淺埋暗挖雙側壁導坑法隧道二襯施工方案優化

郭洪濤 （中鐵四局西安分公司，陜西 西安710100）

1 工程概況

西安地鐵六號線丈八一路站-科技八路站區間暗挖段正線起至里程YDK23+784.151～YDK24+303.000(ZDK23+751.412～ZDK24+303.000)，左線長499.682m,右線長500.422m。區間采用V字型坡，最大縱坡21‰，縱坡轉彎半徑5000m，區間最小平面曲線半徑390m，線間距為5～30m，軌面埋深16～23m。

大斷面暗挖隧道全長121.579m（ZDK24+173.72～ZDK24+216.042,ZDK24+223.742～ZDK24+303），采用雙側壁導坑法施工。其中斷面B1斷面長7.78m，B2斷面長26.355m，B3斷面長87.444m。暗挖隧道采用馬蹄形斷面，斷面尺寸（跨度×高度）：雙線隧道B1斷面15600×11971mm（155㎡）、雙線調坡段隧道B2斷面14900×11271mm（141㎡）、雙線過地裂縫隧道B3斷面13500×11336mm（133㎡）。

地質情況從上到下依次為人工填土、第四紀全新世沖洪積黃土狀土、沖積粉土、粉質粘土及砂土、晚更新世沖積粉質粘土及砂土組成，洞身主要為黃土狀圖及粉質粘土；通過降水隧道滿足無水作業要求，拱頂埋深10m。

圖1 雙線大斷面隧道總平圖

隧道初支為350mm厚鋼格柵C25噴射混凝土、鋼格柵間距500mm；臨時支撐系統（臨時中隔墻及臨時仰拱）為300mm厚鋼拱架C25噴射混凝土，鋼拱架間距為500mm、工200工字鋼；初支與襯砌之間鋪設無紡布+塑料板防水層；二襯為復合式襯砌，采用C35、P10防水鋼筋混凝土。二襯襯砌厚度B1，B2斷面0.7m，B3斷面0.6m。

2 二襯施工方案優化

2.1 原設計方案介紹

淺埋暗挖雙側壁導坑法隧道二襯因斷面變化多樣，臨時支撐存在無法采用常規模板臺車進行施工，一般采用腳手架+鋼拱架+拼裝鋼模板支撐體系進行施工，縱向分段每段一般長度為7～9m。原設計施工工藝流程將隧道二襯分為6部分依次施工，縱向設置6道施工縫。在施工過程中采用臨時支撐工字鋼代替初支臨時仰拱、臨時中隔墻，二襯在未閉合的狀態臨時支撐體系發生多次變化，如圖2原設計二襯施工工藝流圖所示。

圖2 原設計二襯施工工藝流圖

對原設計二襯施工工藝流程進行分析存在以下問題：①施工縫為暗挖隧道防水的薄弱部位，縱向施工縫設置過多（6道）二襯防水施工難度大，質量難以控制；②在二襯未閉合的情況下采用臨時支撐工字鋼支撐二襯代替初支臨時支撐（臨時仰拱、臨時中隔墻），工字鋼與二襯很難做到支撐牢固，初支受力體系復雜風險較大；③在每一段的施工過程中，腳手架搭設、臨時工字鋼支撐二襯、初支臨時支撐破除需同步進行，交叉施工嚴重，現場實施難度大、可操作性差；④機械無法配合施工全部為人工操作，人工耗費多，工序多，工期無法保證。

2.2 優化方案介紹

基于原設計二襯施工工藝流程存在的諸多問題，對淺埋暗挖雙側壁導坑法隧道二襯施工工藝流程進行優化。優化方案具體為：①破除二襯仰拱及回填位置臨時中隔墻混凝土，工字鋼隔一拆一，鋪設防水、綁扎鋼筋澆筑仰拱及回填；②拆除兩側導洞臨時仰拱，破除臨時中隔墻頂部二襯位置混凝土，工字鋼隔一拆一，鋪設防水、綁扎鋼筋，搭設模板支撐體系澆筑拱墻混凝土；③二襯閉合后拆除模板支撐體系，最后拆除剩余臨時支撐體系。

該優化方案解決了原設計方案的缺點可操作性強具有以下優點：①通過計算臨時支撐的局部破除工字鋼的隔一拆一能夠滿足施工過程初支受力要求；②縱向施工縫由原來的6道減少為2道有效保證了隧道防水質量；③不需新增臨時支撐，原臨時支撐的局部破除和最后的全部破除分別在腳手架搭設二襯施工前后完成的，無交叉施工大大降低施工難度、提高工作效率，工期能夠得到保證。

圖3 優化二襯施工工藝流圖

2.3 優化方案結構受力分析

計算采用Midas-GTS有限元分析軟件，首先采用荷載-結構模型平面桿系有限單元法。假定初支為小變形彈性梁，并離散為足夠多個等厚度直桿梁單元；用布置于各節點上的彈簧單元來模擬圍巖與初期支護的相互約束；假定彈簧不承受拉力，即不計圍巖與支護結構的粘結力；彈簧受壓時的反力即為圍巖對初支的彈性抗力，取縱向1m的標準段為一個計算單元，對區間隧道最不利受力階段進行受力分析計算。經計算，采用原方案受力與優化方案計算對比，得出結論優化方案最不利受力階段可滿足受力要求。計算如圖4、圖5、圖6所示。

①隧道C25厚350mm混凝土初支云圖（自重+上部10m覆土）

圖4 初支對比計算云圖

②隧道支護結構I20a應力云圖（自重+上部10m覆土）

圖5 工字鋼應力對比計算云圖

③隧道整體變形位移

圖6 隧道整體變形位移對比計算云圖

④鋼構件驗算

圖7 鋼構件驗算對比

3 施工流程及措施

3.1 仰拱及回填位置破除

①首先在中隔墻上用紅油漆標記出仰拱回填設計標高，標記出破除范圍，高度約1.7m;

②人工采用風鎬自下而上破除兩道中隔墻噴射混凝土并及時清理出隧道；

③每次破除長度根據仰拱施工段劃分而定（一般為7～9m）,為形成流水作業一般破除超前2～3段，一次不宜過長；

④混凝土破除完成后割除工字鋼，隔一拆一使中隔工字鋼支撐間距變為1m。

圖8 仰拱臨時支撐破除示意圖

3.2 防水施工

①采用細石混凝對防水基面進行處理，達到要求后鋪設土工布及防水板；防水層設計由400g/m2的短纖土工布緩沖層和1.5mm厚的EVA塑料防水板組成。

②對由于預留工字鋼使防水無法封閉的孔洞進行處理。防水板與工字鋼對接緊密，對接縫采用涂刷聚氨酯防水涂料進行密封；仰拱及回填混凝土澆筑前采用水泥漿對工字鋼進行涂刷處理并刷一層水泥基滲透結晶型防水涂料；仰拱工字鋼位置預埋注漿管二襯施工完成后進行二襯背后注漿處理，確保預留工字鋼位置的防水效果。

③防水鋪設完成后澆筑50mm細石混凝土防水保護層，避免在鋼筋綁扎過程中損壞防水層，如有損壞及時進行修補處理。

3.3 仰拱及回填混凝土澆筑

①仰拱鋼筋綁扎完成后安裝小邊墻模板，小邊墻模板采用定型鋼模板；

②按設計要求仰拱與回填混凝土應分開澆筑，混凝土澆筑過程加強預留工字鋼位置的振搗，確保混凝土與工字鋼接觸密實防水效果滿足要求。

3.4 兩側導洞臨時仰拱及中隔墻頂部破除

①二襯仰拱及回填作為一個橫向支撐體系支撐著隧道兩側的初支在一定程度上代替了初支的臨時仰拱支撐，臨時仰拱支撐距離二襯仰拱距離僅3.2m左右，二襯仰拱及回填施工完成后拆除兩側導洞臨時仰拱經計算受力是滿足要求的；

②兩側臨時仰拱采用小型破損及配合人工拆除，混凝土破除完成后人工拆除工字鋼，臨時仰拱拆除后與隧道初支連接位置不平整時，采用砂漿進行填充抹面處理，滿足防水施工要求；

圖9 拱頂及兩側臨時仰拱支撐破除示意圖

③兩側導洞臨時仰拱拆除完成后搭設腳手架，腳手架可根據二襯施工模板支撐體系要求一次性搭設完成，腳手架搭設參數750×750mm、層高900mm；

④二襯仰拱及回填施工完成后兩道臨時中隔墻得到了加強，即可破除臨時中隔墻二襯拱頂位置混凝土、工字鋼隔一拆一，經計算受力是滿足要求的。二襯拱頂位置臨時中隔墻破除需打好作業平臺，采用人工風鎬破除，拆除工字鋼，工字鋼采用垂直運輸設備運輸到地面。

3.5 鋪設拱墻防水及鋼筋綁扎

①兩側導洞臨時仰拱及臨時中隔墻拱頂位置拆除完成后即可進行防水施工及鋼筋綁扎；

②拱頂預留工字鋼位置防水處理方式與3.2②相同；

③二襯環向鋼筋采取機械連接，水平鋼筋采取單面搭接焊接。鋼筋綁扎前做好工作平臺搭設、測量放樣工作，確保鋼筋定位準確，鋼筋保護層及隧道凈空尺寸滿足設計要求。

3.6 模板支撐體系安裝及混凝土澆筑

①鋼筋綁扎完成后完善腳手架支撐體系，兩側導洞由于臨時仰拱已拆除形成整體，一側與二襯模板支撐，一側與中隔墻支撐；中導洞由于臨時仰拱未拆除將腳手架分體上下兩分部，上導洞的下端、下導洞的上端采取頂托+方木與臨時仰拱支撐，確保上下傳力均勻；中導洞橫桿采用頂托+方木支撐在兩側中隔墻上，提高架體穩定性并平衡兩側導洞傳來的側向力。

②腳手架搭設完成后安裝鋼拱架，鋼拱架采用工200mm工字鋼按照隧道二襯斷面提前加工到位，安裝間距750mm與腳手架布局相同，頂托直接頂在鋼拱架上受力穩定。一榀鋼拱架長21m,分6段采用插銷連接便于安拆；鋼拱架使用前需在地面進行試拼裝確保斷面尺寸與設計斷面相符。

③鋼拱架安裝完成后安裝3015mm鋼模板，鋼模板按照定位線自下而上一次安裝，邊安裝邊固定。安裝過程中要保證拼縫平順、間隙不能過大，模板平整度不滿足要求時及時進行更換。

圖10 二襯鋼拱架、模板、腳手架安裝

④二襯為C35 P10模筑防水鋼筋混凝土，保護層為迎水面為50mm，背水面為40mm。模板安裝完成驗收合格后進行混凝土澆筑，澆筑窗口分部縱向3排、環向5個每段工15個澆筑窗口進行混凝土澆筑，保證混凝土澆筑下落高度不大于2m，通過澆筑窗口采用手持振搗棒+附著式振搗器進行混凝土振搗，保證混凝土澆筑質量。

3.7 拆除腳手架破除剩余臨時支撐體系

①混凝土達到拆模強度后依次拆除堵頭模板、鋼模板、鋼拱架、腳手架，鋼模板拆除過程中做好模板的保護工作，腳手架拆除遵循先支的后拆、后支的先拆、先拆非承桿件、后拆承重桿件、從上而下進行拆除的原則；

②腳手架拆除前作為工作平臺，拱頂位置割除預留中隔墻工字鋼與二襯的連接并處理好二襯混凝土面，為后續臨時中隔墻破除做好準備，避免破除過程破壞預留工字鋼周圍拱頂二襯混凝土面；

③腳手架拆除清理完成后可進行進行剩余支撐系統拆除，為加快施工進度可采用小破碎機破除混凝土+人工割除工字鋼進行拆除，拆除過程中做好安全防護措施，拆除后及時將混凝土渣及工字鋼清理出隧道。

4 施工監控量測

①監控量測是隧道施工的一項重要保證措施，施工過程中做好監控量測工作對隧道初支及二襯施工起著至關重要的作用；一般地鐵淺埋暗挖雙側壁導坑法隧道初支貫通后進行二襯施工，二襯施工時初支各項監控測量數據進行趨于穩定。二襯施工過程中重點做好臨時支撐拆除、受力體系發生變化階段的各項監測數據的監控測量工作；

②根據二襯施工特征重點對隧道地面沉降、拱頂沉降、水平凈空收斂監測，指導施工、保證施工安全，在臨時支撐破除、工字鋼割除等關鍵階段加大監測頻率，見下表二襯施工監測項目標準；

③在實際實施過程中對通過對以上3項監測數據進行分析，監測數據正常未出現預警、報警情況，具體監測數據見圖11、圖12、圖13。

二襯施工監測項目標準

圖11 地表沉降監測數據曲線圖

圖12 拱頂沉降監測數據曲線圖

圖13 水平收斂監測數據曲線圖

5 施工技術控制要點及措施

①根據優化后的施工流程不同階段的支撐體系、受力情況建立模型，通過計算各階段支撐體系滿足受力要求；

②預留工字鋼與防水結合部位的防水施工采用多個措施確保了此處防水的施工質量；

③模板支撐體系腳手架的搭設與臨時支撐體系互成整體，保證了施工過程中隧道初支的整體穩定同時滿足滿足模板支撐體系的受力要求；

④二襯混凝土澆筑采用腳手架+鋼拱架+鋼模板支撐體系、施工過程中控制好混凝土質量、混凝土和易性符合要求、混凝土澆筑振搗及后期養護到位等措施保證了隧道二襯成型混凝土施工質量達標；

⑤腳手架安拆、臨時支撐破除、洞內二襯混凝土施工為高風險施工作業，安全員全程監控到位，確保施工安全。

6 效果分析、總結

根據優化的淺埋暗挖雙側壁導坑法隧道二襯施工方案，首先通過計算臨時支撐各個階段的受力是滿足要求的；通過防水薄弱部位的加強處理有效保證了施工質量；施工監測為安全施工提供了保證；各工序合理組織、快速施工等為二襯施工安全、高效、順利的完成提供了保障。在實施施工過程中也得到了證明，本工程121m淺埋暗挖法雙側壁導坑法隧道二襯在確保施工質量、安全的前提下，施工用時3個月，平均40m/月。因此，此優化方案在后續城市地鐵淺埋暗挖雙側壁導坑法二襯施工中可作為借鑒、推廣方案。