大斷面暗挖隧道二次襯砌快速施工技術(shù)

楊陜南

摘要：某地鐵區(qū)間220m隧道采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工，由于開(kāi)工時(shí)間晚，成為全線(xiàn)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(tái)車(chē)作為混凝土澆筑支撐體系，二次襯砌施工工序復(fù)雜，拆撐、換撐受力轉(zhuǎn)換風(fēng)險(xiǎn)大；二次襯砌施工組織難度大、施工工期長(zhǎng)。為滿(mǎn)足全線(xiàn)通車(chē)時(shí)間節(jié)點(diǎn)、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(tái)車(chē)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(cāng)施工、模板臺(tái)車(chē)流水施工技術(shù)在安全、工期、經(jīng)濟(jì)等指標(biāo)上對(duì)比，證明了采用模板支架和模板臺(tái)車(chē)組合施工大斷面暗挖隧道二次襯砌具有一定的先進(jìn)性，滿(mǎn)足了本工程的各項(xiàng)施工目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：大斷面暗挖隧道；二次襯砌；模板支架；模板臺(tái)車(chē)；安全；工期

中圖分類(lèi)號(hào)：U455.91 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674—3024（2016）05—85—04

引言

為了緩解日益擁堵的交通壓力，國(guó)內(nèi)越來(lái)越多的城市計(jì)劃開(kāi)辟地下空間，發(fā)展軌道交通。軌道交通線(xiàn)路長(zhǎng)，在城市拆遷越來(lái)越困難的情況下，往往一條線(xiàn)路的各段進(jìn)場(chǎng)時(shí)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(jìn)場(chǎng)時(shí)間晚，為滿(mǎn)足全線(xiàn)工期需要，需快速組織二次襯砌施工。目前國(guó)內(nèi)大斷面暗挖隧道二次襯砌一般采用模板支架或模板臺(tái)車(chē)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(duì)施工工期具有不同需求的特點(diǎn)，在進(jìn)行大斷面暗挖隧道二次襯砌施工時(shí)，需綜合考慮安全、工期、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，確保各項(xiàng)施工目標(biāo)滿(mǎn)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(shí)例為研究對(duì)象，結(jié)合工程采用模板支架和模板臺(tái)車(chē)組合快速施工成功實(shí)施情況，就采用模板支架順序作業(yè)、模板支架跳倉(cāng)作業(yè)、模板臺(tái)車(chē)流水作業(yè)、模板臺(tái)車(chē)和模板支架組合技術(shù)施工二次襯砌在安全、工期、經(jīng)濟(jì)等方面進(jìn)行對(duì)比，分析出四種施工技術(shù)在不同條件下的適用情況，以供后續(xù)類(lèi)似工程參考。

1工程概況

某地鐵區(qū)間出車(chē)站220m隧道采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開(kāi)挖支護(hù)，分為C、D兩個(gè)斷面，C斷面開(kāi)挖跨度12.2m，高度9.9m：D斷面開(kāi)挖跨度14.2m，高度10.85m。隧道設(shè)計(jì)采用復(fù)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(zhì)粘土、②層粉土、⑤：層角礫、⑤層碎石、⑥層粉質(zhì)黏土。隧道埋深11.6m～14.8m。

受到線(xiàn)路調(diào)整的影響，本段隧道進(jìn)場(chǎng)時(shí)間較全線(xiàn)其他工點(diǎn)晚一年左右。初支施工完成后，為滿(mǎn)足全線(xiàn)通車(chē)時(shí)間節(jié)點(diǎn)要求，大斷面隧道二次襯砌施工工期僅剩余6個(gè)月；受周邊環(huán)境限制，隧道僅有一處井口用于運(yùn)輸。

2施工方法簡(jiǎn)介

本段220m長(zhǎng)大斷面隧道施工具有以下特點(diǎn)：

（1）雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工隧道斷面大、臨時(shí)中隔壁多，二次襯砌施工時(shí)拆撐、換撐受力轉(zhuǎn)換復(fù)雜，地下施工安全風(fēng)險(xiǎn)大；

（2）二次襯砌施工僅有6個(gè)月工期，工期緊；

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

（4）拆撐長(zhǎng)度受到嚴(yán)格限制，拆撐、換撐受力轉(zhuǎn)換復(fù)雜，對(duì)信息化施工、動(dòng)態(tài)施工要求高。

為滿(mǎn)足安全、工期，結(jié)合傳統(tǒng)的暗挖隧道二次襯砌施工工藝，對(duì)比以下四種施工技術(shù)。

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(zhǎng)襯砌，220m長(zhǎng)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(shè)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(shè)一防水板鋪設(shè)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(diào)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(mén)洞，作為運(yùn)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(jì)性分析

（1）安全性

根據(jù)襯砌進(jìn)展依次拆除臨時(shí)中隔壁，拆撐長(zhǎng)度靈活，根據(jù)設(shè)計(jì)要求及信息化施工反饋，適當(dāng)調(diào)整拆撐長(zhǎng)度，確保安全。

（2）工期

模板支架流水施工單段工期見(jiàn)表1。

襯砌單段工期18天，分28段，總工期=18×28=504天，約16個(gè)月。

（3）經(jīng)濟(jì)性

模板支架流水施工周轉(zhuǎn)性材料投入見(jiàn)表2。

2.2模板支架跳倉(cāng)施工

由于模板支架流水作業(yè)單段施工周期長(zhǎng)，在大斷面隧道較長(zhǎng)的情況下，整體襯砌工期很難滿(mǎn)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(cāng)作業(yè)。

2.2.1施工流程

每段襯砌拆除中隔壁9m，施做8m長(zhǎng)襯砌，220m長(zhǎng)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(shè)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(shè)一防水板鋪設(shè)一鋼筋綁扎一支立模板一澆筑混凝土流水施工。

為滿(mǎn)足安全要求，臨時(shí)中隔壁分段跳拆。跳倉(cāng)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(jì)性分析

（1）安全性

臨時(shí)中隔壁分段跳拆，不會(huì)對(duì)隧道初支形成連續(xù)縱向效應(yīng)；拆撐長(zhǎng)度靈活，根據(jù)設(shè)計(jì)要求及信息化施工反饋，適當(dāng)調(diào)整拆撐長(zhǎng)度，確保安全。

（2）工期

跳倉(cāng)施工因?yàn)楦鞫纹叫凶鳂I(yè)，進(jìn)料、出渣干擾極大。一般為提供運(yùn)輸通道，仰拱施工完成后進(jìn)行拱墻施工。因?yàn)槠叫凶鳂I(yè)干擾，工序作業(yè)時(shí)間按照降效100%考慮。跳倉(cāng)施工一序工期見(jiàn)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(gè)月。

（3）經(jīng)濟(jì)性

襯砌結(jié)構(gòu)共分28段，分四序施工，每序7段需同時(shí)施工，因此需同時(shí)投入7套資源。模板支架跳倉(cāng)施工周轉(zhuǎn)性材料投入見(jiàn)表4。

2.3模板臺(tái)車(chē)流水施工

模板臺(tái)車(chē)由于具有工廠(chǎng)化加工，自動(dòng)化程度高，可極大地減少工人的勞動(dòng)強(qiáng)度；減少大量模板、支架的運(yùn)輸，減輕運(yùn)輸壓力；工序流水施工，施工組織簡(jiǎn)單；成型隧道外觀好等優(yōu)點(diǎn)，在暗挖隧道二次襯砌中被普遍應(yīng)用。

2.3.1施工流程

根據(jù)拆撐長(zhǎng)度要求，模板臺(tái)車(chē)一般可加工為6m、7.5m長(zhǎng)。隧道分仰拱、拱墻兩步施工。仰拱按破除出渣一防水板鋪設(shè)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(shè)一鋼筋綁扎一臺(tái)車(chē)就位一澆筑混凝土流水施工。

模板臺(tái)車(chē)施工拱墻流水襯砌時(shí)，破除出渣、防水板鋪設(shè)、鋼筋綁扎、混凝土澆筑各占一段臺(tái)車(chē)長(zhǎng)度，隧道臨時(shí)中隔壁需拆除四段方能滿(mǎn)足流水作業(yè)工序的展開(kāi)。

2.3.2施工工藝

以7.5m長(zhǎng)模板臺(tái)車(chē)為例，臺(tái)車(chē)跨度10.36m，高度7.16m。搭設(shè)工作臺(tái)架用于防水鋪設(shè)、鋼筋綁扎，鋼筋完成后臺(tái)車(chē)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(jì)性分析

（1）安全性

模板臺(tái)車(chē)施工襯砌需各緊前工序破除出渣、防水板鋪設(shè)、鋼筋綁扎流水作業(yè)，方能使臺(tái)車(chē)作業(yè)不停歇，最大限度發(fā)揮臺(tái)車(chē)施工優(yōu)點(diǎn)。這樣，破除出渣、防水板鋪設(shè)、鋼筋綁扎、混凝土澆筑四道工序各占一段臺(tái)車(chē)長(zhǎng)度，以7.5m臺(tái)車(chē)為例，需同時(shí)拆除30m臨時(shí)中隔壁，這在設(shè)計(jì)上是不允許的，對(duì)雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工的隧道初支而言，風(fēng)險(xiǎn)也是極大的。

（2）工期

考慮到僅有一處井口，為保證運(yùn)輸通道暢通，仰拱施工完成后進(jìn)行拱墻施工，仰拱施工按分四序跳倉(cāng)施工考慮，因?yàn)槠叫凶鳂I(yè)干擾，仰拱工序作業(yè)時(shí)間按照降效100%考慮。模板臺(tái)車(chē)各作業(yè)工序工期見(jiàn)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(tái)車(chē)為流水作業(yè)，緊前工序第一次作業(yè)占用總工期時(shí)間，形成流水后，緊前工序不占時(shí)間，因此拱墻工期=8+3×29=95天。總工期=48+95=143天，約5個(gè)月。

（3）經(jīng)濟(jì)性

模板臺(tái)車(chē)施工周轉(zhuǎn)性材料投入見(jiàn)表6。

2.4模板支架、模板臺(tái)車(chē)組合施工

為利用模板臺(tái)車(chē)施工自動(dòng)化程度高、工人勞動(dòng)強(qiáng)度低、隧道成型外觀好、施工組織方便的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)避免大斷面隧道一次性拆除臨時(shí)中隔壁過(guò)長(zhǎng)帶來(lái)的安全風(fēng)險(xiǎn)，施工采用模板支架和模板臺(tái)車(chē)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(tái)車(chē)組合施工，先采用模板支架跳倉(cāng)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(tái)車(chē)長(zhǎng)度（根據(jù)地質(zhì)條件、監(jiān)測(cè)反饋等綜合判定預(yù)留長(zhǎng)度）采用模板臺(tái)車(chē)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(mǎn)足臺(tái)車(chē)流水施工襯砌。這樣，避免模板臺(tái)車(chē)流水施工一次性拆除臨時(shí)中隔壁給隧道初支帶來(lái)的安全風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)可利用模板臺(tái)車(chē)施工，發(fā)揮臺(tái)車(chē)施工襯砌的優(yōu)點(diǎn)。

仰拱采用四序跳倉(cāng)施工，施工流程同2.2模板支架跳倉(cāng)施工和2.3模板臺(tái)車(chē)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(tái)車(chē)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(jì)性分析

（1）安全性

先采用模板支架跳一個(gè)或兩個(gè)臺(tái)車(chē)位襯砌，將隧道初支縱向支撐，避免了單獨(dú)采用模板臺(tái)車(chē)流水施工連續(xù)拆除臨時(shí)中隔壁帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。

（2）工期

為保證運(yùn)輸通道暢通，仰拱施工完成后進(jìn)行拱墻施工，仰拱施工按分四序跳倉(cāng)施工考慮，因?yàn)槠叫凶鳂I(yè)干擾，仰拱工序作業(yè)時(shí)間按照降效100%考慮。模板支架襯砌以不影響臺(tái)車(chē)流水作業(yè)為原則，根據(jù)臺(tái)車(chē)進(jìn)度需求確定模板支架同時(shí)作業(yè)組段。模板臺(tái)車(chē)、模板支架組合施工作業(yè)工序時(shí)間見(jiàn)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(shí)襯砌兩個(gè)組段可以滿(mǎn)足臺(tái)車(chē)流水施工，后續(xù)模板支架與模板臺(tái)車(chē)平行施工，不占用總工期時(shí)間；模板臺(tái)車(chē)為流水作業(yè)，緊前工序第一次作業(yè)占用總工期時(shí)間，形成流水后，緊前工序不占時(shí)間，因此拱墻工期=24+8+3×15=77天。

總工期=48+77=125天，約4個(gè)月。

（3）經(jīng)濟(jì)性

模板臺(tái)車(chē)、模板支架組合施工周轉(zhuǎn)性材料投入見(jiàn)表8。

以220m雙側(cè)壁導(dǎo)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(cāng)施工、模板臺(tái)車(chē)流水施工、模板臺(tái)車(chē)、模板支架組合施工四種施工技術(shù)在安全、工期及經(jīng)濟(jì)方面進(jìn)行對(duì)比分析，分析出四種施工技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)如表9。

4工程實(shí)施情況

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

為滿(mǎn)足本段隧道工期滿(mǎn)足總工期要求，方便施工組織，決定采用模板臺(tái)車(chē)、模板支架組合施工技術(shù)施工本段隧道二次襯砌。項(xiàng)目部投入兩套模板支架，定制一臺(tái)7.5m長(zhǎng)模板臺(tái)車(chē)用于襯砌施工。

隧道仰拱分四序施工，共施工2個(gè)月；拱墻分28組，采用模板臺(tái)車(chē)、模板支架平行作業(yè)，共施工3個(gè)月，滿(mǎn)足了工期要求，確保了施工安全、質(zhì)量。

5結(jié)論與建議

本文通過(guò)對(duì)大斷面隧道四種施工技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)的對(duì)比分析，以及模板臺(tái)車(chē)、模板支架組合快速施工技術(shù)在220m區(qū)間大斷面隧道二次襯砌施工中的成功應(yīng)用，可以總結(jié)出以下結(jié)論與建議供參考。

（1）模板支架流水施工技術(shù)周轉(zhuǎn)性材料投入最少，拆撐長(zhǎng)度靈活可調(diào)，安全風(fēng)險(xiǎn)可控，但工期長(zhǎng)，只適用于長(zhǎng)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(cāng)施工技術(shù)拆撐長(zhǎng)度靈活可調(diào)，安全風(fēng)險(xiǎn)可控，工期短，但周轉(zhuǎn)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(tái)車(chē)流水施工技術(shù)工期短，周轉(zhuǎn)性材料投入較少，襯砌成型外觀好，施工組織簡(jiǎn)單，但形成流水一次性拆撐長(zhǎng)度較長(zhǎng)，安全風(fēng)險(xiǎn)較大，只適用于水文地質(zhì)條件好、埋深大，隧道跨度在一定范圍內(nèi)的大斷面隧道二次襯砌施工；

（4）模板臺(tái)車(chē)、模板支架組合施工技術(shù)施工組織簡(jiǎn)單，工期短，襯砌成型外觀好，拆撐長(zhǎng)度較短，安全風(fēng)險(xiǎn)可控，但周轉(zhuǎn)性材料投入較大，模板臺(tái)車(chē)襯砌與模板支架襯砌錯(cuò)臺(tái)較大，需采取措施改進(jìn)，適用于長(zhǎng)度較長(zhǎng)，工期較緊的大斷面隧道二次襯砌施工。拆撐長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)工程水文地質(zhì)條件，初支施工沉降變形數(shù)據(jù)綜合確定，并取得設(shè)計(jì)單位同意。建議設(shè)拆撐試驗(yàn)段，經(jīng)過(guò)監(jiān)測(cè)反饋，確定拆撐長(zhǎng)度、模板臺(tái)車(chē)長(zhǎng)度。