隧道非爆破開挖施工技術(shù)實踐

童崢嶸

摘要：江門市南山路K0+780隧道周邊300m范圍內(nèi)存在大量民居、工廠和三座高壓線塔，這些設施對爆破施工振動極為敏感，拆除和遷改這些設施費用高昂，但又避免不了爆破所帶來的一系列安全問題，因此采取非爆破（機械）開挖是一種技術(shù)可行、安全可靠的選擇。

關(guān)鍵詞：隧道工程；非爆破開挖；機械開挖；施工技術(shù)；雙連拱暗挖隧道 文獻標識碼：A

中圖分類號：U455 文章編號：1009-2374（2016）11-0097-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.11.048

1 概述

1.1 工程概況

武寧西海大橋跨越柘林水庫，北接柘林水庫孤山，南接窯塅島，起訖樁號為K4+035.5～K5+084.5，全長1.049km。上部結(jié)構(gòu)采用預應力混凝土先簡支后連續(xù)T梁。全橋共有水上基礎(chǔ)50座，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式為由兩根墩柱式樁基和一根水下系梁結(jié)合而成的門式結(jié)構(gòu)。系梁頂標高63.0m，尺寸為1.5m×1.8m和1.8m×2.0m兩種，對應鋼護筒直徑分別為2.3m和2.5m。

1.2 水文

橋址區(qū)柘林水庫水深7.7～17.80m，庫區(qū)水位可控，最高水位標高63.0m，最低水位低于系梁底。水庫主要接受大氣降水和相鄰分叉支流補給，庫區(qū)水位一定程度上受大氣降水影響，大雨可能會導致水位快速上升。

2 設計要求

（1）項目工期緊張，需要一個操作簡單、倒用便捷的施工方案，以實現(xiàn)快速施工；（2）盡量利用圍堰結(jié)構(gòu)作為系梁模板，以減少成本投入。

3 圍堰結(jié)構(gòu)設計

3.1 圍堰特點

3.1.1 結(jié)構(gòu)特點。吊箱圍堰由底板結(jié)構(gòu)、側(cè)板結(jié)構(gòu)、吊掛結(jié)構(gòu)和封底混凝土四個部分組成。底板共一塊，兩端為圓弧形，倒八字結(jié)構(gòu)，兩側(cè)設置銷孔，通過銷軸與直側(cè)板相連。側(cè)板分為六塊整體模板，其中直側(cè)板兩塊，兩側(cè)設置螺栓孔與弧形側(cè)板連接，下端設置銷孔與底板銷接，上端與吊掛結(jié)構(gòu)銷接，同時兼作系梁側(cè)模板；弧形側(cè)板四塊，分為正反兩種。正反側(cè)板之間通過銷軸連接。吊掛扁擔梁通過銷軸與直側(cè)板連接，兼做橫向連接系使用。

3.1.2 施工特點。與其他吊箱圍堰相比本圍堰主要有三個顯著特點：一是本圍堰結(jié)構(gòu)總體重量輕，可在岸上整體拼裝再運至設計位置整體起吊下放，不需要大型浮吊就能滿足施工要求；二是本結(jié)構(gòu)各構(gòu)件支架大多采用銷軸連接，拆除方便，可完全倒用；三是直接利用圍堰側(cè)板和鋼護筒作為系梁模板，可大大減少材料投入和縮短施工周期。

3.2 底板結(jié)構(gòu)

底板共一塊，面板為6mm鋼板，小加勁肋為[8槽鋼，間距37cm；大加勁肋采用2[14b型鋼，間距85cm。大加勁肋兩側(cè)設置銷孔，通過銷軸與直側(cè)板相連。兩端為弧形邊，倒八字結(jié)構(gòu)，以便拋添砂袋澆筑封底混凝土。

3.3 側(cè)板結(jié)構(gòu)

直側(cè)板面板為6mm鋼板，水平加勁肋為[8槽鋼，豎向間距40cm；背帶采用2[14b型鋼，間距85cm。每根背帶底部均設置銷孔，頂部兩側(cè)型鋼上設置吊掛銷孔。弧形側(cè)板面板為6mm鋼板；豎向加勁肋為[8槽鋼，每對應圓心角15°弧長處設置一道；橫向加勁肋采用2[8槽鋼，豎向間距80cm。弧形側(cè)板分為正反兩種，僅連接處不同。正反弧形側(cè)板之間通過銷軸連接，弧形側(cè)板與直側(cè)板之間通過螺栓連接。

3.4 吊掛結(jié)構(gòu)

吊掛結(jié)構(gòu)由牛腿和扁擔梁組成，牛腿采用2I20b型鋼焊接。扁擔梁采用2I28b型鋼，下部焊接耳板，設置銷孔。扁擔梁與直側(cè)板通過銷軸連接。澆筑封底混凝土時無需另設吊掛結(jié)構(gòu)。

3.5 封底混凝土

封底混凝土采用C30水下混凝土，厚度為0.6m。

3.6 連接設計

3.6.1 直側(cè)板底板連接。在側(cè)板和底板連接處型鋼上開Φ31mm的孔，并用M30螺栓銷接側(cè)板與底板。銷接后保證直側(cè)板能夠自由轉(zhuǎn)動，方便圍堰的拆除，見圖3。

3.6.2 直側(cè)板與弧形側(cè)板連接。直側(cè)板與弧形側(cè)板通過螺栓連接。在連接型鋼上開Φ28mm孔，上M27螺栓。

3.6.3 正反弧形側(cè)板之間連接。為了方便圍堰整體拆裝和倒用，將弧形側(cè)板分為正反兩塊，通過M27螺栓連接。連接后保證弧形側(cè)板能繞連接軸自由轉(zhuǎn)動。在兩塊弧形側(cè)板連接處設置密封橡膠墊，以保證拼裝完成后圍堰的水密性，見圖4。

4 結(jié)構(gòu)計算

4.1 封底混凝土計算

封底混凝土厚度為0.6m，抗浮和抗沉計算中混凝土與鋼護筒之間的握裹力取0.12MPa計算。

4.1.1 圍堰抗浮計算。圍堰抗浮計算工況為高水位抽水工況，主要荷載有圍堰自重、封底混凝土自重、混凝土與護筒的握裹力及水浮力。經(jīng)計算在抽水工況下整體抗浮安全系數(shù)為3.2。

4.1.2 圍堰抗沉計算。圍堰抗沉計算工況為低水位澆筑系梁工況，主要荷載有圍堰自重、封底混凝土自重、混凝土與護筒的握裹力及系梁砼自重。經(jīng)計算在澆筑系梁工況下整體抗沉安全系數(shù)為1.11。

4.2 各構(gòu)件受力計算

4.2.1 計算荷載。根據(jù)工程水文、氣候條件和圍堰的施工工藝，作用于圍堰上的主要荷載有靜水壓力、水浮力、系梁自重及澆筑系梁時混凝土側(cè)壓力、封底混凝土自重。

4.2.2 計算工況。

工況1：高水位抽水工況：此工況不利荷載有封底混凝土自重、圍堰自重、水浮力及靜水壓力。

工況2：低水位澆筑系梁混凝土工況：此工況最不利荷載有封底混凝土自重、圍堰自重及系梁混凝土自重。

4.2.3 內(nèi)力計算。圍堰結(jié)構(gòu)內(nèi)力采用整體模型建模計算，計算結(jié)果見表1：

5 圍堰施工

5.1 圍堰的拼裝與安裝

圍堰在工廠加工好后運至碼頭并拼裝成整體，再利用船舶將圍堰運輸至設計位置。利用水上浮吊整體下放圍堰，當圍堰底板下放到牛腿底標高以下時，臨時吊掛圍堰。在設計位置焊接牛腿。繼續(xù)下放圍堰至設計位置，并將吊掛分配梁與牛腿焊牢。

5.2 封底混凝土澆筑

向圍堰內(nèi)倒八字凹槽內(nèi)拋填砂袋，利用導管法澆筑封底混凝土。混凝土強度等級為C30，厚度0.6m，見圖5：

5.3 系梁混凝土澆筑

待封底混凝土達到設計強度90%后，圍堰內(nèi)抽水直至抽干。在鋼護筒上系梁對應位置開口，綁扎系梁鋼筋，利用圍堰直側(cè)板和鋼護筒作為系梁模板澆筑系梁混凝土。

5.4 圍堰的拆除與倒用

5.4.1 系梁混凝土強度達到70%以后，解除弧形側(cè)板與直側(cè)板之間的螺栓連接，并將弧形側(cè)板向兩側(cè)轉(zhuǎn)動，利用浮吊沿護筒垂直吊出弧形側(cè)板并倒用至下一位置，見圖6：

5.4.2 用浮吊吊掛直側(cè)板后解除直側(cè)板與吊掛分配梁之間的連接，整體下放直側(cè)板和底板。從一側(cè)拉出直側(cè)板和底板，倒用至下一位置。最后拆除吊掛分配梁和牛腿，見圖7：

6 結(jié)語

（1）將直側(cè)板與底板之間連接設計為銷接，在工廠加工，制造拼裝和拆除非常方便，且拆除不損傷原結(jié)構(gòu)，方便倒用；（2）將弧形側(cè)板分成正反兩部分，正反弧形側(cè)板之間采用銷軸連接，拆除倒用非常方便；（3）直接采用圍堰側(cè)板和鋼護筒作為系梁模板，可以減小模板投入和模板安裝時間。

參考文獻

[1] 鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范（GB 50017-2003）[S].

[2] 周水興，何兆益，鄒毅松，等.路橋施工計算手冊

[M].北京：人民交通出版社，2014.

（責任編輯：小 燕）