淺埋暗挖大跨風(fēng)道臨時(shí)支撐拆除技術(shù)

楊會(huì)軍，王夢恕

(1.中鐵六局集團(tuán)有限公司，北京 100036;2.中鐵隧道集團(tuán)有限公司，河南洛陽 471009)

0 引言

CRD法(交叉中隔墻法)是軟弱地層淺埋暗挖大斷面地下洞室常用的施工方法，是在CD工法的基礎(chǔ)上演變而來的，其最大特點(diǎn)是控制早期沉降效果好，而且容易控制。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，CRD工法比CD工法減少地表下沉近50%。但是CRD工法的最大缺點(diǎn)是工序復(fù)雜、隔墻拆除困難、成本較高、進(jìn)度較慢。臨時(shí)支撐拆除就是其中一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。王夢恕、關(guān)寶樹、雷震宇和周順華等進(jìn)行了相關(guān)的研究:王夢恕［1］結(jié)合工程實(shí)踐，提出了臨時(shí)支撐拆除的時(shí)機(jī)、范圍、關(guān)鍵技術(shù)、控制標(biāo)準(zhǔn)等，關(guān)寶樹［2］提出了拆除的管理基準(zhǔn)，雷震宇等［3］研究了臨時(shí)支撐拆除的順序等。而本文是結(jié)合北京地鐵四號(hào)線宣武門車站西南風(fēng)道暗挖施工，研究CRD法臨時(shí)支撐拆除技術(shù)。監(jiān)控量測結(jié)果顯示臨時(shí)支撐拆除施工引起的地表沉降值比較小，制定和完善臨時(shí)支撐拆除控制標(biāo)準(zhǔn)，較以前標(biāo)準(zhǔn)有一定優(yōu)化。

1 工程概況

風(fēng)道開挖斷面尺寸為9.9 m×12.9 m(寬×高)，覆土厚度約10 m，設(shè)計(jì)采用CRD法施工:將風(fēng)道按高度分成3層、寬度分成2塊進(jìn)行開挖，每塊開挖尺寸約為 4.95 m ×4.3 m。

風(fēng)道頂部位于粉細(xì)砂層，中部位于卵石圓礫層、砂層，底部位于卵石圓礫層。地下水屬層間潛水，含水層為卵石圓礫⑦層，中粗砂充填，滲透系數(shù)大，為強(qiáng)透水層，水位標(biāo)高為22.60～23.32 m，潛水位位于開挖面以上0.84 m，層間潛水對(duì)風(fēng)道下部開挖影響較大。

2 臨時(shí)支撐拆除技術(shù)

臨時(shí)支撐采用20b工字鋼，間距50 cm;雙層φ6 mm鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格間距10 cm×10 cm;20 cm厚C20噴射混凝土。隨著Ⅰ～Ⅵ部開挖支護(hù)的完成，初期支護(hù)結(jié)構(gòu)一經(jīng)閉合，應(yīng)能承受土體的全部荷載和地面附加荷載，則臨時(shí)支護(hù)就不再受力;但是，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、注漿施工、支護(hù)參數(shù)等方面的誤差，可能會(huì)在拆除時(shí)產(chǎn)生受力過大等異常狀況。這些差別將會(huì)給結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和安全造成一定影響，所以在拆除臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)謹(jǐn)慎處理。

2.1 施工工藝

暗挖隧道拆除臨時(shí)支撐施工順序?yàn)?施工準(zhǔn)備—仰拱、拱墻回填注漿—檢測隧道凈空—破除臨時(shí)支撐系統(tǒng)混凝土—逐榀拆除臨時(shí)支撐—清理工作面—砂漿抹平。

臨時(shí)支撐拆除施工工藝流程如圖1所示。

2.2 施工關(guān)鍵技術(shù)

1)拆撐時(shí)機(jī)。大量實(shí)踐證實(shí)，把握好臨時(shí)支撐拆除時(shí)機(jī)是控制由拆撐引起的地表沉降的重要因素。根據(jù)對(duì)實(shí)施過程中結(jié)構(gòu)受力，變形進(jìn)行模擬分析，發(fā)現(xiàn)過早拆除臨時(shí)支撐系統(tǒng)對(duì)控制施工過程中結(jié)構(gòu)變形極為不利，對(duì)中墻結(jié)構(gòu)穩(wěn)定也有影響。因此，應(yīng)在開挖和初期支護(hù)全部完成后，且各斷面位移充分穩(wěn)定后，開始洞內(nèi)臨時(shí)支撐的拆除。

2)輔助施工。在隧道下部臨時(shí)支撐拆除前，應(yīng)對(duì)上部臨時(shí)支撐進(jìn)行穩(wěn)定性檢查，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行加固處理。

3)拆撐范圍。從安全和一次灌注混凝土長度兩者結(jié)合考慮，取臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)一次拆除長度以0.5D～1D為宜，拆除長度不宜過長，在本工程中拆除長度為5 m。

4)對(duì)稱拆撐。臨時(shí)支撐采取分段、分部拆除的方式進(jìn)行，拆除的順序是由下往上進(jìn)行，拆除里程段要對(duì)稱。

5)間隔拆除。臨時(shí)支撐一定要間隔拆除，防止因拆除引起隧道結(jié)構(gòu)受力變化引起大變形。

6)后續(xù)工序緊跟。縱向每拆除一段后(一次拆除長度)，應(yīng)立即對(duì)因拆除而在初期支護(hù)上留下的空洞進(jìn)行回填注漿。并立即進(jìn)行鋪底，鋪底達(dá)30 m后，即可進(jìn)行側(cè)墻、中隔板和拱部二次模注。

圖1 臨時(shí)支撐拆除工藝流程Fig.1 Flowchart of temporary support dismantling

3 地層變位特征

3.1 監(jiān)控量測

結(jié)合施工及監(jiān)測經(jīng)驗(yàn)，監(jiān)測主要以位移監(jiān)測為主，主要進(jìn)行地表沉降和拱頂下沉監(jiān)測［4－6］。監(jiān)測點(diǎn)布置見圖2。

圖2 西南風(fēng)道地表沉降測點(diǎn)布置圖Fig.2 Layout of ground surface settlement monitoring points of southwest ventilation tunnel

3.2 監(jiān)測結(jié)果分析

通過對(duì)西南風(fēng)道臨時(shí)支撐拆除施工過程的監(jiān)測，得到臨時(shí)支撐拆除引起地表沉降、拱頂下沉監(jiān)測結(jié)果如圖3和圖4所示。

1)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，拆撐施工引起的地表沉降值比較小，為1.16 ～4.66 mm，占地表總沉降值的5.86% ～22.52%(地表總沉降值19.8 mm)。曲線呈現(xiàn)臺(tái)階緩慢變化，平均速率為0.009 7 mm/d。通常，拆撐施工后即刻產(chǎn)生沉降，但是很快趨于穩(wěn)定。

2)拆撐期間，拱頂下沉增加5.2 mm，平均速率為0.048 mm/d，遠(yuǎn)小于拆撐監(jiān)測的控制標(biāo)準(zhǔn)(結(jié)構(gòu)安全標(biāo)準(zhǔn)為穩(wěn)定值0.1 mm/d)。

3)拆撐施工引起的沉降主要出現(xiàn)在2層臨時(shí)仰拱拆除施工階段，2層的拆除施工對(duì)地表沉降的影響最顯著。3層中隔壁拆除施工引起的地表沉降值很小;但是，3層中隔壁的拆除引起了拱頂下沉的突變達(dá)到3 mm，這主要是由于拆撐長度超過6 m所引起的，隨后立即采取加固措施，嚴(yán)格控制拆除范圍在6 m以內(nèi)，拱頂沉降變化隨后趨于緩慢。

4)臨時(shí)支撐拆撐引起的洞室水平收斂平均小于2 mm，主要發(fā)生在風(fēng)道中層板的拆除過程中，中隔壁的拆除對(duì)其影響較小。

5)從實(shí)踐情況看，中隔墻及2道橫撐拆除后，對(duì)地表沉降和拱頂下沉影響都很小。

分析認(rèn)為，拆撐施工工藝合理，采取先破除中隔壁及臨時(shí)仰拱混凝土，再割除臨時(shí)鋼支撐，采取間隔跳段拆除，每段拆除長度較短，控制在6 m以內(nèi)，減少了由拆除長度大引起的應(yīng)力集中釋放［7－8］，從而有效控制了沉降值。這也說明，整個(gè)初期支護(hù)結(jié)構(gòu)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，再拆除洞內(nèi)的臨時(shí)支撐，這樣安全度較高，且對(duì)限制施工引起的地層變位有利。

4 CRD法臨時(shí)支撐拆除控制標(biāo)準(zhǔn)

4.1 臨時(shí)支撐拆除時(shí)間確定標(biāo)準(zhǔn)

在臨時(shí)支撐拆除施工中，拆除時(shí)機(jī)非常重要，依據(jù)初期支護(hù)結(jié)構(gòu)變形穩(wěn)定性來確定。淺埋暗挖隧道CRD法施工初期支護(hù)結(jié)構(gòu)變形滿足如表1所示的控制標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，可進(jìn)行臨時(shí)支撐拆除。

表1 CRD法初期支護(hù)臨時(shí)支撐結(jié)構(gòu)變形建議控制標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Suggested control standard for structural deformation before temporary support dismantling in CRD method

4.2 臨時(shí)支撐拆除過程控制標(biāo)準(zhǔn)

分析宣武門車站CRD法施工臨時(shí)支撐拆除施工過程監(jiān)測分析，為了保證結(jié)構(gòu)剛度和安全，在原有拆除臨時(shí)支護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測的控制標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行修正，如表2和3所示。

表2 臨時(shí)支撐拆除監(jiān)測建議控制標(biāo)準(zhǔn)Table 2 Suggested monitoring control standard for temporary support dismantling

表3 臨時(shí)支撐拆除位移建議控制標(biāo)準(zhǔn)Table 3 Suggested displacement control standard for temporary support dismantling

5 結(jié)論

臨時(shí)支撐拆除是CRD工法施工中一道重要的工序，施工中應(yīng)予以高度重視。通過分析研究，提出臨時(shí)支撐拆除時(shí)間控制、拆除范圍、關(guān)鍵技術(shù)、施工效應(yīng)控制基準(zhǔn)等。

1)臨時(shí)支撐拆除時(shí)間確定，應(yīng)以初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定為基礎(chǔ)，通常通過對(duì)拱頂下沉、水平收斂，以及內(nèi)力變化來評(píng)價(jià)初期支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，只有在初期支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定后，方可進(jìn)行臨時(shí)支撐拆除。

2)臨時(shí)支撐拆除的基本原則是分段保護(hù)、分段拆除，先保護(hù)、后拆除。

3)臨時(shí)支撐拆除范圍原則上取隧道跨度，當(dāng)環(huán)境要求嚴(yán)格時(shí)，應(yīng)減小拆撐的范圍。

4)臨時(shí)支撐拆除施工引起地表沉降為1.16～4.66 mm，占地表總沉降值的5.86% ～22.52%(地表總沉降值19.8 mm)。中隔墻及兩道橫撐拆除后，對(duì)地表沉降和拱頂下沉影響都很小。

5)制定和完善了臨時(shí)支撐拆除控制標(biāo)準(zhǔn)，較以前標(biāo)準(zhǔn)有一定優(yōu)化。

［1］ 王夢恕.地下工程淺埋暗挖技術(shù)通論［M］.合肥:安徽教育出版社，2005.

［2］ 關(guān)寶樹.隧道工程施工要點(diǎn)集［M］.北京:人民交通出版社，2003.

［3］ 雷震宇，周順華.淺埋大跨度隧道臨時(shí)支撐的拆除分析［J］.工程力學(xué)，2006，23(9):120 － 124.(LEI Zhenyu，ZHOU Shunhua.Removal analysis on temporary support of large-span tunnel under shallow cover［J］.Engineering Mechanics，2006，23(9):120 －124.(in Chinese))

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［7］ 王明年，李志業(yè)，關(guān)寶樹.3孔小間距淺埋暗挖隧道地表沉降控制技術(shù)研究［J］.巖土力學(xué)，2002，23(6):821－824.(WANG Mingnian，LI Zhiye，GUAN Baoshu.Research on controlling measures for ground surface settlement of three little distance parallel shallow embedded tunnels［J］.Rock and Soil Mechanics，2002，23(6):821 －824.(in Chinese))

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