城市隧道壓頂抗浮技術的施工工藝分析

尹威

（廣東省廣州市中心區(qū)交通項目管理中心，廣州 510000）

1 引言

設置壓頂梁、抗拔錨桿、抗拔樁，增加配重均屬于常用的城市隧道抗浮措施，但結合實際調研可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段城市隧道設計中抗浮措施選擇較為混亂，相關施工也很容易出現(xiàn)問題。為盡可能保證城市隧道的抗浮性能，本文圍繞城市隧道壓頂抗浮技術開展具體研究。

2 常用設計

以某典型的城市隧道工程為例，該工程平面、立面布置如圖1 所示。案例工程屬于城市快速路子工程，隧道全長、暗埋段長分別為2 150 m、1 860 m，隧道高度、寬度分別為7.7 m、28.8 m，采用雙向6 車道設計，屬于地下單層雙跨框架結構。案例隧道上跨附近區(qū)間隧道，二者存在2 m 最近距離。案例工程場地地層主要包括礫砂、粗砂、粉質黏土、人工填土，平均厚度分別為3.51 m、5.50 m、5.11 m、3.16 m，同時，地下水位埋深5.80～9.00 m。工程施工選擇明挖順筑法，施工期間可能導致既有地鐵隧道出現(xiàn)變形，影響其正常、安全運行，因此，案例工程選擇壓頂抗浮技術。

圖1 工程平面、立面布置（單位：m）

壓頂抗浮技術需要保證隧道徑向收斂、豎向位移在＜10mm、-10～5mm，具體選擇圖2 所示設計。通過設置豎井于既有地鐵隧道兩側，同時設置保護用管幕于隧道上方，豎井圍護結構中嵌入管幕端部，形成壓頂抗浮保護層，有效解決地鐵隧道抗浮問題，采用的鋼管直徑為800 mm，按照900 mm 的間距設置，填充混凝土于鋼管內部，盾構頂部與管幕距離控制為1 m，豎井圍護結構中錨固的管幕兩端需要與抗拔樁和壓頂梁連接，從面約束盾構隧道向上變形。

圖2 壓頂抗浮設計

通過有限元分析可知，施工誘發(fā)的既有地鐵隧道變形滿足設計及規(guī)范要求，可見壓頂抗浮技術在改善隧道結構受力和下部地鐵隧道變形抑制方面表現(xiàn)突出，能夠得到滿足控制標準要求的變形值。

3 城市隧道壓頂抗浮施工要點

3.1 工藝原理及流程

在城市隧道壓頂抗浮施工前，需圍繞隧道結構的安全性、隧道結構上浮力、支護排樁抗浮能力、壓頂梁安全性、混凝土結構安全性開展全面的分析。圍護結構、壓頂梁需在明挖城市隧道中與鋼筋混凝土融為一體，保證受浮力作用的城市隧道能夠在圍護結構側摩阻力及自重、壓頂梁向下壓力作用下實現(xiàn)抗浮。在城市隧道壓頂抗浮施工工藝應用中，需要設置加寬支護排樁壓頂梁于基坑內側，保證壓頂梁位于隧道結構正上方，可取消常規(guī)抗浮樁。施工完成后，壓頂梁與隧道直角頂板間的空隙需要填充密實，具體可使用微膨脹混凝土，強度等級為C35，壓頂梁與隧道折角頂板間空隙需通過微膨脹混凝土及素混凝土進行密實填充，等級分別為C35、C40，土體能夠對支護排樁產生向下的摩擦力，抵消隧道結構受到的浮力。值得注意的是，城市隧道抗浮計算需要采用安全系數(shù)法對抗浮設計進行驗證，公式為：

式中，F(xiàn)、N、K、V 分別為抗浮力、結構自重、抗浮安全系數(shù)、凈水浮力，城市隧道的抗浮安全系數(shù)需要控制在1.10～1.15。

在具體的城市隧道壓頂抗浮施工過程中，基本施工流程可概括為：支護排樁→壓頂梁施工→開挖基坑→主體結構施工→素混凝土壓頂支墩施工→壓頂塊施工。

3.2 支護排樁施工要點

在城市隧道壓頂抗浮施工的支護排樁施工中，可從以下7個方面入手：

1）測量定樁位。樁位需通過鋼尺和全站儀進行放樣。

2）護筒埋設。結合樁位中心，選擇稍大于樁徑的護筒，一般控制在20～30 cm，需通過對樁頂洞口開挖進行埋設，并保證護筒平面位置偏差在5 cm 內，同時，控制護筒傾斜度偏差不超過1%。

3）鉆機對位。機臺木上需按照中心點進行鋼軌架設，樁中心點與兩鋼軌距離需相等，鉆機通過吊車緩緩吊放在鋼軌上，平臺水平校正使用長鐵水平尺，護筒中心、轉盤中心、天車需處于同一鉛垂線上，且存在2 cm 內偏差。

4）鉆機成孔。可選擇黃泥自造泥或成品濃泥漿作為護壁漿，在施工過程中需要細致檢查鉆具，定期檢測泥漿性能，同時，關注土層變化情況。

5）下導管。入場后的導管需要開展壓水密封試驗，只有試驗合格的導管方可用途施工，絲扣用于導管連接，基于終孔孔深控制導管下入數(shù)量，將孔底與導管間距離控制在30～50 cm，保證混凝土順利涌出。下入導管后的二次清孔需要立即進行，鋼筋籠需要在沉渣厚度等指標滿足規(guī)范和設計要求后下放。

6）制作、安裝鋼筋籠。需結合規(guī)范要求和設計圖進行鋼筋籠設計，保護層需要設置在鋼筋籠外側，并保證厚度達標，安裝過程需要對準孔位慢慢進行鋼筋籠下放，鋼筋籠不得與孔壁碰撞。

7）混凝土灌注。首次混凝土灌注需保證一次埋管深度在1 m 以上，在灌注過程中需要上下提動導管，保證混凝土密實，后續(xù)灌注需控制導管埋深在2～6 m，相較于設計樁頂標高，最終需要超灌混凝土至少1.0 m[3]。

3.3 壓頂梁施工

在城市隧道壓頂抗浮施工的壓頂梁施工過程中，需要把握以下要點：

1）測量放線。測量放線需要結合原支護樁坐標開展，之后結合壓頂梁尺寸標明挖土位置。

2）開挖土方。壓頂梁基坑土方開挖選擇放坡形式，開挖從外側向中心進行，人工清理支護樁邊土體，保證樁體不會被破壞。

3）鑿樁頭。開挖基坑完成后，需要將樁頭松散混凝土鑿除，這一過程需保證下部樁身、鋼筋不會出現(xiàn)破壞，清理干凈樁頂。

4）墊層施工。完成樁頭破除后，需要整平和夯實基底，底模需要鋪設水泥砂漿。

5）鋼筋加工與安裝。在壓頂梁部位，需采用機械方式進行主筋連接或進行焊接，同時，采用正常方式進行壓頂梁箍筋綁扎，需按圖進行鋼筋加工和安裝，骨架筋需要在加工成形后進行安裝，框架筋在之后安裝，箍筋最后安裝。鋼筋準確定位需要標注定位線，底層鋼筋定位線需要事先標注在底模上，壓頂梁與預埋件需要同步進行鋼筋綁扎。

6）模板安裝。壓頂梁側模可選擇竹膠板，豎向背楞可選擇腳手架管，通過對拉螺桿和扣件進行兩側模板連接，螺桿可由PVC 管套住，豎向設置對拉螺栓，如在壓頂梁底以上20 cm處、壓頂梁混凝土頂面以上10 cm 處設置。橫向背楞可使用方木，可在壓頂梁底以上20 cm 和60 cm 處設置。壓頂梁兩側模板可通過腳手架管斜撐支撐，模板垂直度由水平尺精確，需旋緊穩(wěn)固對拉螺桿螺母。

7）混凝土澆筑。選擇溜槽入模的施工方式，需分層開展混凝土澆筑并進行密實振搗，最大厚度需控制在30 cm 內。在每層混凝土的澆筑過程中，需要在灌入混凝土的過程中及時進行插入式振搗，同時，按照1.5 倍振動棒半徑控制振搗棒移動間距，模板與振動棒間距離需要控制在5～10 cm，預埋件不得在施工過程中破壞。在上層混凝土的振搗過程中，振搗棒需要插入下層混凝土內5～10 cm，完成振搗后，需要將振搗棒緩慢提出。完成混凝土澆筑后，需要進行收漿及養(yǎng)護，對于屬于大體積混凝土的壓頂梁，養(yǎng)護過程需要做好溫度記錄及控制，細致觀察并嚴格控制混凝土表面和內部溫差。

8）混凝土養(yǎng)護?？赏ㄟ^覆蓋上層塑料薄膜和下層土工布的方式進行混凝土養(yǎng)護，混凝土拆模后，要在第一時間進行養(yǎng)護，保證溫度緩慢下降，必要時可適當延長養(yǎng)護時間。

3.4 折板拱頂板壓頂支墩施工

折板拱頂板壓頂支墩施工可采用C40 素混凝土，混凝土澆筑與主體結構同步進行，主體結構采用的混凝土強度等級應為C40，壓頂支墩的施工要點如下：

1）安裝模板。模板周邊需做到平直合縫，如存在2 mm 以上縫隙時需要刨邊，得到嚴密平整的接縫，在模板接頭處需設置擱柵，避免漏漿問題出現(xiàn)。

2）澆筑混凝土。需由專業(yè)人員負責澆筑過程中的混凝土振搗，保證混凝土不存在氣泡、離析問題，同時，避免過振情況出現(xiàn)。

3）混凝土養(yǎng)護。灑水養(yǎng)護需要在澆搗完成的12 h 內開展，之后進行至少14 d 的保濕養(yǎng)護，如噴涂混凝土養(yǎng)護液、包裹薄膜。

3.5 微膨脹混凝土壓頂塊施工

完成混凝土壓頂支墩施工或頂板防水層施工后，需開展微膨脹混凝土壓頂塊施工，施工要點包括：

1）清理基面，吹掃干凈壓頂塊基層表面，同時，進行灑水濕潤處理；

2）安裝模板，可選擇竹膠板為外側模，方木為橫豎向背楞、斜撐，從一端開始安裝模板，通過膠帶紙封閉模板的接縫，混凝土澆筑前需要澆水濕潤模板；

3）混凝土澆筑，需專人負責混凝土澆搗，以此得到均勻的混凝土，規(guī)避離析問題；

4）混凝土養(yǎng)護，采用與折板拱頂板壓頂支墩施工相同的養(yǎng)護方法。

4 結語

綜上所述，城市隧道壓頂抗浮技術施工需關注多方面因素影響，為更好地服務城市隧道建設，必須在施工前細致開展圍繞隧道結構開展的安全性分析與計算。本文涉及的壓頂梁施工、折板拱頂板壓頂支墩施工、微膨脹混凝土壓頂塊施工等內容，可為壓頂抗浮技術的應用提供參考，助力城市隧道工程建設。