拆除第二道鋼支撐，依次回填，并拆除第一道混凝土撐，恢復(fù)路面結(jié)構(gòu)。

3 支護(hù)體系設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)原則

在經(jīng)過(guò)全面的分析以后，該項(xiàng)目采用半明挖半蓋挖方法進(jìn)行施工，結(jié)合設(shè)計(jì)規(guī)范要求來(lái)看，在實(shí)際設(shè)計(jì)的過(guò)程中必須嚴(yán)格遵守以下原則。

1)支護(hù)結(jié)構(gòu)必須保證安全性、耐久性、適用性，且需要堅(jiān)持經(jīng)濟(jì)性原則。

2)在設(shè)計(jì)支護(hù)體系結(jié)構(gòu)時(shí)需要考慮施工的便利性、實(shí)際使用效果及防水、排水需求。

3)在設(shè)計(jì)支護(hù)體系結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)保證支護(hù)體系的凈尺寸滿足施工工藝、結(jié)構(gòu)尺寸的要求，同時(shí)控制好后期沉降、測(cè)量誤差等問(wèn)題。

4)在對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)詳細(xì)計(jì)算永久荷載、可變荷載，對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)所能夠承受的極限狀態(tài)進(jìn)行驗(yàn)算，以保證維護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度以及穩(wěn)定性滿足設(shè)計(jì)要求。

5)在對(duì)支護(hù)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)條件、水文條件等具體情況展開(kāi)設(shè)計(jì)，結(jié)合實(shí)際情況采取合理的環(huán)保措施，降低施工對(duì)周?chē)h(huán)境的影響。

3.2 體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該項(xiàng)目?jī)?nèi)的隧道工程中，基坑平面呈南北走向，屬于長(zhǎng)條狀，基坑開(kāi)挖的寬度控制在19.8～28.3 m，基坑開(kāi)挖的深度由淺逐漸加深，局部最大開(kāi)挖深度達(dá)到了19.3 m。為了保證施工過(guò)程中地面行車(chē)不受影響，該項(xiàng)目的隧道部分施工采用的是半明挖半蓋挖施工工藝，基坑部分施工時(shí)，必須充分考慮施工場(chǎng)地以及交通狀況，結(jié)合實(shí)際情況設(shè)置棧橋板?；娱_(kāi)挖的過(guò)程中采取必要的降水措施。此外，結(jié)合基坑的開(kāi)挖深度以及環(huán)保要求設(shè)置支撐體系?；拥膬?nèi)支撐體系具體由圍檁、支撐、鋼管支撐柱三個(gè)部分構(gòu)成。

1)圍檁：第一道圍檁選擇使用鋼筋混凝土，剩余其他圍檁則選擇使用鋼結(jié)構(gòu)圍檁，保證圍檁與圍護(hù)樁連接牢固。

2)支撐：結(jié)合該項(xiàng)目的工程規(guī)模以及基坑開(kāi)挖深度，內(nèi)支撐選擇使用鋼筋混凝土支撐與圓鋼支撐相結(jié)合的支撐方式，結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，確定鋼筋混凝土的縱向間距設(shè)置為8 m，鋼結(jié)構(gòu)支撐的縱向間距控制在3～4 m，第一道圍檁選擇使用鋼筋混凝土，以此滿足半明挖半蓋挖法施工工藝的需求。

3)鋼管立柱：因基坑的寬度相對(duì)較大，內(nèi)支撐的整體長(zhǎng)度偏長(zhǎng)，基坑的深度較深，應(yīng)該沿著基坑的縱向方向設(shè)置鋼管柱，鋼管柱與內(nèi)支撐連接牢固，確保內(nèi)支撐的整體穩(wěn)定性；此外，鋼管柱的頂部與路面的梁體緊密連接，從而分散路面荷載。

4)圍護(hù)樁：圍護(hù)樁采用的是鉆孔灌注樁+網(wǎng)噴混凝土相結(jié)合的圍護(hù)形式。假若圍護(hù)樁的開(kāi)挖深度未超過(guò)9 m，則灌注樁的規(guī)格為600 mm×1 000 mm；若圍護(hù)樁的開(kāi)挖深度超出9 m，則灌注樁的規(guī)格為800 mm×1 200 mm。

5)系梁體系：系梁體系結(jié)構(gòu)組成比較簡(jiǎn)單，由混凝土支撐、冠梁以及立柱梁體共同組成。

6)棧橋板:現(xiàn)澆混凝土，混凝土的強(qiáng)度標(biāo)號(hào)為C35，澆筑的厚度為350 mm。

3.3 體系施工方法及注意要點(diǎn)

圍護(hù)結(jié)構(gòu)使用的是鉆孔灌注樁+內(nèi)支撐的組合形式，基坑設(shè)置排水裝置，將基坑內(nèi)部的積水排除到基坑外部，灌注樁使用噴射混凝土進(jìn)行支護(hù)；首道內(nèi)部支撐使用的是混凝土支撐，支撐使用材料為X609鋼管，標(biāo)準(zhǔn)段需要設(shè)置四道內(nèi)支撐。為了有效緩解圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形程度，需要加大鋼結(jié)構(gòu)支撐的軸向力。

3.3.1 體系施工方法

該項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)段設(shè)計(jì)采用的是蓋挖施工工藝，深基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為鉆孔灌注樁，總計(jì)設(shè)計(jì)三種不同規(guī)格的樁徑：800、1 000、1 200 mm，內(nèi)支撐總計(jì)有四道，其中第一道內(nèi)支撐設(shè)計(jì)的是混凝土支撐，其他三道則屬于鋼結(jié)構(gòu)支撐，確定鋼筋混凝土的縱向間距設(shè)置為8 m，鋼結(jié)構(gòu)支撐的縱向間距控制在3～4 m，可以發(fā)現(xiàn)內(nèi)支撐體系的跨度相對(duì)較大。

實(shí)際施工的過(guò)程中，施工人員應(yīng)嚴(yán)格按照“隨挖隨撐”的基本原則進(jìn)行，盡可能縮短無(wú)支撐持續(xù)的時(shí)間。應(yīng)保證混凝土支撐自身的混凝土抗壓強(qiáng)度以及彈性模量滿足現(xiàn)行規(guī)范要求以后才進(jìn)行開(kāi)挖作業(yè)；鋼結(jié)構(gòu)支撐設(shè)置軸向預(yù)應(yīng)力，并定期檢查預(yù)應(yīng)力的損失情況，一旦發(fā)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力損失量過(guò)大，則應(yīng)該再次施加預(yù)應(yīng)力，以保證圍護(hù)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性[1]。

3.3.2 鋼支撐施工要點(diǎn)

1)在首次施加預(yù)應(yīng)力的12 h以內(nèi)，觀測(cè)預(yù)應(yīng)力的損失量和墻體的位移量，結(jié)合損失量再次施加預(yù)應(yīng)力至設(shè)計(jì)規(guī)定數(shù)值。

2)假若晝夜的溫度差異懸殊，促使預(yù)應(yīng)力損失，那么應(yīng)在當(dāng)天氣溫最低時(shí)再次施加預(yù)應(yīng)力至設(shè)計(jì)值。

3)在第二道內(nèi)支撐設(shè)置完成且施加預(yù)應(yīng)力的情況下，對(duì)前段施工的支撐再次施加預(yù)應(yīng)力。

4)當(dāng)墻體的位移量超出了標(biāo)準(zhǔn)值，可以通過(guò)增大軸力的方式控制形變，但是必須保證軸力指標(biāo)處于安全范圍以內(nèi)。

5)當(dāng)軸力的損失超出3%以后，應(yīng)再次施加軸力。

6)內(nèi)支撐的拆除必須嚴(yán)格按照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行作業(yè)，且保證拆除順序的合理性。

3.3.3 混凝土支撐施工要點(diǎn)

1)利用鋼筋計(jì)可以檢測(cè)出鋼筋應(yīng)力，從而了解混凝土支撐的形變情況，此外，應(yīng)計(jì)算出混凝土支撐的應(yīng)力和軸力。

2)對(duì)混凝土形變以及體積收縮造成影響的因素非常多，其中影響程度比較大的是混凝土的強(qiáng)度和回彈模量。結(jié)合實(shí)踐可以得出，對(duì)同標(biāo)號(hào)的混凝土選用相同的計(jì)算參數(shù)來(lái)確定混凝土非荷載因素的影響是可行的，可以有效滿足實(shí)際施工的需求。

3)混凝土支撐的變形情況會(huì)對(duì)深基坑的安全性造成巨大的影響，由于混凝土的形變會(huì)導(dǎo)致深基坑的變形擴(kuò)大，所以在整體結(jié)構(gòu)形式穩(wěn)定的情況下，應(yīng)合理選擇施工工藝，以降低混凝土支撐的變形量[2]。

4)圍護(hù)結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)時(shí)間受到荷載的情況下，因混凝土自身還會(huì)受到非荷載因素的影響，導(dǎo)致混凝土支撐的剛度大幅度降低，同時(shí)導(dǎo)致圍護(hù)樁的剛度降低，在這種情況下，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力必然會(huì)進(jìn)行二次分配，為確保在計(jì)算支護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)計(jì)算結(jié)果接近實(shí)際作業(yè)的數(shù)值，必須將非荷載因素考慮在計(jì)算體系內(nèi)，以此保證設(shè)計(jì)計(jì)算獲取的基坑變形量與實(shí)際情況相吻合，從而有效解決實(shí)際變形值與理論變形值之間的矛盾。

5)鋼筋混凝土支撐施工。首道混凝土支撐在深基坑開(kāi)挖至底部以后立刻施工。深基坑的開(kāi)挖面表層應(yīng)鋪設(shè)砂料做找平處理，混凝土支撐的底模采用砂漿，側(cè)面模板使用鋼模板。當(dāng)找平層達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度以后，則開(kāi)始支撐鋼筋綁扎。在澆筑圍檁部位混凝土之前，對(duì)鉆孔樁表面進(jìn)行鑿毛處理和灑水處理?；炷林卧诨炷林袚郊釉鐝?qiáng)劑完成澆筑。混凝土澆筑的過(guò)程中應(yīng)不斷進(jìn)行振搗，確?；炷琳駬v密實(shí)。當(dāng)混凝土澆筑完成以后及時(shí)養(yǎng)護(hù)，以保證混凝土的強(qiáng)度滿足標(biāo)準(zhǔn)?；炷恋膹?qiáng)度養(yǎng)護(hù)至設(shè)計(jì)強(qiáng)度以后則開(kāi)始后續(xù)的基坑開(kāi)挖作業(yè)。

6)鋼支撐施工。鋼支撐的結(jié)構(gòu)組成比較簡(jiǎn)單，由3個(gè)部分組成：固定端、中間部位以及活動(dòng)端。各個(gè)關(guān)節(jié)的法蘭盤(pán)應(yīng)選用高強(qiáng)度的螺栓進(jìn)行連接。

3.4 鋼支撐架設(shè)施工工藝

1)開(kāi)挖過(guò)程中按照隨挖隨架的原則進(jìn)行作業(yè)。結(jié)合土方開(kāi)挖的實(shí)際進(jìn)度，合理配置鋼管、圍檁的數(shù)量，并合理確定裝配長(zhǎng)度，開(kāi)挖一定土方以后，立即安裝圍檁及鋼支撐，并按照設(shè)計(jì)要求施加預(yù)應(yīng)力。施工流程如圖1所示。

圖1 施工流程圖

2)雙拼工字鋼圍檁施工。將鋼牛腿焊接為三角形，角鋼的規(guī)格為∠75°×8 mm。牛腿可以使用強(qiáng)度為M20的膨脹螺栓固定在圍護(hù)樁上。鋼圍檁由I45a工字鋼與鋼板焊接而成，在支撐節(jié)點(diǎn)進(jìn)行綴焊加勁處理。工字鋼圍檁裝置在鋼牛腿的后側(cè)，使用2根螺絲進(jìn)行加固，分別固定在圍檁上側(cè)的錨環(huán)以及圍護(hù)樁的角鋼上。因圍檁與圍護(hù)樁之間存在一定的空隙，所以在圍檁得到加固以后，使用摻加早強(qiáng)劑的水泥砂漿進(jìn)行填充，保證內(nèi)支撐不會(huì)因局部受力過(guò)大而出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象。鋼圍檁在轉(zhuǎn)角節(jié)點(diǎn)進(jìn)行焊接加固，保證整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性滿足設(shè)計(jì)要求。

3)鋼筋混凝土圍檁施工。當(dāng)基坑開(kāi)挖至鋼筋混凝土圍檁的底部標(biāo)高時(shí)，施工人員則開(kāi)始進(jìn)行鋼筋混凝土圍檁施工。鋼管支撐部位的斜向混凝土支座與腰梁進(jìn)行鋼筋綁扎、模板安裝、混凝土澆筑作業(yè)，這個(gè)過(guò)程一次成型?；炷羾鷻_、支座部位應(yīng)設(shè)置預(yù)埋件，使用錨筋進(jìn)行加固。

4)鋼支撐安裝。土方開(kāi)挖的過(guò)程中堅(jiān)持隨挖隨架的基本原則，當(dāng)支撐體系的作業(yè)面開(kāi)挖完成以后，立即安裝支撐，并嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求施加預(yù)應(yīng)力。每一根鋼支撐的長(zhǎng)度配置按照固定端與活動(dòng)端的長(zhǎng)度確定，中間段則可以直接使用標(biāo)準(zhǔn)化關(guān)節(jié)進(jìn)行配置。當(dāng)管節(jié)拼裝完成以后，施工人員對(duì)內(nèi)支撐的平直度進(jìn)行檢查，管節(jié)兩側(cè)的平直度偏差必須控制在20 mm以內(nèi)。

4 結(jié)束語(yǔ)

為有效保證施工過(guò)程中隧道頂部行車(chē)安全以及支護(hù)體系的穩(wěn)定性、安全性，施工單位選擇使用半明挖半蓋挖施工技術(shù)，支護(hù)體系選擇使用剛度比較大的圓鋼管立柱樁、棧橋板，配備350 mm厚的鋼筋混凝土板與橫縱支撐梁組成整個(gè)支護(hù)體系，此次研究可以為類似工程項(xiàng)目提供參考。

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