張洪耀，范晨輝，武新平，高 翔，趙 旭，高 涵，卜永紅

（1.中鐵七局集團(tuán)西安鐵路工程有限公司，陜西 西安 710003；2.長安大學(xué)建筑工程學(xué)院，陜西 西安 710061)

1 工程概況

隧道常因遭受降雨、溫度、腐蝕性介質(zhì)作用而造成病害，針對降雨、高地應(yīng)力、大火、軟弱圍巖段隧道變形、結(jié)構(gòu)損傷或地下建筑物侵限須進(jìn)行換拱施工[1～5]。

西安地鐵5 號線一期工程TJSG-12 標(biāo)段區(qū)間隧道采用淺埋暗挖法施工，隧道所處地層包括雜填土、素填土、新黃土、古土壤以及老黃土，工程及水文地質(zhì)條件比較復(fù)雜，有兩條活動性較弱的地裂縫穿過該區(qū)間隧道。同時，該區(qū)間隧道所處路段地表建筑、交通及地下管線非常復(fù)雜，隧道施工至里程ZDK38+977·83 處揭露了DN2400 的雨水管道，管道侵入隧道初支外輪廓線以內(nèi)2·13m。在該斷面，隧道寬度6·8m，高 度6·52m(A 型)/6·65m(B 型)，隧 道 埋 深 約13·38m，隧道初期支護(hù)為網(wǎng)噴250mm 厚C25 早強(qiáng)混凝土，二次襯砌為350mm 厚C35 模筑鋼筋混凝土。隧道暗挖前采用超前注漿小導(dǎo)管輔助支護(hù)，分布在拱部150°范圍，管長3·0m，直徑42mm，環(huán)距0·3m，縱距1·5m。因DN2400 雨水管道侵入隧道范圍較大，已影響隧道限界，設(shè)計變更采用隧道線路調(diào)整方案下穿管線，以滿足隧道通行要求。因此，左線234·523m、右線205·853m 長范圍已完成初期支護(hù)隧道須向下擴(kuò)挖0～2·515m，進(jìn)行長距離調(diào)坡?lián)Q拱施工，管線與暗挖隧道的位置關(guān)系示意如圖1 所示。

圖1 管線與隧道位置關(guān)系示意圖（單位：mm）

為防止隧道施工導(dǎo)致雨水管道損壞，對管道進(jìn)行了應(yīng)急防護(hù)加固。如圖2 所示，先在上臺階核心土兩側(cè)分別設(shè)置4·2m 長的I18 工字鋼對管道進(jìn)行支撐，一端頂于雨水管道表面并用方木支墊，另一端支撐于上臺階表面用鋼筋錨固于原狀土內(nèi)，與上臺階底面夾角為30°，管道支撐保護(hù)施工完成后，在隧道掌子面掛?8@150×150mm鋼筋網(wǎng)，噴射50mm 厚C25 混凝土進(jìn)行封閉，從而保證管道在隧道調(diào)坡?lián)Q拱施工時的安全。

圖2 雨水管道應(yīng)急防護(hù)加固示意圖

2 隧道調(diào)坡?lián)Q拱施工

2.1 架設(shè)臨時橫撐

首先在調(diào)坡?lián)Q拱段隧道架設(shè)臨時橫撐。當(dāng)調(diào)坡?lián)Q拱段隧道仰拱擴(kuò)挖深度為0·8～1·6m，應(yīng)在拱腰位置向上50cm 處架設(shè)一道臨時橫撐。當(dāng)擴(kuò)挖深度為1·6～2·5m 時，隧道斷面內(nèi)還應(yīng)再加一道臨時橫撐，第二道臨時橫撐位于擴(kuò)挖斷面加高直節(jié)底部連接板向上90cm 處，臨時橫撐水平間距均為0·5m。臨時橫撐安裝施工方法與步驟如下。

1)搭設(shè)作業(yè)平臺，平臺頂面與橫撐豎向凈距1m，由隧道內(nèi)向外依次架設(shè)施工。

2)采用人工加風(fēng)鎬鑿除原設(shè)計格柵鋼架拱腰連接角鋼向上0·5m范圍內(nèi)的鋼筋保護(hù)層混凝土。

3)鑿出格柵主筋后，在每榀格柵原連接角鋼上方兩側(cè)內(nèi)環(huán)主筋上焊接角鋼及鋼板。

4)安裝臨時橫撐時將工字鋼兩端放置于角鋼上，工字鋼與鋼板和角鋼焊接固定，并焊裝加勁肋。

5)換拱前先安裝擴(kuò)挖深度小于1·6m 斷面內(nèi)的臨時橫撐和擴(kuò)挖深度大于1·6m 斷面內(nèi)的第一道臨時橫撐，擴(kuò)挖大于1·6m 斷面內(nèi)的第二道臨時橫撐在換拱時安裝。臨時橫撐安裝施工細(xì)部如圖3 所示。

圖3 臨時橫撐安裝施工細(xì)部圖

6)二襯施工時再拆除臨時橫撐，臨時橫撐拆除與二襯施工交替進(jìn)行。

2.2 調(diào)坡?lián)Q拱施工

隧道調(diào)坡?lián)Q拱施工時，將隧道斷面沿縱向分為若干個相同高差的臺階施工段，每個臺階施工段內(nèi)隧道斷面尺寸相同，新加工格柵鋼架的尺寸也相同，進(jìn)行換拱施工，以滿足隧道縱坡要求。同一斷面內(nèi)換拱施工從隧道原設(shè)計格柵鋼架拱腰連接板處開始由上至下進(jìn)行，并按照縱向分段、豎向分層的順序施工。兩側(cè)側(cè)墻依次進(jìn)行換拱施工，完成后再進(jìn)行仰拱換拱施工，待同一斷面全部換拱完成后統(tǒng)一進(jìn)行噴射混凝土隱蔽。圖4 為隧道調(diào)坡?lián)Q拱斷面結(jié)構(gòu)示意圖，圖5 為隧道調(diào)坡?lián)Q拱縱向結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4 隧道調(diào)坡?lián)Q拱斷面示意圖

圖5 隧道調(diào)坡?lián)Q拱縱向示意圖

結(jié)合圖4、圖5，隧道調(diào)坡?lián)Q拱施工的具體方法與步驟如下。

1)放出隧道中線、換拱段各部分里程，安裝激光導(dǎo)向儀作為施工基準(zhǔn)線。

2)將調(diào)坡?lián)Q拱段隧道沿縱向分為多個0·2m高差的臺階施工段，按擴(kuò)挖深度由小到大，破除第一臺階施工段前3 榀格柵鋼架側(cè)墻與仰拱處的混凝土與格柵鋼架，并將其下土體擴(kuò)挖至該臺階施工段統(tǒng)一高度。①開始可采用人工加風(fēng)鎬破除鋼架拱腰連接板位置以上0·2m 至以下0·3m 范圍內(nèi)的初支混凝土，剝離出格柵鋼架，采用氧氣乙炔切割幫焊筋，并拆卸連接螺栓，將破除部分與無需破除部分分離，以減少破拆施工對圍巖及初支結(jié)構(gòu)的擾動，采用小型挖掘機(jī)安裝破碎錘對剩余部分初支結(jié)構(gòu)按照上述分段分層順序進(jìn)行破除解體，破除完成后割斷格柵主筋，留置連接筋接頭，隨后拆除格柵鋼架，該施工段破拆完成后，采用挖掘機(jī)與電動三輪車運輸?shù)截Q井渣倉內(nèi)，最后由橋式起重機(jī)吊運至地面土倉統(tǒng)一堆放；②采用小型挖掘機(jī)與人工配合擴(kuò)挖土體，待挖掘機(jī)擴(kuò)挖至距隧道初支調(diào)整后外輪廓線0·2m 后，采用人工加風(fēng)鎬開挖至輪廓線，并修坡平整，用激光導(dǎo)向儀投出的基準(zhǔn)線對斷面凈空尺寸進(jìn)行測量，若凈空尺寸不符合設(shè)計要求，則對欠挖部位修整。

3)分段分層擴(kuò)挖完成后及時初噴35mm厚C25 混凝土封閉開挖面土體，然后掛設(shè)?8@150×150mm 鋼筋網(wǎng)片。

4)安裝第一臺階施工段前2 榀格柵鋼架，包括新?lián)Q的側(cè)墻與仰拱格柵鋼架與新增的加高節(jié)格柵鋼架（在該臺階施工段內(nèi)高度相等)，然后噴射混凝土封閉，第3 榀格柵鋼架留為作業(yè)空間。①格柵鋼架分兩次進(jìn)行安裝，先安裝加高節(jié)格柵鋼架，再安裝新?lián)Q的側(cè)墻與仰拱格柵鋼架，按照激光導(dǎo)向儀及凈空尺寸要求定位安裝格柵鋼架，然后安裝連接螺栓，在連接角鋼處焊接幫焊筋（長度46cm，每個接頭4 根，單面焊10d)，格柵鋼架間梅花形布置雙層連接筋（環(huán)向間距1m，長度72cm，單面焊10d)，?8@150×150mm 鋼筋網(wǎng)全斷面單層布置；②格柵鋼架安裝完成后，根據(jù)激光導(dǎo)向儀對斷面凈空尺寸進(jìn)行測量，若凈空尺寸不符合設(shè)計要求，則重新調(diào)整位置直到滿足凈空要求；③當(dāng)兩側(cè)側(cè)墻新增的加高節(jié)格柵鋼架高度大于0·8m 時，在其連接處下方各增設(shè)2 根鎖腳錨管，其水平傾角15°，長度3·5m，幫焊鋼筋與格柵鋼架連接，并注水泥砂漿；④人工配合噴錨機(jī)分層、分片依次由下至上進(jìn)行混凝土噴射。混凝土一次噴射厚度為70～100mm。應(yīng)先噴射格柵與圍巖的混凝土，后噴射格柵間的混凝土。噴射混凝土設(shè)計厚度為25cm，修整混凝土表面使其平整，鋼筋最外側(cè)保護(hù)層不小于35mm。

5)破除第一臺階施工段第4、第5 榀格柵鋼架側(cè)墻與仰拱處的混凝土與格柵鋼架，并將其下土體擴(kuò)挖至該臺階施工段統(tǒng)一高度。噴混凝土封閉開挖面土體，掛設(shè)鋼筋網(wǎng)片。

6)安裝第一臺階施工段第3 榀、第4 榀處格柵鋼架，包括新?lián)Q的側(cè)墻與仰拱格柵鋼架與新增的加高節(jié)格柵鋼架，然后噴射混凝土封閉，第5榀格柵鋼架留為作業(yè)空間。

7)重復(fù)以上步驟，完成第一臺階施工段的初支更換。在初支仰拱上按設(shè)計坡度澆筑混凝土完成第一臺階施工段初期支護(hù)的調(diào)坡?lián)Q拱作業(yè)。

8)根據(jù)不同臺階施工段的擴(kuò)挖高度變換加高節(jié)格柵鋼架的高度，重復(fù)以上步驟，完成設(shè)計變更段隧道調(diào)坡?lián)Q拱作業(yè)。

2.3 施工效果

現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，隧道調(diào)坡?lián)Q拱施工對雨水管道及隧道附近圍巖的擾動非常小，在現(xiàn)有地鐵區(qū)間淺埋隧道暗挖誘發(fā)的地表沉降控制標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。整個隧道坡度的調(diào)整和初期支護(hù)的換拱施工處于安全、穩(wěn)定、快速、優(yōu)質(zhì)的可控狀態(tài)，工程完成質(zhì)量良好。

3 結(jié)語

采用臺階法進(jìn)行隧道長距離調(diào)坡?lián)Q拱作業(yè)簡化了施工工藝，減少了格柵鋼架的加工種類，降低了隧道縱坡漸變的施工難度，節(jié)約了施工成本，提高了施工速度。西安地鐵五號線一期工程已于2020 年11 月竣工，地鐵暗挖隧道長距離調(diào)坡?lián)Q拱施工技術(shù)的成功，為以后城市地下工程在類似情況下的規(guī)劃建設(shè)提供了可靠的決策依據(jù)和技術(shù)指標(biāo)，將促進(jìn)地下工程施工技術(shù)進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益明顯。另外，此項隧道調(diào)坡?lián)Q拱施工技術(shù)具有較高的創(chuàng)新性，可供同類工程參考。