下穿鐵路大跨度淺埋暗挖雙聯拱隧道臨時支護拆除及換撐工法研究

周強

中鐵二十五局集團第五工程有限公司 山東青島 266100

1 工程概況

長沙市漁業路及延伸工程道路位于長沙市開福區，是我公司承攬的長沙市重點工程之一。道路主線全長2481．504m，路幅寬36m，其中K0+415．4-K0+437．6段為 22．2m長的暗挖隧道，位于京廣鐵路正線下方，其東西出口為：東段為長7．4m蓋挖隧道、西段為長9．4m蓋挖隧道，位于京廣鐵路邊坡下方。隧道頂部至鐵路軌面高差僅有7．1m，暗挖段與蓋挖段采用雙聯拱斷面，共長39m、高9．06m、跨度大至25．75m，中隔墻寬1．6m。

隧道結構位于雜填土、粉質黏土、中粗砂中。該施工區域地下水主要表現為上層滯水，場地地表水亦較多。水位埋深約為0．80-6．00m，相對應標高為 26．73-32．14m。

圖1 鐵路下方隧道橫斷面及地質情況圖

雙連拱隧道常規施工工法為三導洞分部施工法、中導洞分部施工法、雙洞全斷面平行施工法等，由于本隧道下穿京廣鐵路既有線，且跨度大至25．75m，為確保施工及鐵路行車安全，結合常規工法，本工程采用“中導洞+雙側壁導坑”法施工。具體為先進行中導洞開挖，再進行雙側壁開挖，隧挖隨撐，及時施做初期支護及臨時支護，并待初期支護結構的拱頂沉降和收斂基本穩定后，拆除初期支護中的臨時中隔墻和臨時仰拱，最后施作結構仰拱和二襯[1]。

2 支護參數

隧道初支以錨桿、噴射混凝土、鋼拱架及鋼筋網組成綜合防護體系。在開挖完成后進行初支；初支由C25噴射混凝土、φ8雙層鋼筋網、φ25組合中空注漿錨桿(側墻設置）、I22b型鋼鋼架、φ22的雙層連接筋組成。臨時支護由C25噴射混凝土、φ8單層鋼筋網、I18型鋼鋼架、φ22的單層縱向連接筋組成。初支I22b型鋼鋼架和臨時I18鋼架，間距均為0．5m/榀。隧道初支和二次襯砌間，全環設置全包防水層，防水材料為1．5mm厚EVA塑料防水板，緩沖層以及仰拱防水板的保護層材料采用單位重量不小于400g/m2的無紡布，二襯及仰拱采用防水鋼筋混凝土。

3 臨時支護拆除

根據施工進度及監控量測的情況，在實際施工過程中，隧道貫通且支護結構受力穩定后，可進行二襯及仰拱施工。因隧道上方有鐵路既有線，通過監測隧道封閉成環后隧道支護體系的變形情況，確定變形情況在正常范圍內時，方可進行臨時支撐鋼架的拆除，沉降收斂達到穩定的標準為位移速率不超過0．2mm/d。

臨時支護拆除前還必須完成的仰拱及襯砌段落為：1．鐵路西側的第八段仰拱及填充施工；2．鐵路西側的蓋挖段和剩余暗挖段的中隔墻及底部仰拱的施工；3．暗挖段的南北側壁導坑的仰拱及填充的施工。

圖2 中隔墻及南北側壁導坑仰拱的施工示意圖

圖3 蓋挖、暗挖隧道仰拱施工分段縱斷面示意圖

4 臨時支護拆除步奏

根據暗挖隧道經驗施工方法，臨時支護拆除及后續施工順序為：布設監控量測點→搭設腳手架及布置防護安全網→鑿除噴射混凝土→臨時鋼架拆除→處理初支表面雜物→拆除位置補噴混凝土找平→鋪設防水材料→澆筑防水保護層→安裝結構鋼筋→澆筑二襯混凝土。但因本隧道下穿鐵路，既有線不間斷行車產生動載，且隧道跨度達26m，初支受力大。為確保既有線行車安全及隧道施工安全，應對臨時支護進行分段拆除，分段施做，做好防水保護層后進行支撐補撐以達到穩固支護結構的效果。臨時支護拆除工作自鐵路西側隧道北側開始。

為確保臨時支護拆除工程安全可控，將K0+415．4～+419．9段設置為拆除試驗段，根據拆除中監控量測的數據來指導和確定后續臨時支撐的拆除長度及加固措施。如變形不超過2mm/d，則按照4．5m/段正常進行拆除工作；如變形持續超過2mm/d，應立即停止拆除工作，并及時采取加固措施，加固完成后，應適當縮短拆除長度。本暗挖隧道的臨時支護拆除工作將整個隧道南北側各分為6段施工，如圖4所示：

第①步：進行隧道北側第一段所有臨時支撐拆除工作，施工此段仰拱及二襯；

第②步：進行隧道南側第一段所有臨時支撐拆除工作，施工此段仰拱及二襯，同時進行隧道北側第二段所有臨時支撐拆除工作，施工此段仰拱及二襯；

第③步：進行隧道南側第二段所有臨時支撐拆除工作，施工此段仰拱及二襯，同時進行隧道北側第三段所有臨時支撐拆除工作，施工此段仰拱及二襯；

第④步：進行隧道南側第三段所有臨時支撐拆除工作，施工此段仰拱及二襯，同時進行隧道北側第四段所有臨時支撐拆除工作，施工此段仰拱及二襯；

第⑤步：進行隧道南側第四段所有臨時支撐拆除工作，施工此段仰拱及二襯，同時進行隧道北側第五段所有臨時支撐拆除工作，施工此段仰拱及二襯；

第⑥步：進行隧道南側第五段所有臨時支撐拆除工作，施工此段仰拱及二襯，同時進行隧道北側第六段所有臨時支撐拆除工作，施工此段仰拱及二襯；

第⑦步：進行隧道南側第六段所有臨時支撐拆除工作，施工此段仰拱及二襯。

圖4 隧道拆除施工分段平面示意圖

在施工過程中，以隧道北側K0+415．4～+421．9段支撐拆除及換撐工法為例，具體支撐步奏如下：

圖5 臨時支撐拆除斷面示意圖

（1）布置變形觀測點，確保安全。拆除臨時支護鋼架前，進行監控量測點的布設，以5m為一個斷面布設，并取得拆除前的初始數據，必須保證每個拆除段有監測點，以保證隧道的安全。

（2）拆除北豎撐C和北豎撐D。隧道北側K0+415．4～+417．9段北豎撐C和北豎撐D逐榀拆除，采用人工手持風鎬，搭設鋼管腳手架作為工作平臺，鑿除豎撐C鋼架連接處⑤⑥處的噴砼，再鑿除兩榀鋼架之間的混凝土。然后采用電氣焊切斷鋼筋網及連接筋，去掉鋼架間的連接螺栓，對于不能去掉連接螺栓的鋼架直接采用氧乙炔切割，注意切割過程中應在臨時支護一側進行，以免影響初支結構穩定性，然后將鋼架取出。按照上述方式依次逐榀進行豎撐D的拆除[2]。

（3）北豎撐C和北豎撐D拆除后，對拆除面進行噴射混凝土并抹平處理后立即安裝第一段2．5m隧道仰拱的防水結構及防水保護層緩沖層。

（4）防水保護層達到一定強度后將第一榀和第五榀北豎撐C和北豎撐D臨時架設回原位置，以保證初支結構整體穩定，減少隧道斷面暴露時間。

（5）同理對隧道北側K0+417．9～+419．9段2m范圍內的北豎撐C和北豎撐D逐榀拆除，對拆除面進行噴射混凝土并抹平處理后立即安裝第二段2m隧道仰拱的防水結構及防水保護層緩沖層。

（6）防水保護層達到一定強度后將第九榀北豎撐C和北豎撐D臨時架設回原位置，以保證初支結構整體穩定，減少隧道斷面暴露時間。

（7）安裝隧道北側K0+415．4～+419．9段仰拱結構鋼筋后，移除臨時架設的北豎撐C和北豎撐D，澆筑仰拱混凝土。待混凝土達到初凝后，在仰拱混凝土表面鋪設土工布進行保護，并對接口鋼筋做好保護。

圖6 豎撐C、D鋼架拆除示意圖

（8）拆除北豎撐A和北豎撐B。對隧道北側K0+415．4～+419．9段北豎撐A和北豎撐B逐榀拆除，采用人工手持風鎬，搭設鋼管腳手架作為工作平臺，鑿除豎撐A鋼架連接處②⑤處的噴砼，再鑿除兩榀鋼架之間的混凝土。然后采用電氣焊切斷鋼筋網及連接筋，去掉鋼架間的連接螺栓，對于不能去掉連接螺栓的鋼架直接采用氧乙炔切割，注意切割過程中應在臨時支護一側進行，以免影響初支結構穩定性，然后將鋼架取出。按照上述方式依次逐榀進行豎撐B的拆除。

（9）拆除北橫撐E和北橫撐F。采用人工手持風鎬鑿除北橫撐E鋼架連接處①⑤處的噴砼，鑿除兩榀鋼架之間的混凝土，采用電氣焊切斷鋼筋網。

采用裝載機配合，切開鋼架間的連接鋼筋后，裝載機抬起北橫撐E鋼架，切斷鋼架連接處后，將臨時仰拱鋼架抬走。按照以上拆除方法依次逐榀進行北橫撐F的拆除。

（10）處理初期支護表面雜物。在各部位橫撐和豎撐鋼架拆除過程中，應將初支表面雜物清理干凈，為二襯防水層的施工創造有利條件。

（11）拆除位置補噴混凝土找平。在臨時支護拆除過程中，初支表面清理干凈后對拆除部位補噴C25混凝土，以便后續防水施工。

（12）二次襯砌施工。在對K0+415．4～+419．9段北豎撐A、北豎撐B、北橫撐E、北橫撐F、北豎撐C、北豎撐D拆除完成并對拆除節點位置噴砼找平后，開始此段二次襯砌防水層及鋼筋安裝的施工，并利用4．5m的襯砌臺車澆筑此段二次襯砌混凝土。

5 加固措施

在拆除臨時支撐過程中，沉降或收斂的速率持續超過2mm/d，應該立即采取加固措施，以確保施工安全。

（1）補強措施。在變形處施作L=3．5m，φ42mm的徑向注漿鋼花管，間距環＊縱=100cm＊100cm，梅花形布置。

（2）加固措施。在變形段初期支護內側按0．5m/榀增加I18型鋼鋼架支撐，鋼架間用φ22連接筋連接，防止變形過大造成初支侵限。加固之后，立即采用鋼花管進行徑向注漿加固圍巖，待圍巖穩定后拆除I18鋼架支撐。

圖7 加固措施示意圖

6 監控量測布設

監控量測點采用端部設置彎鉤的φ8mm鋼筋制成，隧道拱頂沉降采用精密水準儀、銦鋼尺，鋼卷尺，量測精度為±0．1mm；隧道水平收斂變形監測采用收斂儀，量測精度：±0．1mm；地表沉降監測采用精密水準儀、銦鋼尺，鋼卷尺，量測精度為±0．1mm。監測按5m一個斷面布設，共5個斷面，由于原來進行隧道開挖時，已經對隧道進行監控量測點進行布設，可以利用原監測點進行監測和數據采集，但必須保證每個拆除段有監測點。對現場損壞或缺失的監測點進行修補和增設，另外可根據現場實際拆除施工中的變形情況，適當加密監測點。

圖8 監控量測點斷面布置圖

初始拆除段即K0+415．4～+417．4段，由于此段位于洞口段，施工的安全風險較大，所以對此段監控量測點進行加密設置，按1m一個斷面布設，共2個斷面。對于拆除試驗段即K0+415．4～+417．4段，增加一組監控量測點，并加強監控量測頻率，監控量測段斷面布置圖如圖6．2。

監控量測頻率應根據拆除臨時支護進度來確定，并根據位移速度來考慮是否增大監控量測頻率。

監控量測工作應在拆除前進行初始數據的采集，然后在每拆除一段（4．5m/段）豎撐或橫撐（K0+415．4～ +417．4段每拆除一榀）時，就進行一次監測數據的采集和分析。其中拆除試驗段即K0+415．4～+417．4段每拆除二榀豎撐或橫撐，就要進行一次監測數據的采集和分析。如位移速度超過2mm/d，則將量測頻率增加一次。

7 試驗段成果

在實際施工過程中，對K0+415．4～+417．4段進行連續3天觀測，監控量測數據（部分）如下表所示：

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根據以上3日內連續對K0+415．4斷面的地表沉降點、拱頂沉降點及收斂點的監控量測數據進行對比分析，說明臨時支撐的拆除及換撐施工方式對隧道初支結構及地表沉降影響較小，可以滿足安全施工及鐵路行車安全的要求。

對后續施工中臨時支撐的拆除工作，按照隧道北側K0+415．4～+419．9段臨時支撐拆除方法和步驟依次逐段錯開進行隧道南北側臨時支撐的拆除，在拆除完成后及時進行仰拱填充及二次襯砌的施工。此外，在拆除前段支撐時，必須在后段襯砌砼強度達到80%以上才能進行。同時在拆除臨時支撐過程中，要及時進行監控量測工作，保證后續施工的安全、順利進行[3]。

8 結語

綜上所述，在城市下穿鐵路大跨度淺埋暗挖雙聯拱隧道施工過程中，根據隧道開挖斷面、地質水文條件等，選擇合適的工法是確保隧道施工安全質量的必要條件，臨時支護拆除是隧道二襯施工前的必要工序，也是隧道結構體系轉換，試驗段的施工是后續拆除工程的前提和保障，根據隧道結構形式、支護體系情況，設置合理的施工試驗段并科學記錄監控量測數據；支撐拆除及換撐順序及二襯跟進的時間按照試驗段監控量測數據進行分析，來指導后續施工。在本隧道工程中采用的臨時支護拆除及換撐的施工工法，保證了隧道安全施工及施工過程中鐵路既有線的安全行車，使該工程順利竣工通車。該項工法在今后相類似下穿鐵路、公路或河流的大斷面暗挖隧道中值得推廣。通過本工法施工全過程，建議歸結如下：嚴格按照方案進行實施，確保滿足安全要求；根據工程項目的地質情況、工期要求、物資材料資源供應、施工人員組織等情況合理科學的選擇分段分部長度；為加快施工進程，減少斷面暴露時間，在施工過程中合理進行組織規劃及場地布置，確保工序銜接緊密，提高安全保障。