大斷面暗挖隧道二次襯砌快速施工技術

楊陜南

摘要：某地鐵區(qū)間220m隧道采用雙側壁導坑法施工，由于開工時間晚，成為全線工期控制性工程。大斷面暗挖隧道二次襯砌一般采用模板支架或模板臺車作為混凝土澆筑支撐體系，二次襯砌施工工序復雜，拆撐、換撐受力轉換風險大；二次襯砌施工組織難度大、施工工期長。為滿足全線通車時間節(jié)點、有效縮減施工工期，并確保拆撐、換撐安全，采用模板支架和模板臺車組合施工大斷面暗挖隧道二次襯砌，并與傳統(tǒng)的模板支架流水施工、模板支架跳倉施工、模板臺車流水施工技術在安全、工期、經(jīng)濟等指標上對比，證明了采用模板支架和模板臺車組合施工大斷面暗挖隧道二次襯砌具有一定的先進性，滿足了本工程的各項施工目標。

關鍵詞：大斷面暗挖隧道；二次襯砌；模板支架；模板臺車；安全；工期

中圖分類號：U455.91 文獻標識碼：A 文章編號：1674—3024（2016）05—85—04

引言

為了緩解日益擁堵的交通壓力，國內越來越多的城市計劃開辟地下空間，發(fā)展軌道交通。軌道交通線路長，在城市拆遷越來越困難的情況下，往往一條線路的各段進場時間相差較多，從而造成某一段工期異常緊張。某地鐵區(qū)間220m大斷面隧道進場時間晚，為滿足全線工期需要，需快速組織二次襯砌施工。目前國內大斷面暗挖隧道二次襯砌一般采用模板支架或模板臺車作為混凝土澆筑模板體系。然而由于工程受到的邊界條件制約多，對施工工期具有不同需求的特點，在進行大斷面暗挖隧道二次襯砌施工時，需綜合考慮安全、工期、經(jīng)濟指標，確保各項施工目標滿足工程需要。論文以某地鐵區(qū)間220m大斷面隧道二次襯砌施工實例為研究對象，結合工程采用模板支架和模板臺車組合快速施工成功實施情況，就采用模板支架順序作業(yè)、模板支架跳倉作業(yè)、模板臺車流水作業(yè)、模板臺車和模板支架組合技術施工二次襯砌在安全、工期、經(jīng)濟等方面進行對比，分析出四種施工技術在不同條件下的適用情況，以供后續(xù)類似工程參考。

1工程概況

某地鐵區(qū)間出車站220m隧道采用雙側壁導坑法開挖支護，分為C、D兩個斷面，C斷面開挖跨度12.2m，高度9.9m：D斷面開挖跨度14.2m，高度10.85m。隧道設計采用復合式襯砌，采用C40P10抗?jié)B混凝土澆筑，c型斷面襯砌厚度0.6m，D型斷面襯砌厚度0.7m。

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大斷面隧道主要穿越②1層粉質粘土、②層粉土、⑤：層角礫、⑤層碎石、⑥層粉質黏土。隧道埋深11.6m～14.8m。

受到線路調整的影響，本段隧道進場時間較全線其他工點晚一年左右。初支施工完成后，為滿足全線通車時間節(jié)點要求，大斷面隧道二次襯砌施工工期僅剩余6個月；受周邊環(huán)境限制，隧道僅有一處井口用于運輸。

2施工方法簡介

本段220m長大斷面隧道施工具有以下特點：

（1）雙側壁導坑法施工隧道斷面大、臨時中隔壁多，二次襯砌施工時拆撐、換撐受力轉換復雜，地下施工安全風險大；

（2）二次襯砌施工僅有6個月工期，工期緊；

（3）僅有一個井口提供運輸通道，破除出渣，鋼筋、模板下料相互交叉影響大，運輸受制約嚴重；

（4）拆撐長度受到嚴格限制，拆撐、換撐受力轉換復雜，對信息化施工、動態(tài)施工要求高。

為滿足安全、工期，結合傳統(tǒng)的暗挖隧道二次襯砌施工工藝，對比以下四種施工技術。

2.1模板支架流水施工

2.1.1施工流程

每段襯砌拆除中隔壁9m，施做8m長襯砌，220m長隧道共分28段。隧道分仰拱、拱墻兩步施工，仰拱按破除出渣一防水板鋪設一鋼筋綁扎一支立模板一澆筑混凝土流水施工；拱墻按破除出渣一支架搭設一防水板鋪設一鋼筋綁扎一支立模板一澆筑混凝土流水施工。

2.1.2施SEE藝

拱墻采用φ48×3.5扣件式鋼管和I14工字鋼加工的梳型木作為支架，支架間距橫距×縱距×步距為60cm×90cm×120cm，模板采用定制的9012可調圓弧鋼模板（面板厚度4mm），形成模板支架體系。模板支架中跨留2m寬門洞，作為運輸通道。混凝土采用商品混凝土，由90-18拖式混凝土泵從地面壓注。

2.1.3安全、工期、經(jīng)濟性分析

（1）安全性

根據(jù)襯砌進展依次拆除臨時中隔壁，拆撐長度靈活，根據(jù)設計要求及信息化施工反饋，適當調整拆撐長度，確保安全。

（2）工期

模板支架流水施工單段工期見表1。

襯砌單段工期18天，分28段，總工期=18×28=504天，約16個月。

（3）經(jīng)濟性

模板支架流水施工周轉性材料投入見表2。

2.2模板支架跳倉施工

由于模板支架流水作業(yè)單段施工周期長，在大斷面隧道較長的情況下，整體襯砌工期很難滿足總工期要求。因此，為縮短工期，在保證安全的提前下，可使用模板支架跳倉作業(yè)。

2.2.1施工流程

每段襯砌拆除中隔壁9m，施做8m長襯砌，220m長隧道共分28段。隧道分仰拱、拱墻兩步施工，底板按破除出渣一防水板鋪設一鋼筋綁扎一支立模板一澆筑混凝土流水施工；拱墻按破除出渣一支架搭設一防水板鋪設一鋼筋綁扎一支立模板一澆筑混凝土流水施工。

為滿足安全要求，臨時中隔壁分段跳拆。跳倉施工遵循“大平行，小流水”施工原則，根據(jù)工期要求，可分2序、4序、6序……施工，以四序施工為例。

2.2.2施工工藝

同模板支架流水施工工藝。

2.2.3安全、工期、經(jīng)濟性分析

（1）安全性

臨時中隔壁分段跳拆，不會對隧道初支形成連續(xù)縱向效應；拆撐長度靈活，根據(jù)設計要求及信息化施工反饋，適當調整拆撐長度，確保安全。

（2）工期

跳倉施工因為各段平行作業(yè)，進料、出渣干擾極大。一般為提供運輸通道，仰拱施工完成后進行拱墻施工。因為平行作業(yè)干擾，工序作業(yè)時間按照降效100%考慮。跳倉施工一序工期見表3。

仰拱一序工期12天，拱墻一序工期24天，仰拱、拱墻各分四序，總工期=12×4+24×4=144天，約5個月。

（3）經(jīng)濟性

襯砌結構共分28段，分四序施工，每序7段需同時施工，因此需同時投入7套資源。模板支架跳倉施工周轉性材料投入見表4。

2.3模板臺車流水施工

模板臺車由于具有工廠化加工，自動化程度高，可極大地減少工人的勞動強度；減少大量模板、支架的運輸，減輕運輸壓力；工序流水施工，施工組織簡單；成型隧道外觀好等優(yōu)點，在暗挖隧道二次襯砌中被普遍應用。

2.3.1施工流程

根據(jù)拆撐長度要求，模板臺車一般可加工為6m、7.5m長。隧道分仰拱、拱墻兩步施工。仰拱按破除出渣一防水板鋪設一鋼筋綁扎一支立模板一澆筑混凝土流水施工；拱墻按破除出渣一防水板鋪設一鋼筋綁扎一臺車就位一澆筑混凝土流水施工。

模板臺車施工拱墻流水襯砌時，破除出渣、防水板鋪設、鋼筋綁扎、混凝土澆筑各占一段臺車長度，隧道臨時中隔壁需拆除四段方能滿足流水作業(yè)工序的展開。

2.3.2施工工藝

以7.5m長模板臺車為例，臺車跨度10.36m，高度7.16m。搭設工作臺架用于防水鋪設、鋼筋綁扎，鋼筋完成后臺車走行就位，封閉堵頭后采用90-18拖式混凝土泵從地面壓注混凝土。

2.3.3安全、工期、經(jīng)濟性分析

（1）安全性

模板臺車施工襯砌需各緊前工序破除出渣、防水板鋪設、鋼筋綁扎流水作業(yè)，方能使臺車作業(yè)不停歇，最大限度發(fā)揮臺車施工優(yōu)點。這樣，破除出渣、防水板鋪設、鋼筋綁扎、混凝土澆筑四道工序各占一段臺車長度，以7.5m臺車為例，需同時拆除30m臨時中隔壁，這在設計上是不允許的，對雙側壁導坑法施工的隧道初支而言，風險也是極大的。

（2）工期

考慮到僅有一處井口，為保證運輸通道暢通，仰拱施工完成后進行拱墻施工，仰拱施工按分四序跳倉施工考慮，因為平行作業(yè)干擾，仰拱工序作業(yè)時間按照降效100%考慮。模板臺車各作業(yè)工序工期見表5。

仰拱一序工期12天，分四序，仰拱工期=12×4=48天；拱墻采用模板臺車為流水作業(yè)，緊前工序第一次作業(yè)占用總工期時間，形成流水后，緊前工序不占時間，因此拱墻工期=8+3×29=95天。總工期=48+95=143天，約5個月。

（3）經(jīng)濟性

模板臺車施工周轉性材料投入見表6。

2.4模板支架、模板臺車組合施工

為利用模板臺車施工自動化程度高、工人勞動強度低、隧道成型外觀好、施工組織方便的優(yōu)點，同時避免大斷面隧道一次性拆除臨時中隔壁過長帶來的安全風險，施工采用模板支架和模板臺車組合施工大斷面隧道二次襯砌。

2.4.1施工流程

模板支架、模板臺車組合施工，先采用模板支架跳倉施工部分襯砌，在隧道縱向起到分割的作用，在兩段模板支架襯砌中間空出一或兩段臺車長度（根據(jù)地質條件、監(jiān)測反饋等綜合判定預留長度）采用模板臺車襯砌。模板支架施工襯砌封閉成環(huán)后，剩余中隔壁可連續(xù)拆除，滿足臺車流水施工襯砌。這樣，避免模板臺車流水施工一次性拆除臨時中隔壁給隧道初支帶來的安全風險，同時可利用模板臺車施工，發(fā)揮臺車施工襯砌的優(yōu)點。

仰拱采用四序跳倉施工，施工流程同2.2模板支架跳倉施工和2.3模板臺車流水施工中仰拱施工流程。拱墻施工流程同上模板支架和模板臺車施工拱墻流程。

2.4.2施工工藝

同上。

2.4.3安全、工期、經(jīng)濟性分析

（1）安全性

先采用模板支架跳一個或兩個臺車位襯砌，將隧道初支縱向支撐，避免了單獨采用模板臺車流水施工連續(xù)拆除臨時中隔壁帶來的風險。

（2）工期

為保證運輸通道暢通，仰拱施工完成后進行拱墻施工，仰拱施工按分四序跳倉施工考慮，因為平行作業(yè)干擾，仰拱工序作業(yè)時間按照降效100%考慮。模板支架襯砌以不影響臺車流水作業(yè)為原則，根據(jù)臺車進度需求確定模板支架同時作業(yè)組段。模板臺車、模板支架組合施工作業(yè)工序時間見表7。

仰拱一序工期12天，分四序，仰拱工期=12×4=48天；模板支架投入兩套，同時襯砌兩個組段可以滿足臺車流水施工，后續(xù)模板支架與模板臺車平行施工，不占用總工期時間；模板臺車為流水作業(yè)，緊前工序第一次作業(yè)占用總工期時間，形成流水后，緊前工序不占時間，因此拱墻工期=24+8+3×15=77天。

總工期=48+77=125天，約4個月。

（3）經(jīng)濟性

模板臺車、模板支架組合施工周轉性材料投入見表8。

以220m雙側壁導坑法施工大斷面隧道為例，就隧道二次襯砌采用模板支架流水施工、模板支架跳倉施工、模板臺車流水施工、模板臺車、模板支架組合施工四種施工技術在安全、工期及經(jīng)濟方面進行對比分析，分析出四種施工技術優(yōu)缺點如表9。

4工程實施情況

區(qū)間220m隧道，自2014年12月開始二次襯砌施工，要求2015年4月底施工完成，工期僅有5個月。

為滿足本段隧道工期滿足總工期要求，方便施工組織，決定采用模板臺車、模板支架組合施工技術施工本段隧道二次襯砌。項目部投入兩套模板支架，定制一臺7.5m長模板臺車用于襯砌施工。

隧道仰拱分四序施工，共施工2個月；拱墻分28組，采用模板臺車、模板支架平行作業(yè)，共施工3個月，滿足了工期要求，確保了施工安全、質量。

5結論與建議

本文通過對大斷面隧道四種施工技術優(yōu)缺點的對比分析，以及模板臺車、模板支架組合快速施工技術在220m區(qū)間大斷面隧道二次襯砌施工中的成功應用，可以總結出以下結論與建議供參考。

（1）模板支架流水施工技術周轉性材料投入最少，拆撐長度靈活可調，安全風險可控，但工期長，只適用于長度較短、工期富裕的大斷面隧道二次襯砌施工；

（2）模板支架跳倉施工技術拆撐長度靈活可調，安全風險可控，工期短，但周轉性材料投入最大，平行作業(yè)干擾大、施工組織難度大，一般適用于工期緊張的大斷面隧道二次襯砌施工；

（3）模板臺車流水施工技術工期短，周轉性材料投入較少，襯砌成型外觀好，施工組織簡單，但形成流水一次性拆撐長度較長，安全風險較大，只適用于水文地質條件好、埋深大，隧道跨度在一定范圍內的大斷面隧道二次襯砌施工；

（4）模板臺車、模板支架組合施工技術施工組織簡單，工期短，襯砌成型外觀好，拆撐長度較短，安全風險可控，但周轉性材料投入較大，模板臺車襯砌與模板支架襯砌錯臺較大，需采取措施改進，適用于長度較長，工期較緊的大斷面隧道二次襯砌施工。拆撐長度應根據(jù)工程水文地質條件，初支施工沉降變形數(shù)據(jù)綜合確定，并取得設計單位同意。建議設拆撐試驗段，經(jīng)過監(jiān)測反饋，確定拆撐長度、模板臺車長度。