周彥軍，劉化寬

(1.中鐵隧道股份有限公司，河南 鄭州 450003;2.北京交通大學土木建筑工程學院，北京 100044)

0 引言

在國內外明挖暗埋隧道工程施工中，普遍采用框架結構形式，其施工技術和工藝均比較成熟，而上拱下箱的大型拱箱復合結構形式的明挖暗埋方法則在國內外明挖隧道設計施工中較少采用。廈門機場路(仙岳路—演武大橋段)JC3合同明挖段在國內屬首次采用這種方法，且施工周邊環(huán)境復雜，施工難度非常大。在以往的相關文獻中:文獻［1］對城市下穿式矩形框架隧道進行結構模型簡化，利用有限元軟件ANSYS對隧道進行了結構力學分析，結果表明矩形框架隧道在拐角處受力最不利;文獻［2］論述了拱－框架結構體系的形成及該結構的特點，分析了拱與框架間的結合關系，但其主要用于建筑結構，而非隧道結構;文獻［3］針對鐵路明挖車站寬大深基坑分步開挖及基坑開挖完畢后鄰近航站樓樁基礎的加載對建筑物的影響，分析了大樓基礎的位移場，提出采用旋噴樁咬合形成地下隔離墻對土體進行加固的方案，并驗證了該加固方案的有效性，為前期安全評估及制定相應的加固措施提供了參考;文獻［4］分析了復雜條件下深大基坑開挖過程中對周邊建筑和已有地下洞室的影響以及其支護體系結構體的受力特點;文獻［5］論述了大型基坑在軟土地區(qū)采用放坡開挖是可行的，但其理論計算很不成熟，應關注大型基坑放坡開挖施工時，基坑變形的時間和空間效應;文獻［6－7］結合工程中的一些實踐經驗，對加強露天深孔爆破的組織管理和技術管理進行了歸納總結。另外，模板臺車的使用可極大地提高隧道襯砌混凝土施工的質量和機械化程度，文獻［8－10］則結合工程實例，就其工程性質的特殊性，采用可調斷面滑動式模板臺車，介紹了模板臺車的結構及其施工工藝，指出其與傳統(tǒng)模板臺車相比具有的優(yōu)越性。

以上文獻大部分是介紹在復雜城市環(huán)境下深大基坑開挖過程中的風險評估和所應用的開挖支護方式等技術措施及不同的模板臺車在工程中的使用情況，本文在以上文獻研究的基礎上，從聯(lián)拱對稱施工、模板臺車設計、拱圈混凝土澆筑等方面探討地下拱箱復合結構隧道施工關鍵技術。

1 依托工程情況

1.1 工程概況

廈門機場路仙岳立交至演武大橋段是廈門市南北走向的一條重要城市快速干道，全長10.532 km，設計車速80 km/h。第JC3合同段位于廈門島中部，起訖里程為 YK7+018～KY8+150(右線)、ZK7+ 003.901～ZK8+150(左線)，途經浦南片區(qū)、大厝山、梧村山，工程主要下穿蓮前西路和軍事管理區(qū)。本合同段工程主要包括明挖段通道和暗挖隧道2部分，其中明挖段通道設計樁號為YK7+018～+500，全長482 m，主要采用“框架+拱”組合式結構(見圖1)。框架行車道(含加寬段)寬11.5～21.5 m，框架凈跨13.5～23 m;拱凈跨24.7 m，凈高6.175 m，矢跨比為1/4，拱圈厚度為70 cm。

圖1 典型“框架+拱”組合式結構橫斷面Fig.1 Cross-section of arch-box structure

1.2 工程地質與水文條件

廈門機場路JC3標明挖段以正長巖為主，正長巖與花崗巖交界面走向大致為北西向，巖脈與花崗巖多為高角度接觸。此段巖石風化差異顯著，風化面起伏變化復雜、巖體上覆蓋土體厚度大，基坑左邊坡直立，高度為15.00～28.00 m。

場區(qū)地下水位以下殘積土和全風化層富含孔隙水和殘存裂隙水，結構松散、無膠結、自穩(wěn)性差、滲透性弱，不利于壓漿加固。

2 施工組織順序方案

2.1 施工步序

地下拱箱復合結構隧道明挖順筑法施工順序如圖2所示。

2.2 主要施工方案

2.2.1 帽梁和對撐施工

1)設計采用鋼筋混凝土帽梁，其斷面尺寸為1 500 mm×1 200 mm。

2)直橫撐為鋼筋混凝土支撐，共計8根，斷面尺寸為800 mm×800 mm。

圖2 明挖順筑法施工順序圖Fig.2 Flowchart of cut-and-cover method

3)考慮到洞口段基坑作為后期暗挖段的施工場地，曝露時間比較長，同時為保護基坑左側的鐵塔，在YK7+400～+500暗挖進口基坑的第1道橫撐除了原有的帽梁外，另加設6道組合橫撐。組合橫撐的斷面尺寸如圖3所示。

圖3 組合橫撐尺寸圖(單位:cm)Fig.3 Dimension of waling(cm)

4)帽梁和對撐施工步序為:帽梁及對撐土方開挖—樁頂混凝土浮漿破除—鋼筋綁扎—安設模板—澆注混凝土。帽梁和對撐施工如圖4所示。

圖4 帽梁和對撐施工圖Fig.4 Cap beam and waling

2.2.2 結構施工

主要包括順筑箱型結構和雙聯(lián)拱形結構施工，所采用的結構形式、模板體系及混凝土施工方法如下:

1)結構形式。箱型框架底板與頂板采用預應力混凝土結構形式，墻體與聯(lián)拱采用鋼筋混凝土結構。

2)模板體系。箱型結構側墻模板采用膠合板作為面板，方木作為次楞，雙鋼管作為主楞，碗扣式腳手架作為支撐，板縫用寬膠帶進行密封，模板采用拉桿加固體系;箱型結構頂板模板體系采用“碗扣腳手架+底托+頂托+扣件式鋼管+方木背楞+木模板”的型式。雙聯(lián)拱形結構模板體系采用模板臺車。

3)混凝土澆注。采取分段分層的方法進行澆注。

3 大型拱箱復合結構施工重難點分析及對策

3.1 施工重難點分析

“框架+拱”組合式結構的拱圈設計采用模板臺車澆注施工。在施工中存在以下難點:

1)本工程聯(lián)拱跨度大，需要對稱施工，時刻防止偏壓。

2)在臺車行走過程中，由于隧道在縱向高程不一，有縱向傾斜，超出了原有的調高標準。

3)臺車自重很大，要考慮支撐箱體的穩(wěn)定與安全。

4)在拱圈的大體積混凝土澆注中，要保證混凝土裂縫控制和澆注混凝土質量難度較大［11］。

3.2 施工對策

針對以上施工難點，依據(jù)隧道設計斷面和其他相關施工和技術要求，研制出了具有3排立柱的復雜大斷面和復雜結構的模板臺車，且在拱圈大體積混凝土澆注中做到混凝土連續(xù)供應和對稱澆注。

3.2.1 模板臺車設計

臺車由模板總成、頂模架體總成、平移機構、門架總成、主從行走機構、絲杠千斤頂、液壓系統(tǒng)及電氣系統(tǒng)組成。襯砌臺車外形控制尺寸依據(jù)隧道設計斷面和其他的相關施工要求和技術要求確定，模板臺車長24.7 m，寬13.5 m。模板臺車正視圖如圖5所示。

圖5 模板臺車正視圖(單位:mm)Fig.5 Front view of formwork trolley(mm)

3.2.2 聯(lián)拱對稱施工

本工程屬于聯(lián)拱隧道，需要2臺模板臺車對稱施工。為防止模板臺車和墩座受偏壓，在混凝土澆注過程中，左中右同步進行，以保證內側和外側的拱腳及拱腰位置受力均衡。聯(lián)拱隧道模板臺車施工如圖6所示。

3.2.3 臺車縱向行車

因外側匝道的縱向坡度與主線坡度相差較大(見圖7)，故隨臺車的縱向移動，需要不斷地調整支柱的高程。為此，采取了回填土和接長支柱的方式。匝道填土密實度要求達到95%以上，并且臺車在匝道內的2縱向立柱底面澆注20 cm厚C20混凝土。

3.2.4 對下層框架結構的保護

在澆注上層的拱圈混凝土時，模板臺車的2個支腳支撐于下層的框架結構上。在模板臺車和拱圈混凝土自重都很大的情況下，需要保證支撐框架結構的穩(wěn)定與安全。

對下層框架結構能夠承受模板臺車集中荷載的安全性進行了檢算，并采取在臺車軌道對應的框架內利用腳手架設置縱向支撐的措施來加強對框架結構的保護。臺車位置及其加固如圖8所示。

圖8 臺車位置及其加固示意圖Fig.8 Position of formwork trolley and support of box structure

3.2.5 拱圈混凝土澆筑

為避免混凝土澆注過程中出現(xiàn)施工冷縫，采取分段分層的方法澆注［12］。拱圈混凝土澆注采用左右對稱分層澆注，每層50 cm;2臺泵車均先從大里程端中隔墻處開始澆注(第1步)，中隔墻拱腳處第1層澆注完成后，同時澆注左、右拱腳處第1層(第2步)，依次類推，左右拱圈必須對稱平衡澆注(如圖9所示，從①到⑥依次澆注);在澆注拱腳以上6 m范圍內，澆注速度控制在24 m3/h內，測量人員要對拱頂模板上隆與沉降變化進行全過程監(jiān)控，變化量超出拱圈模板預壓變化量時應立即停止混凝土的澆注，待分析原因和采取補救措施至變化量穩(wěn)定后再繼續(xù)澆注?，F(xiàn)場拱圈混凝土澆注如圖10所示。

4 結論與討論

1)運用拱箱復合結構明挖暗埋隧道理念及技術方案，解決了廈門市成功大道梧村山隧道進口段在周邊環(huán)境復雜、場地狹小條件下隧道與既有道路的立體銜接問題，并解決了深大基坑結構尺度大、施工難度高等技術難題。

2)大跨度拱結構襯砌模板臺車在梧村山隧道明挖段跨度為24.7 m、高度為18 m、縱坡為4%的明挖隧道拱結構混凝土襯砌中已成功應用，較通常的萬能桿件組合模板襯砌方法大幅提高了襯砌施工的質量和工效。

3)針對基坑周邊環(huán)境復雜、基坑寬度大、深度大、地層土石交互混合和地形高差大等特點，因地制宜地采用了多種圍護結構、止水方法及控制爆破技術，確保了基坑穩(wěn)定及周邊建筑與居民的安全。

4)在拱箱復合結構大體積混凝土施工中，拱圈混凝土澆注采用聯(lián)拱對稱、分層分段的施工方法，有效地避免了施工冷縫，控制了混凝土裂縫。

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