城市隧道壓頂抗浮技術(shù)施工工藝探析

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【摘要】隧道運(yùn)行期間的可靠性會直接受到抗浮設(shè)計及施工的影響，因此，高地下水位地區(qū)修建城市隧道需要解決抗浮問題?；诖?，論文簡單分析城市隧道抗浮常用設(shè)計，同時，深入探討城市隧道壓頂抗浮施工具體要點，以供業(yè)內(nèi)人士參考。

【關(guān)鍵詞】城市隧道；壓頂抗浮技術(shù)；抗浮措施

1引言

設(shè)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(jié)合實際調(diào)研可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)階段城市隧道設(shè)計中抗浮措施選擇較為混亂，相關(guān)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(shù)開展具體研究。

2常用設(shè)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2150m、1860m，隧道高度、寬度分別為7.7m、28.8m，采用雙向6車道設(shè)計，屬于地下單層雙跨框架結(jié)構(gòu)。案例隧道上跨附近區(qū)間隧道，二者存在2m最近距離。案例工程場地地層主要包括礫砂、粗砂、粉質(zhì)黏土、人工填土，平均厚度分別為3.51m、5.50m、5.11m、3.16m，同時，地下水位埋深5.80～9.00m。工程施工選擇明挖順筑法，施工期間可能導(dǎo)致既有地鐵隧道出現(xiàn)變形，影響其正常、安全運(yùn)行，因此，案例工程選擇壓頂抗浮技術(shù)。壓頂抗浮技術(shù)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(shè)計。通過設(shè)置豎井于既有地鐵隧道兩側(cè)，同時設(shè)置保護(hù)用管幕于隧道上方，豎井圍護(hù)結(jié)構(gòu)中嵌入管幕端部，形成壓頂抗浮保護(hù)層，有效解決地鐵隧道抗浮問題，采用的鋼管直徑為800mm，按照900mm的間距設(shè)置，填充混凝土于鋼管內(nèi)部，盾構(gòu)頂部與管幕距離控制為1m，豎井圍護(hù)結(jié)構(gòu)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(gòu)隧道向上變形。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(shè)計及規(guī)范要求，可見壓頂抗浮技術(shù)在改善隧道結(jié)構(gòu)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(biāo)準(zhǔn)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(jié)構(gòu)的安全性、隧道結(jié)構(gòu)上浮力、支護(hù)排樁抗浮能力、壓頂梁安全性、混凝土結(jié)構(gòu)安全性開展全面的分析。圍護(hù)結(jié)構(gòu)、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(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)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(yīng)用中，需要設(shè)置加寬支護(hù)排樁壓頂梁于基坑內(nèi)側(cè)，保證壓頂梁位于隧道結(jié)構(gòu)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(qiáng)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(jìn)行密實填充，等級分別為C35、C40，土體能夠?qū)χёo(hù)排樁產(chǎn)生向下的摩擦力，抵消隧道結(jié)構(gòu)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(shè)計進(jìn)行驗證，公式為：N+F≥KV（1）式中，F(xiàn)、N、K、V分別為抗浮力、結(jié)構(gòu)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(hù)排樁→壓頂梁施工→開挖基坑→主體結(jié)構(gòu)施工→素混凝土壓頂支墩施工→壓頂塊施工。

3.2支護(hù)排樁施工要點

在城市隧道壓頂抗浮施工的支護(hù)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(jìn)行放樣。2）護(hù)筒埋設(shè)。結(jié)合樁位中心，選擇稍大于樁徑的護(hù)筒，一般控制在20～30cm，需通過對樁頂洞口開挖進(jìn)行埋設(shè)，并保證護(hù)筒平面位置偏差在5cm內(nèi)，同時，控制護(hù)筒傾斜度偏差不超過1%。3）鉆機(jī)對位。機(jī)臺木上需按照中心點進(jìn)行鋼軌架設(shè)，樁中心點與兩鋼軌距離需相等，鉆機(jī)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(hù)筒中心、轉(zhuǎn)盤中心、天車需處于同一鉛垂線上，且存在2cm內(nèi)偏差。4）鉆機(jī)成孔?？蛇x擇黃泥自造泥或成品濃泥漿作為護(hù)壁漿，在施工過程中需要細(xì)致檢查鉆具，定期檢測泥漿性能，同時，關(guān)注土層變化情況。5）下導(dǎo)管。入場后的導(dǎo)管需要開展壓水密封試驗，只有試驗合格的導(dǎo)管方可用途施工，絲扣用于導(dǎo)管連接，基于終孔孔深控制導(dǎo)管下入數(shù)量，將孔底與導(dǎo)管間距離控制在30～50cm，保證混凝土順利涌出。下入導(dǎo)管后的二次清孔需要立即進(jìn)行，鋼筋籠需要在沉渣厚度等指標(biāo)滿足規(guī)范和設(shè)計要求后下放。6）制作、安裝鋼筋籠。需結(jié)合規(guī)范要求和設(shè)計圖進(jìn)行鋼筋籠設(shè)計，保護(hù)層需要設(shè)置在鋼筋籠外側(cè)，并保證厚度達(dá)標(biāo)，安裝過程需要對準(zhǔn)孔位慢慢進(jìn)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1m以上，在灌注過程中需要上下提動導(dǎo)管，保證混凝土密實，后續(xù)灌注需控制導(dǎo)管埋深在2～6m，相較于設(shè)計樁頂標(biāo)高，最終需要超灌混凝土至少1.0m[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(jié)合原支護(hù)樁坐標(biāo)開展，之后結(jié)合壓頂梁尺寸標(biāo)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(cè)向中心進(jìn)行，人工清理支護(hù)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(shè)水泥砂漿。5）鋼筋加工與安裝。在壓頂梁部位，需采用機(jī)械方式進(jìn)行主筋連接或進(jìn)行焊接，同時，采用正常方式進(jìn)行壓頂梁箍筋綁扎，需按圖進(jìn)行鋼筋加工和安裝，骨架筋需要在加工成形后進(jìn)行安裝，框架筋在之后安裝，箍筋最后安裝。鋼筋準(zhǔn)確定位需要標(biāo)注定位線，底層鋼筋定位線需要事先標(biāo)注在底模上，壓頂梁與預(yù)埋件需要同步進(jìn)行鋼筋綁扎。6）模板安裝。壓頂梁側(cè)?？蛇x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(jìn)行兩側(cè)模板連接，螺桿可由PVC管套住，豎向設(shè)置對拉螺栓，如在壓頂梁底以上20cm處、壓頂梁混凝土頂面以上10cm處設(shè)置。橫向背楞可使用方木，可在壓頂梁底以上20cm和60cm處設(shè)置。壓頂梁兩側(cè)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(jìn)行密實振搗，最大厚度需控制在30cm內(nèi)。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(jìn)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5～10cm，預(yù)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(nèi)5～10cm，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(jìn)行收漿及養(yǎng)護(hù)，對于屬于大體積混凝土的壓頂梁，養(yǎng)護(hù)過程需要做好溫度記錄及控制，細(xì)致觀察并嚴(yán)格控制混凝土表面和內(nèi)部溫差。8）混凝土養(yǎng)護(hù)。可通過覆蓋上層塑料薄膜和下層土工布的方式進(jìn)行混凝土養(yǎng)護(hù)，混凝土拆模后，要在第一時間進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，保證溫度緩慢下降，必要時可適當(dāng)延長養(yǎng)護(hù)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(jié)構(gòu)同步進(jìn)行，主體結(jié)構(gòu)采用的混凝土強(qiáng)度等級應(yīng)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2mm以上縫隙時需要刨邊，得到嚴(yán)密平整的接縫，在模板接頭處需設(shè)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(fù)責(zé)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(hù)。灑水養(yǎng)護(hù)需要在澆搗完成的12h內(nèi)開展，之后進(jìn)行至少14d的保濕養(yǎng)護(hù)，如噴涂混凝土養(yǎng)護(hù)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(jìn)行灑水濕潤處理；2）安裝模板，可選擇竹膠板為外側(cè)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(fù)責(zé)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(hù)，采用與折板拱頂板壓頂支墩施工相同的養(yǎng)護(hù)方法。

4結(jié)語

綜上所述，城市隧道壓頂抗浮技術(shù)施工需關(guān)注多方面因素影響，為更好地服務(wù)城市隧道建設(shè)，必須在施工前細(xì)致開展圍繞隧道結(jié)構(gòu)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(nèi)容，可為壓頂抗浮技術(shù)的應(yīng)用提供參考，助力城市隧道工程建設(shè)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]黃俊光,李健斌,秦泳生.超深地下工程抗浮技術(shù)的探索[J].建筑結(jié)構(gòu),2020,50(10):129-134.

[2]何等生,孫磊.地下車站壓頂梁設(shè)置位置研究[J].交通世界,2020(13):157-158.

[3]王常暢.地鐵車站抗浮設(shè)計方法[J].低碳世界,2017(16):199-200.

作者:尹威 單位:廣東省廣州市中心區(qū)交通項目管理中心