摘要:在城市地铁隧道的施工中,通常采用CD、CRD或双侧壁导坑法施工,二衬施工时需拆除临时支护结构,可能引起隧道变形开裂、地层过大沉降等不良后果。石家庄地铁一号线项目,采用满堂脚手架+钢拱架+钢模板支撑体系施做大断面二衬结构,较台车施做二衬结构相比,降低了施工机械购买成本,加快了施工进度,降低了大断面的变形和地面沉降、对类似工程具有借鉴意义。
1、前言
在城市地铁隧道的施工中,矿山法施工已经成为主要施工工法之一,尤其在单洞双线大断面隧道中普遍应用。大断面隧道洞径跨度大,通常采用CD、CRD或双侧壁导坑法施工,二衬施工时需拆除临时支护结构,初期支护结构的受力体系会多次转换,措施不当可能引起隧道变形开裂、地层过大沉降等不良后果。选择合适的施工方法,将临时支护拆除、二衬施工及变形控制有机结合,是需要重点研究解决的问题。
2、工程概况及地质资料
石家庄地铁1号线火炬广场站—石家庄东站区间,火炬广场站至竖井段为双侧壁导坑法施工的95m2、112m2、125m2三种单洞双线大断面段,中铁五局集团第二工程有限责任公司开展试验研究和科技攻关,采用分步拆除临时支护用模架施工二衬,安全快速的完成了该段二衬。
火炬广场站〜石家庄东站暗挖区间K21+968.7〜K22+102段为大断面(单洞双线),区间长度约134m,采用双侧壁导坑法开挖支护,采用台车施工需根据不同断面定制不同尺寸台车,台车进场、退场易产生工期浪费情况,同时因使用台车施工,需将临时仰拱、拱顶临时支撑一次性整体拆除,增加了大断面初支变形及地面沉降风险。
采用满堂脚手架+钢拱架+钢模板支撑体系施做大断面二衬结构,通过分段分部位破除大断面初支临时支撑结构,有效的减少了大断面二衬施工时的初支变形及地面沉降,实践证明隧道变形及地面沉降量得到了有效控制,施工进度,安全质量也得到了有效保证。
3、施工工艺流程及操作要点
大断面二衬模架法施工是将全断面分为仰拱、边墙、拱部三部分分步拆除局部临时支护,充分利用未拆除的临时支护的支撑作用,采用满堂脚手架+拱墙架+可调钢模板组成的模架体系来完成不同类型断面的二次衬砌。大断面二衬施工选用的机械设备见表1。
3.1 施工工艺流程
图1施工流程图(见下页)
3.2 操作要点
3.2.1 施工准备
(1)在区间初支开挖完成后,二衬施工前进行贯通测量,建立施工加密控制网。对初期支护进行净空测量,如有不满足二衬厚度的预先进行处理。
(2)对区间监测数据进行分析,确认区间初支及地面沉降稳定后,方可进行二衬施工。
(3)施工现场人、机、料等准备到位。
(4)根据设计图纸,结合现场实际情况及模板支架方案,对暗挖大断面进行分段划分,断面分界线需避开断面变化部位,以保证断面变化部位的施工质量。
3.2.2 仰拱施工
(1)仰拱部位临时支撑破除
二次衬砌每循环施做长度7.2m,首先对仰拱部位初支临时支护进行拆除,拆除后密切关注隧道监测数据,根据监测数据适当调整拆除长度。临时支护混凝土破除至仰拱面上0.1m,临时支护格栅钢架割除至仰拱面下0.2m,保证临时支护中隔壁钢筋格栅锚入二衬仰拱。二衬仰拱浇筑完成后,采用喷砼回填临时支护中隔壁砼与二衬仰拱之间的空隙。
(2)仰拱防水板施做
仰拱部位临时支撑破除后,对仰拱部位初支进行找平,首先将穿出基层的金属构件,如钢筋头、锚杆头等构件应切除并用1:2.5水泥砂浆抹平,不能切除的金属构件如锚索头等,必须采用喷混凝土或砂浆将其覆盖,其圆弧半径R大于200mm。对于凸出鼓包砼采取用风镐凿平以满足净空和圆顺要求。
找平完成后,铺设仰拱防水板缓冲层,缓冲层材料采用单位重量不小于400g/m2的土工布,用水泥钉、铁垫片与防水板相配套的圆垫片将其固定在基面上,固定时钉头不得凸出垫片平面,缓冲层铺设完成后,进行防水板铺设,铺设时采用热风焊枪手工焊接在塑料圆垫片上,焊接要牢固可靠,避免浇筑和振捣混凝土时脱落,焊接时严禁焊穿防水板,两幅防水板的搭接宽度为10cm,防水板铺设时长边应与结构纵向垂直,铺设前根据防水板的宽度,用粉笔在土工布上沿环向划出每幅防水板的位置。
(3)仰拱钢筋绑扎及混凝土浇筑
防水层铺设及保护层施做完成后,开始绑扎仰拱钢筋,钢筋绑扎需严格按照设计图纸及施工规范进行,小边墙钢筋绑扎时严格控制边墙钢筋弧度,避免出现保护层过大或过小导致的上下钢筋连接不到位问题。钢筋绑扎完成并通过验收后,开始小边墙模板安装,小边墙模板采用弧形钢模,保证二衬尺寸,钢模安装按成后开始进行仰拱混凝土浇筑。
3.2.3 边墙施工
(1)边墙支架搭设及临时中隔板拆除
首先在大断面两侧下导洞部位搭设脚手架,脚手架顶部与临时仰拱底部需采用楔块支顶密实,避免临时中隔板破拆时坍塌,支架搭设采用ϕ48×3.5mm钢管满堂红布置,立杆间距60cm,水平杆步距60cm,剪刀撑纵向1.8m一道。采用风镐人工拆除影响边墙模架安装的局部临时中隔板。
(2)边墙防水板铺设
边墙防水板的施工操作要点同仰拱防水板的施工。
(3)边墙钢筋绑扎
防水板施工完成后,进行边墙钢筋安装施工,钢筋安装需注意钢筋尺寸及角度,主筋间距偏差不大于±10mm,箍筋间距偏差不大于±20mm,两层钢筋间距偏差不大于±5mm,主筋连接采用机械连接,水平筋采用搭接,钢筋安装完成后,检查钢筋尺寸,特别是变断面处,必须严格检查,保证大断面结构净空,钢筋保护层应符合设计要求,钢筋与模板间宜加砼垫块固定,防止浇筑砼时,钢筋移位。
(4)边墙模架和模板安装
边墙模架采用I16工字钢拱墙架按照设计弧度冷弯制成,各单元采用螺栓连接。模板采用0.6m×1.2m可调圆弧模板施工,通过调节可调螺杆将模板调至设计弧度。
根据测量点,将墙架进行定位,钢管脚手架与拱墙架间加设可调支撑铁+10×10cm方木(纵向主楞),并用斜支撑进行固定,斜支撑与支架连成整体,一端支顶在拱墙架上,一端固定于地面(临时支护或二衬仰拱),墙架固定后,进行后续模板安装,将可调模板调节到边墙曲面半径的曲面,紧贴边墙架进行模板安装,模板之间螺栓连接紧密。利用未破除的临时支护加强模架稳定性,采用I16工字钢支顶模板墙架,工字钢另一端支顶在临时支护中隔板破除茬口,工字钢按隧道半径方向布置。二衬厚度保证措施主要有:首先防水铺设之前已经对基面欠挖进行了处理,保证了初支轮廓不侵线,其次钢筋绑扎严格安装测量点位安装定位钢筋以保证钢筋层距及二衬厚度,模架定位时,严格按照测量点位进行固定,以确保二衬厚度。
(5)边墙混凝土浇筑
模板安装完成后,仔细检查支架稳定性及支撑是否牢固,浇筑边墙混凝土,为保证砼的流动性,坍落度宜采用18~22cm,粗骨料采用5~20mm的级配良好的碎石。砼浇筑时应由下而上分层对称灌筑,每层灌筑高度不超过40cm,采用人工用插入式振捣器充分振捣。每层的浇筑顺序应从砼已施工端开始,以保证砼施工缝的接缝质量和便于排气。砼灌筑过程中应始终有技术人员和有经验的技术工人现场值班,组织好放料、停料及振捣时机,严禁强行泵送,要保证砼饱满又要避免压跨模板支架。
3.2.4 拱部施工
边墙施工完成后,搭设拱部支架,采用风镐人工拆除除影响拱部模架安装的局部临时中隔壁,基面处理,铺设防水板,绑扎拱部钢筋,立模浇筑拱部混凝土。各工序施工操作要点同边墙的施工。
3.2.5 变断面部位处理
开挖支护断面过渡为渐变,二次衬砌断面过渡为突变。变断面处堵头墙与相对较小断面二衬一起施工,堵头模板以支撑在仰拱面和临时中隔板面上的斜撑加固,同时采用ϕ14对拉螺杆和满堂红脚手架支顶相配合,对拉螺杆布置间距为600mm。
4、质量控制
4.1 防止接缝漏浆
(1)在模板与已完衬砌混凝土面搭接处粘贴双面密封胶带。
(2)模板与混凝土面接触之前,一定将与边墙模板搭接的混凝土面清理干净,使模板与混凝土面紧密相贴。
(3)模板定位后,将所有螺栓撑紧,所有支撑撑到位。
(4)经常对模板的弧度进行校正,保持模板前后两头形状和曲率相同。
(5)每段模板与已衬砌段的搭接长度以10cm左右为宜。
(6)堵头板要配合凹凸不平的初支面,用木板施工,不要破坏防水板,且固定好。
4.2 防止跑模、消灭错台
(1)在在混凝土浇筑之前,仔细检查成型模板,特别是面板之间的拼缝,尽量使模板拼缝之间的错台控制在1mm以内。
(2)计算好每次衬砌的长度,尽量使每次的衬砌长度与模板组装长度接近。
4.3 保证混凝土衬砌顶部密实
(1)封顶时,混凝土要有合适的塌落度。为了使混凝土确实填充,封顶后期,用混凝土泵低速档工作,并随时注意混凝土泵输送压力的变化。混凝土输送管要连接在模板顶部靠近已衬砌端的灌注口,使接缝处混凝土密实。
(2)安装端头模板时,在顶部予留排气孔,以利浇注混凝土时排气和观察灌注是否饱满。
(3)在拱顶每隔10m预留1个注浆孔。
5、效益分析
(1)采用满堂脚手架+钢拱架+钢模板支撑体系施做大断面二衬结构,较台车施做相比减少的因断面变化产生的相应新增台车机械,有效的降低了施工机械购买成本。
(2)采用满堂脚手架+钢拱架+钢模板支撑体系施做大断面二衬结构,较台车施做二衬结构相比,减少了不同断面施工台车进场、退场及组装产生的时间浪费,加快了二衬施工进度。
(3)采用满堂脚手架+钢拱架+钢模板支撑体系施做渐变大断面二衬结构,因临时支撑为分段分部位破除,较台车施做二衬结构相比,降低了台车施做临时结构整体破除对大断面产生的变形影响,减少了地面沉降、隧道变形风险及相关的预防处理费用。
6、结束语
满堂脚手架+钢拱架+钢模板支撑体系施做大断面二衬结构,通过分段分部位破除大断面初支临时支撑结构,有效的减少了大断面二衬施工时的初支变形及地面沉降,可以使隧道变形及地面沉降量得到了有效控制,施工进度,安全质量得到了有效保证。
参考文献:
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[2]李凯,陈军社.暗挖大断面隧道临时支撑拆除及衬砌施工方法[J].筑路机械与施工机械化,2019,36(11):62-68,74.
文章来源:乔闪闪.模架法在大断面地铁隧道施工中的应用[J].建设机械技术与管理,2021,34(06):50-53.
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