華石路下穿隧道暗埋段施工方法分析

銀思程

（中鐵二十局集團南方工程有限公司，廣東 廣州 511340）

1 工程概況

G345國道改擴建QD-SG1標段在江蘇省啟東市火車站站前廣場段設華石路處下穿隧道。下穿隧道采用標準的單箱雙室6車道，隧道寬度、高度設計分別為30.7 m、6.35 m，隧道主體結構采用C40鋼筋混凝土矩形箱體結構，建筑限界高度5.0 m。該隧道暗埋段臨近啟東市火車站站前廣場，距離人防地下室約138 m，隧道周邊無建筑物，在起點線路左側有5處居民房屋，距離隧道紅線38 m。該隧道共分43個節段，全長888 m，采用一級公路標準，平均時速為100 km/h。其中，暗埋段共有14個節段，暗埋段總長308 m，平均每個節段長22 m。

華石路隧道主體結構施工工期僅有12個月，其中隧道暗埋段主體結構可施工時間僅有4個月。在一年時間內需完成隧道的基坑開挖及支護，主體結構的鋼筋、混凝土、防水、模板、支架、基坑回填等不同工序的施工轉換。因此，該工程具有工期緊、任務重的特點。隧道毗鄰啟東火車站，周邊社會車輛及人員數量多，施工過程中易受周邊環境影響；前期施工暗埋段隧道時大型機械無法進到基坑底作業，受現場條件限制，只能在線路左側設置單側便道，在狹長的作業區域內需投入大量人力、施工機械，再加上工期緊，無法充分開展施工作業。隧道基坑開挖深度為 2.3～10.5 m，基坑寬度為 36.7～59.4 m，地下水位高程在0.6～1.0 m變化，基礎土質多為粉質性土，整體承載力差。在基坑內各節段施工時，各工序之間交叉干擾作業多，具有安全管理難度大等特點。

2 模板臺車機構設計方案

暗埋段隧道施工模板臺車經過荷載計算，采用的是重160 t、高 6.1 m、寬 13.8 m 的鋼模板臺車，主體由模板、臺架、平移機構、門架和行走機構組成，動力推動部分采用的是液壓系統，總體重力支撐靠千斤頂，控制中心由電氣控制系統組成。

模板部分：頂模板采用長度為6.9 m、寬度為3 m的鋼模板，鋼模板厚度設計為6 mm，頂部模板由3塊頂模組成。模板面板的兩端支撐在次愣上。次愣靠主楞進行重力支撐。通過荷載計算，設計的臺車模板的強度、撓度等各項指標均符合設計規范的要求。

臺架部分：臺架由11架門梁、11根型鋼和11組桁架組成。臺架的主要作用是承重，來自自身重力和澆筑的混凝土的重力。其門梁用鋼板焊成“工”字形截面，焊接工人需持證上崗。焊接質量均嚴加檢測，保證符合要求。橫梁設計采用350 H型鋼，桁架采用［10#組合焊接制成。

門架部分：包括下縱梁、立柱、橫梁和縱梁。所有的橫梁和柱子通過一根聯結梁和一根斜拉條連接固定，每一根都用螺釘固定在一起，是全橋式起重機的主要承載部件。門架下部的橫梁采用鋼板焊接而形成“工”字形橫斷面。為了提高門框對混凝土的側向力，柱子和橫桿分別用“工”字形鋼板進行加固。支架的支腳要有傾斜支撐以避免側傾。單個平臺承荷范圍經過核算為76 m2。設計的梁、柱在強度、撓度等各項指標均符合設計規范的要求。

行走機構：臺車的行走機構是一個獨立的門洞，包括6個主動裝置和6個隨動裝置。該主動裝置采用6個2.2 kW的同步電動機帶動擺線減速器，并用齒輪箱帶動門架。通過電動機的正、反向運動來控制臺車的前進和后退運動；它起到行走作用，支持靠液壓頂桿和機械頂桿受力。

液壓系統：液壓系統主要是由10個豎向油缸和1套復雜的動力泵站組成。側向模的豎直和脫下是用側向模具的伸長棒實現的；它既能支撐側板，又能承受側壁混凝土的應力，在重要數據指標上又能承受16 MPa的工作壓力和30 t的沖力。10個豎向油缸各由2個換向閥控制。每個豎向油缸的鎖定主要靠液壓鎖緊閥，這個閥門能對油缸起到保障作用，對臺車澆注時油缸的位置進行控制。本項目的電機和液壓系統是從外部采購進來的，進廠后由監理人員和甲方相關人員進行了報驗程序，隨后進行了設備實驗和壓力校驗，對設備的安全性能、重要技術指標和嚴密性泄漏方面等做了最終檢驗。

支承千斤頂：支架千斤頂包括臺式千斤頂、側向千斤頂、門框千斤頂3個部分。橫向起重器用于支撐混凝土橫向壓強，調節側板的定位，架與支架下部的縱橫梁相連，支撐于軌道表面，起到承載平臺和混凝土作用，保證平臺車輛的穩定。

電氣系統：電氣系統主要用于控制液壓系統油泵電機。通過控制器控制電機的正轉和反轉。在安全方面，電機同樣設置有保護功能，當超過設計數值時，就會停止運行。最好選擇裝有過載保護安全閥的系統。

3 下穿隧道支架設計方案

3.1 準備工作

按照隧道主體工程的設計，暗埋區支架布置采取了帶螺紋的盤扣式鋼管滿堂支架［1］。支架搭設前，將盤扣支架底托放置于施工結束的底板混凝土上。注意在底托下部混凝土不平整的部位塞墊干硬砂漿或薄鋼板找平，在倒角處通過支墊楔形木塊、增設錨固筋固定。

在搭設支架前參照隧道暗埋段頂板底高程對支架高度進行精確計算，保證支架搭設準確度。材料進場后，由工程部技術人員對支架的產品合格證、產品性能檢測報告及盤扣、鋼管、配件、加固件按照規范要求進行檢查、驗收，不合格的材料和配件不允許使用并要求退場。

3.2 測量放線

在底板混凝土澆筑完成且強度滿足要求后，對盤扣支架立桿位置進行平面放樣，確定立桿平面位置，搭設前根據不同部位計算出各立桿、頂底、底托高度，編制各桿件配置表。按照預先確定的編號、尺寸、位置搭設。現場測量控制時根據隧道暗埋段橫向頂板厚度變化選定每4.8 m作為一個控制斷面，施工時提前掛線、做點標識立桿預定位置。

3.3 支架布設

施工中，支架分段搭設，由短距離至長距離分層進行。搭設順序為先立桿，再橫桿，斜撐及時跟進，每一層的橫桿的高度不超過1.5 m，施工時要根據場地標高及平整度調整立桿和橫桿的垂直度和水平度，保證誤差在容許的范圍之內［2］。搭設時，不匹配的托架和附件不可在相同的框架中混用。在支架布設方案中，該盤扣托架由標準的外徑為60 mm×3.2 mm 的桿組成，立桿頂部裝有“ U”形頂托，頂托上垂直裝配I10#“工”字鋼。將10 cm×10 cm的方木橫向安裝在“工”字鋼上，其間距為25 cm，并在水平方向鋪設2.5 cm厚的竹橡膠作為面板。頂模和側模采用大型鋼模板和木模相互組合，側模內設三段止水拉桿，拉桿采用22 mm高強拉桿。支架布置為縱、橫間隔1 200 mm，橫向間隔1 500 mm。支架布置平面圖如圖1所示，側面圖如圖2所示。縱、橫向：在支架四周外立面向內的第一跨每一層均設置豎向斜桿，在架體區域內每隔4跨由底至頂縱、橫向均設置豎向斜桿。在架體頂部設置頂層水平斜桿或扣架鋼管水平剪刀撐。在支架頂部采用厚鋼管設置水平剪刀撐，每步采用轉向扣件與立桿扣接。

圖1 盤扣支架布置平面圖 （單位：cm）

圖2 支架布置側面圖 （單位：cm）

3.4 支架驗收

為了保證水平桿的水平度，第一層支架用水管法調整水平桿位置盤扣的高度。同時，在第一層水平桿安裝結束時會同監理和甲方人員檢查立桿底托是否存在松動和懸空的現象，若存在異常，及時整改。支架搭設經過預壓試驗驗收后，才可進行模板安裝。支架預壓荷載采用對稱平衡同步卸載進行一次性卸載。

支架搭設結束后，項目部先組織質量、安全、技術各部門共同對支架進行驗收［3］。驗收內容包括底托、頂托、水平桿、立桿、自鎖銷等，逐項進行驗收，不可遺漏。驗收合格后再向監理單位報檢驗收，待總監辦驗收合格后在支架上懸掛支架驗收合格記錄牌。

4 模板安裝和混凝土澆筑

頂板底模采用竹膠板拼裝，在拼裝模板前先測量放樣，再將加工好的模板半成品原位進行拼裝、修正。隧道頂板施工時模板分為底模、側模兩個部分。

4.1 底模安裝

支架預壓完成卸載后開始重新調校線型，清掃干凈后可安裝底模［4］。底模采用厚度為1.5 cm的竹膠板作為面板，模板底部用10 cm×10 cm方木作為橫向梁，間距為25 cm；方木下部、支架頂托上放置［10#“工”字鋼縱向梁，間距與立桿橫向間距相同；單塊竹膠板尺寸設計為 2.4 m×1.2 m×1.5 cm，按測量放線點進行鋪裝，施工時模板拼縫應順直、美觀，模板拼縫嚴密，拼縫≤2 mm，板與板接縫處用雙面膠進行止漿處理，底模平整度應滿足規范要求。

為方便在鋼筋綁扎完成后，澆筑混凝土前清洗鋼筋和模板，根據實際情況在底模上分別開2處10 cm×10 cm的泄水孔，沖洗后再用10 cm×10 cm的竹膠板封閉，竹膠板四周涂上玻璃膠，同時用木方對竹膠板進行加固處理，避免澆筑混凝土時漏漿。

4.2 墻身模板加固

側墻外模板采用6 mm厚的大塊鋼模板，內側模板采用15 mm厚的竹膠板，內側模板內楞采用豎向斷面尺寸為10 cm×10 cm、間距為30 cm的方木，外楞采用雙拼［10#槽鋼。外側模板2.25 m高度范圍內水平方向上共設置3排止水拉桿，間距按80 cm×100 cm布置。

4.3 混凝土澆筑

隧道暗埋段頂板混凝土采用斜面分層整體推移的澆筑順序，各個節段施工時配備66 m汽車泵1臺、混凝土運輸車6輛、70 mm插入式振搗棒4根、4 m長小型振動梁1臺。自線路右側向左側、小里程方向大里程方向的順序呈“Z”形逐步連續推進。豎向分3層澆筑，最后一層為20～30 cm。一層布料振搗結束后往前推進4～6 m時再往回澆筑上一層，保證在下一層的初凝之前完成，振動棒插入下一層不小于10 cm，確保上下層連成一個整體。在混凝土澆筑過程中安排作業人員觀測支架有無異常，如遇險情及時停止混凝土澆筑，待加固穩固后再繼續澆筑［5］。

5 核算結論

支架荷載計算具體參照《華石路隧道暗埋段頂板承插型盤扣支架自算書》，支架方案報咨詢單位核驗后，方案可行。通過咨詢單位驗算分析，采用計算機輔助軟件，根據荷載組合，采用空間體系，建立結構模型，對立柱、梁、整體結構穩定性3個方面進行空間模板核驗，最終得出結論。

按照技術規程，［10#“工”字鋼筋采用Q235，主梁的彎曲強度和主梁的抗剪承載力分別為215 MPa和125 MPa。立桿采用Q345A鋼，耐壓強度 305 MPa。按規定，在承載后發生彎曲的柱體，其彈性變形為對應的技術跨度的1/400。

通過驗算“工”字鋼最小正應力為-152 MPa，最大正應力為 160 MPa，小于215 MPa，最大剪應力為 94 MPa＜125 MPa，滿足規范要求。最大撓度為2.62 mm，該數值小于1 200/400=3 mm，經過比較，以上各方面均符合規范要求。

根據模型核算結果，立柱最大壓應力為141 MPa，比較結果 141 MPa＜305 MPa；計算出來的最大撓度為2.42 mm，1 000/400=2.5 mm，比較結果 2.42 mm＜2.5 mm，滿足規范要求。采用同樣的核算方式進行抗傾覆穩定性實驗，本項目計算結果為 4.3，根據比較 4.3＞1.3，滿足“傾覆穩定系數應不小于 1.3”［3］的要求。

6 結束語

華石路下穿隧道順利通車，大大改善城市整體面貌，提升了城市品位和城市承載力，充分發揮了當地的地理環境優勢，進一步緩解了整個啟東市的交通壓力，為當地居民出行創造了便利，受到附近廣大市民的好評，也為車站服務提供了便利。本工程的模板臺車和支架搭設方案大大提高了工作效率和質量，經過驗證，方案科學合理且安全可行，對其他公路下穿隧道工程起到很好的借鑒作用。