隧道工程鋼圍檁、支撐及系梁施工實例分析

皮海波 （鐵道戰(zhàn)備舟橋處，山東 齊河 251100）

1 工程概況

亳州市建安隧道工程位于亳州市城區(qū)，線路全長1280m。隧道呈南北走向，南起建安路-白果樹街交口南側(cè)，下穿人民路、渦河南路，穿越渦河及渦河北路后，于規(guī)劃路南側(cè)接地。隧道岸邊段采用明挖順做法施工，河中段設(shè)圍堰明挖順做通水不斷航施工。河中段圍堰分為兩期施工，圍堰外側(cè)為雙排拉森鋼板樁圍堰，中部設(shè)φ800@1000mm鉆孔灌注樁作為圍護(hù)樁。圍堰支撐除第一道支撐為混凝土支撐外，余下道支撐為鋼支撐，包括鋼圍檁、支撐、系梁。鋼圍檁由2片H型鋼（HM500×300×11×18）拼接板焊接而成。鋼肋為464×130×20，間距為800 mm，支撐節(jié)點處的鋼肋加密，間距為250 mm。鋼支撐采用φ609鋼管，壁厚16 mm。鋼管支撐分節(jié)制作，管節(jié)間采用法蘭盤螺栓連接。預(yù)加軸向力裝置設(shè)置在端部（僅一端）。鋼系梁采用兩根H型（HM400×300×10×16），安裝在鋼立柱的牛腿上。鋼圍檁、鋼支撐、鋼系梁、鋼格構(gòu)柱構(gòu)造見圖1。

圖1 鋼圍堰橫斷面圖

2 鋼圍檁、支撐及系梁施工要點

2.1 施工工藝流程（見圖2）

圖2 鋼支撐安裝工藝流程圖

2.2 鋼圍檁安裝

挖掘基坑至支撐0.5m以下的高度后，根據(jù)整個隧道工程的控制軸線和水準(zhǔn)點，準(zhǔn)確定位鋼圍檁的軸線和高程。鋼圍檁加工：鋼圍檁采用雙片H型鋼（HM500×300×11×18）焊接而成。施工吊籃根據(jù)支撐間距焊接在相應(yīng)的支撐位置。鋼圍檁根據(jù)節(jié)段長度分段加工。鋼圍檁安裝：鋼圍檁按支撐安裝的順序分段吊裝，安裝時通過履帶式起重機放置在鋼支架上。安裝鋼圍檁后，應(yīng)檢查鋼支架是否因沖擊而松動。若鋼圍檁安裝后與鋼支架之間有間隙，應(yīng)使用鋼楔填塞密實并焊接牢固。鋼圍檁與圍護(hù)樁之間的少量空隙填充強度不低于C30的細(xì)石混凝土。

2.3 鋼管支撐安裝

2.3.1 鋼管橫撐安裝

由于鋼立柱的位置位于線路中心線右側(cè)2m，每根鋼管橫撐分為兩部分組裝，第一部分為17.45m，第二部分為9.45m。鋼管支撐在加工場進(jìn)行預(yù)拼，檢查合格的鋼管支撐用履帶式起重機，將第一部分吊裝到位（鋼支撐一端與左側(cè)鋼圍檁拼接，另一端從系梁突出2m，以便于與第二部分拼接），25t起重機用于吊裝第二部分鋼管支撐。支撐吊裝采用兩點吊裝，吊裝過程中支撐必須保持穩(wěn)定，無碰撞，不變形。在將鋼管支撐吊裝到位后，通過人工輔助將支撐調(diào)整到設(shè)計位置。由于圍護(hù)樁的施工誤差,造成鋼支撐的端部不能與鋼圍檁表面緊密接觸，因此必須在圍檁表面和支撐端頭之間添加鋼板墊片，以確保支撐件受軸向應(yīng)力。在臨時固定支撐之后，及時檢查每個節(jié)點的連接狀態(tài)，并且在確認(rèn)滿足要求之后用千斤頂施加預(yù)壓軸向力。當(dāng)施加壓力時，千斤頂被置于活動端頭的頂部位置，并且2臺液壓千斤頂?shù)奈恢帽仨毷菍ΨQ且平行的。在施加預(yù)壓軸向力時，應(yīng)注意保持2臺千斤頂同步進(jìn)行。施加預(yù)壓應(yīng)力前應(yīng)校準(zhǔn)油泵和千斤頂，以確保測量的預(yù)應(yīng)力值準(zhǔn)確。施加預(yù)壓應(yīng)力時應(yīng)記錄每個支撐施加的預(yù)應(yīng)力以供將來參考。在預(yù)應(yīng)力施加過程中，首先將預(yù)應(yīng)力加到50%，然后檢查螺栓、螺母、焊接條件等，無異常情況后再繼續(xù)加壓到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)值的80%。在施加每個壓力階段之后，將鋼楔塊夾在活動端頭中（鋼楔塊由16mm厚的鋼板制成）并牢固地焊接。當(dāng)預(yù)先增加的軸向力達(dá)到設(shè)計軸向力時，再次檢查連接點，并在必要時加固節(jié)點。在預(yù)加預(yù)應(yīng)力穩(wěn)定后，將鋼楔塊塞緊并牢固地焊接在活動端頭中，然后釋放千斤頂壓力以解開吊裝鋼絲繩。使用特殊的鋼絲繩將支撐連接到圍堰上以防止滑脫，此步驟完成后再進(jìn)行該根支撐的安裝。

2.3.2 鋼支撐吊裝及安裝方案

①吊車選用

鋼支撐吊裝采用50t履帶式起重機和25t汽車起重機，因為鋼柱的位置大多位于中心線右側(cè)2m處。因此，每根鋼支撐分為兩部分組裝，第一部分為17.45m，第二部分為9.45m。因此，履帶式起重機的最大起重量為5.54t，汽車起重機的最大起重量為3.0t。根據(jù)掌握的信息，當(dāng)起重量為5.54t時，50t履帶式起重機最大工作半徑為16m;25t汽車起重機的起重重量為3.0t，最大工作半徑為12m。

②吊裝施工

鋼管支撐吊裝就位后，不要松開掛鉤，將支撐的兩端放在支架上，手動將支撐調(diào)整到設(shè)計位置，然后暫時固定支撐；精確定位后，將鋼支撐固定端和鋼圍檁鋼板進(jìn)行可靠焊接；然后進(jìn)行預(yù)壓作業(yè)。

2.4 鋼圍檁和鋼支撐防脫落措施

鋼支撐系統(tǒng)在施工安全方面可能有以下原因，導(dǎo)致鋼支撐和鋼圍檁脫落。

2.4.1 托架膨脹螺栓斷裂

托架采用角鋼焊接，并用膨脹螺栓固定在圍護(hù)樁上，支撐鋼圍檁和支撐鋼管的全部重量。由于施工周期長，載荷大，容易使膨脹螺栓生銹和斷裂，會引起連鎖反應(yīng)和災(zāi)難性的安全事故。

2.4.2 鋼圍檁脫落

由于鋼圍檁直接放在托架上，特別是在安裝和拆卸時，容易造成鋼圍檁滑落，容易造成施工人員的傷亡。

2.4.3 支撐鋼管脫落

由于支撐鋼管直接抵靠鋼圍檁的外緣，在安裝完成后，鋼管受到預(yù)應(yīng)力作用，并通過活動端頭調(diào)節(jié)預(yù)應(yīng)力。一旦活動端頭松動，施加的預(yù)應(yīng)力就會丟失，可能導(dǎo)致鋼管脫落。

2.4.4 外力導(dǎo)致鋼支撐系統(tǒng)墜落

外力使鋼支撐系統(tǒng)大致分為3種類型：①圍護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)的土壤，由于各個方面的原因造成的圍堰外的土壤被清空和坍塌，導(dǎo)致圍堰向外傾斜，由于鋼支撐的預(yù)應(yīng)力作用，鋼支撐系統(tǒng)下降，造成人身傷害和工程傷害；②由于施工周期長，支撐系統(tǒng)暴露時間較長，可能導(dǎo)致意外施工機械或其他重物落入圍堰并撞擊支撐系統(tǒng)，支撐系統(tǒng)坍塌并發(fā)生連鎖反應(yīng)，導(dǎo)致整個支撐系統(tǒng)崩潰，造成災(zāi)難性事故，導(dǎo)致人員傷亡；③土方工程是從上到下挖掘，逐層挖掘，逐層支撐，拆除時從底部到頂部拆除，所以在安裝和拆卸時，起重過程中起重機吊裝時容易發(fā)生碰撞，導(dǎo)致鋼支撐系統(tǒng)脫落，造成人身傷害和工程損壞。

2.4.5 預(yù)防措施

為防止和減少各種因素造成的鋼支撐墜落傷害，在施工過程中采取一些必要的預(yù)防措施：①安裝和拆除鋼圍檁時，應(yīng)保證吊裝鋼絲繩扣緊鋼圍檁，然后工人進(jìn)行安裝工作，可有效避免鋼圍堰滑落事故的發(fā)生；②鋼支撐在施加預(yù)壓應(yīng)力前，可在鋼支撐下方墊塞枕木，待鋼支撐預(yù)壓結(jié)束后再撤除枕木；③在鋼支撐的端頭處設(shè)置掛板，防止鋼支撐脫落。

3 結(jié)束語

在完成鋼圍檁、鋼支撐的安裝后，現(xiàn)場施工效果和試驗數(shù)據(jù)表明，鋼圍檁和鋼支撐施工技術(shù)確保了鋼圍堰的防水性和安全性，使其不會泄漏。本項目建設(shè)中積累的實踐經(jīng)驗，為我國隧道施工的設(shè)計和施工提供了參考和經(jīng)驗指導(dǎo)。