暗挖隧道转弯处钢架分布控制施工技术

暗挖隧道转弯处钢架分布控制施工技术

刘宏波

中铁六局集团北京铁路建设有限公司 北京市 100036

摘 要 暗挖隧道工程因受地下结构影响，不可能全部采用直线开挖的模式进行施工，特别是在主要大型城市地下管网分布密集区域，需进行有利的避让。全程直线暗挖施工将会受到更多的限制，为了及时绕开重要结构，不可避免会在暗挖施工时沿隧道走向产生较多转弯部位，增加施工难度。本文探讨了暗挖隧道在转弯部位的钢架分布控制施工技术，可以精确隧道施工走向，降低施工难度，适用于不具备进行直线施工条件的城市暗挖隧道施工，以供参考。

关键词 暗挖隧道、转弯、钢架、钢格栅

引言

面临当前主要城市建设的发展需要，地铁、地下管线、市政综合管廊的大力建设，施工形式多样化已然成为当前主流，地下结构施工依然主要以隧道作为突出亮点存在于当前的主要城市建设之中。城市隧道开挖形式也日渐多变万化，根据不同城市地质结构的复杂难易、使用用途及设计形式等结构特点，采用大型盾构机法、浅埋暗挖法（矿山法）、盖挖逆（顺）作法以及顶管施工法的多样选择性，都已广泛应用于当前的城市建设中。浅埋暗挖法作为隧道开挖施工的工艺日趋成熟，然而作为地下隧道工程并不全是直线段完成全部施工，期间存在多曲线、多转弯隧道部位时，施工费时费力且增加难度的同时，对施工的精度要求也越来越高，精确控制则显得尤为重要。

1 工程概况

多宝路电力隧道工程位于北京市房山区，处于京广铁路良乡至窦店站区间。本标段为下穿既有京广铁路，对应铁路中心里程为K20+726，与铁路线相交角度为59.2°，穿越铁路两侧截面设计采用2.0×2.3m暗挖隧道形式，隧道埋深在铁路轨底以下7.6m左右，暗挖隧道按铁路荷载进行设计，本标段隧道设计全长189米（不含竖井），设置5×5m竖井一座，隧道纵向为了避开重要建筑及基础设置进度转弯6处（见图1-1），备注单位为截面尺寸。

本工程采用浅埋暗挖法施工，隧道采用复合衬砌结构，即喷射混凝土+网构钢架+钢筋网支护+防水板+现浇钢筋混凝土。隧道初衬厚度0.25m，预制钢架拼接做临时支撑纵向间距0.5m，锚喷混凝土加强围护；二衬采用钢筋、模板绑扎加固，灌注C40防水混凝土形成二次屏障，厚度0.25m；初衬与二衬之间设置1.2mm厚EVA防水卷材。隧道断面净空尺寸采用直墙、圆拱形式，净宽2.0m，矢高0.45m，净高2.3m（见图1-2）。

（1）平面图 （2）正截面

图1 隧道平面图和正截面图（单位：cm）

2 工程情况难点分析

2.1由于本工程位于北京市房山区良乡站附近，下穿京广铁路上下行正线，途径此处多为客运列车，铁路行车密集流量大、动荷载作用形成周边地基持续不稳固的特点，为确保在暗挖隧道初衬施工安全穿过铁路界限，在破坏原有铁路路基强度及结构的稳定后，轨道沉降量要处于安全可控变形值内，不至于影响铁路运营行车及人身安全将成为本工程的重点。

2.2隧道初衬施工对地层土质结构要求比较高，勘察设计图纸给定的地层状况在铁路行车线下受到局限，无详尽资料；另一方面地下水位高低也会直接影响到施工的难易和人身安全，地质状况的不确定性因素将成为本工程的难点。

2.3由于暗挖隧道下穿京广铁路的同时，紧邻既有排水泵站和多宝路公路限界，为了对原有重要结构基础设施做好保护措施，因此隧道施工中要多次避让重要结构及基础设施保证安全因素，在隧道开挖时有的地段不能采用沿直线施工模式，因此本标段隧道设计有进度转弯6处进行绕行施工，为保证施工精度的准确性和避免额外增加工期，进度转弯施工成为了本工程的另一难点。

3 施工工艺

3.1总体施工流程

3.2施工方法

3.2.1钢架预制

钢架在钢筋加工厂采用冷弯分段制作，段与段之间采用角钢螺栓连接。矩形断面由4根Φ22主筋组成，辅筋采用Φ14螺纹钢。格栅间距＠500，内外两侧布Φ20＠500mm连接筋，梅花型布设（见图2）。加工完拭拼合格后，运至现场安装。格栅质量必须符合下列条件：

1）加工做到尺寸准确，弧形圆顺；钢筋焊接（或搭接）长度满足设计要求，沿钢架两侧对称焊接成型时，钢架主筋中心与轴线重合，接头处相邻两节圆心重合，连接孔位准确。

2）加工成型的格栅钢架圆顺；允许偏差为：拱架矢高及弧长±20mm，架长±20mm。

3）钢架组装后在同一个平面内，断面尺寸允许偏差为±20mm，扭曲度为20mm。

4）钢架各单元主筋、加强筋、连接角钢焊接成型，片与片之间用螺栓栓接。

（1）初衬钢架组成 （2）钢格栅 （3）连接角钢

图2 预制钢架组成结构图（单位：mm）

3.2.2 隧道转弯处理

1）土方开挖

隧道土方开挖过程中严格按照设计及规范要求的步距和方法施工，经常检查拱部断面尺寸和土质变化情况，如与设计不符时立即暂停施工，避免超挖，直线段利用拱部中间的激光点进行控制，激光点应给出了隧道中心线和激光点位置的高程，开挖出的土方及时清理并运出隧道，保持隧道内空间宽阔及通风条件良好。拱顶部土方开挖验收合格后即可进行上拱拱架安装，拱架安装的方法是利用上台阶中心激光点及拱脚激光点进行精确控制，安装时严格控制拱架的中心及高程，安装完毕要经过测量人员多次复核无误后方可，以便顺利为下台阶拱架安装创造条件。当直线段土方开挖完成即将步入转弯部位施工。

2）中线控制

隧道在直线段开挖至设计第一个转弯处时，提前进行直线段距离精确测量，找出第一个转弯的双向切线相交位置确定转弯弧线的中心点，画出半径线同时与隧道两侧墙壁的交点确定好弧线长度，以第一、二个转弯为例（见图3），通过定点等分法结合CAD图精细规划出隧道转弯处内环和外环方向钢架均等分布位置（见图4）。通过相应的计算把最终成果应用到隧道内，按要求定点布控实施土方作业，在弯道处施工时，每施工一个步次循环都要进行测量定位和校核，以保证施工人员施工的方向在规定的曲线上，操作误差在允许范围内，如果出现较大偏差及时进行调整纠偏措施。

（1）第一个转弯中线控制 （2）第二个转弯中线控制

图3 中线控制转弯位置图

（1）第一个转弯 （2）第二个转弯 （3）第五个转弯

图4 隧道内外环向钢架布置平面图

3）钢架转弯处理

（1）定位测量

钢格栅安装的方法是通过上台阶中心激光点及拱脚激光点进行精准对位控制，安装时严格控制钢格栅的中心及高程，做好固定及锚定措施，为下步钢格栅对位顺利安装创造条件。同时每天要对激光点进行校核，确保原始控制点不能出现偏差，这样才能有效控制后续阶段整体流程环节的施工。

（2）安装前的准备工作

运至现场的单元钢架按单元编号进行堆码，下垫上盖并挂牌标识，以防用错。钢架在入井吊装和隧道内部运输时，做好成品结构的保护，轻拿轻放，按需存放当班使用量，不宜在隧道内过量存储，造成施工通行不便和潮湿环境下钢筋锈蚀，应避免因外力损坏结构变形影响安装强度和质量。安设前进行开挖断面尺寸检查，结构榀架试拼，及时处理土方欠挖部分，保证钢架正确安设，安设前将格栅拱脚或墙脚部位的松碴清理干净，并垫上钢板或木板，防止钢架下沉或结构失稳。

（3）钢架安设

洞室开挖成形后，由主管技术人员检查开挖尺寸合格后，立即开始分段拼装架设支撑，尽快封闭成环，避免土体结构发生过多的沉降变形。格栅之间的连接采用连接板（L100×80×10角钢）栓接，隧道施工采用台阶法,先开挖上台阶，架设拱部格栅，后开挖下台阶，架设侧墙及仰拱格栅（见图5）。由于上、下台阶格栅错开施工，不能同时连接，为了保证连接良好，上台阶施工时严格控制其垂直度，将格栅底脚埋入25cm厚砂子并夯实并打设锁脚锚杆。待拱部格栅喷射混凝土完成后，下台阶施工挖至该处时，将砂子掏出，用螺栓将上、下台阶格栅连接好。钢架间沿周边设Ф20纵向连接筋，环形间距为500mm，梅花型布设，主筋间焊缝密实，形成纵向连接体系，并及时打入锁脚锚杆，锁脚锚杆与格栅应焊接牢固。

（1）第三个转弯 （2）第四个转弯 （3）第六个转弯

图5 隧道开挖钢架安设平面图

4）钢架安设质量要求

（1）格栅钢架要架设在与隧道轴线垂直的平面内，每一立面根据土方开挖量进行分步分段架设固定，安装位置允许偏差为：与线路中线位置支距不大于30mm，垂直度2%。

（2）格栅钢架混凝土保护层厚度≮25mm，其背后保证挂网喷射混凝土密实、无空洞现象。

（3）格栅钢架间距位置安设正确后，纵向两榀钢架之间必须用钢筋环形布置焊接牢固，形成连接筋整体架构，并与锁脚锚杆焊接成一个稳定体系。

（4）格栅钢架段与段之间的连接部位自带角钢用规定型号螺栓连接紧固，为了增强格栅的刚度，格栅主筋在连接板位置采用与主筋相同规格的钢筋绑焊，连接板存在缝隙螺栓连接不全时必须采用钢筋绑焊牢固、可靠、空隙填充密实，不能采用点焊连接。

（5）钢架安装时，必须保证钢架在方向、标高、垂直度方向上的尺寸准确。除在中线和标高上控制之外，拱部钢架必须在两侧起拱线和拱顶检查，控制钢架与线路中线的垂直和钢架自身的垂直度，钢架内侧靠近土方部位应适度开挖，避免存在欠挖和亏空安全风险。

3.2.3初期支护

1）初期支护是隧道稳定的主要承载结构，它是位于原生土质与施做二次衬砌之间的间接安全屏障，也是控制土体变形松弛的主要手段。初期支护一般有钢筋网片-钢拱架、钢筋网片，锚杆-钢拱架几种组合形式，架立后及时固定并喷射混凝土形成临时固结强度。本隧道初期支护采用C25喷射混凝土，底板、拱顶及侧墙喷射砼厚度250mm。

2）格栅钢架采用洞外分段加工，洞内安装，纵向间距500mm。主筋保护层厚度：40mm；纵向连接筋采用Φ20，环向间距500mm，梅花型布设；在拱顶、底板、侧墙格栅内外侧各设置钢筋网（采用φ8@100mm×100mm）。每榀格栅在落底联结处均应打设小导管作为锁脚锚杆，采用φ32无缝钢管，方向和深度严格按照设计要求进行，禁止随意扰动原生土质。

3）喷射混凝土在现场采用经试验配合比原材料拌合材料，由空压机通过隧道输送到钢架安设部位与水结合及时喷射完成，待钢架安设部位喷射混凝土强度达标后方能进行下一循环步距土方开挖施工，这样每一循环初期支护暂时完成。

4 施工效果

1）通过暗挖隧道转弯部位特殊结构特点，从而在施工提前优化钢架精准分布设计计算，并利用钢架在转弯部位内环和外环不同间距分布特点，合理控制和布局的准确性，从而使得隧道在各个转弯部位的转弯角度控制的更加精确，每个转弯方向、坐标位置也会更加直观易懂，施工可操作性直观明朗（见图6）。为后续多个转弯部位施工的准确与施工终点接收井的顺利对接提供有利保障。

2）在施工前试做CAD平面绘制，预施工假设于纸上，校核施工的可行性、准确性，避免了施工过程中的失误和返工成本；施工过程中，严格控制测量放线准确性和精度要求；施工完成区段后再次复核，验证数据和施工吻合度，降低施工环节中人为不利因素产生的施工误差和风险系数。

3）此种方法不但可以应用于水平前进左右方向为曲线变化的各种隧道中，而且在隧道前进方向遇横向管道需要下穿或上跨时，应用同样的原理精准设计效果甚佳。

图6 钢架分布控制及转弯部位效果图

5 质量控制标准的对比及分析

施工质量关乎工程结构寿命，施工过程中只有严格控制各方面施工质量，才能确保施工过程安全、操作安全及运行和使用安全等重要因素。在严格遵循质量控制标准的施工条件下，工程特殊部位的钢架在经过合理分布控制技术设计后，运用到工程实践中，进行理论与实践相结合的进一步论证，经历施工条件复杂多变影响，严格按照钢架设计间距施工的同时而进一步优化施工方案，精确控制分布各转弯部位钢架间距内小外大质量对比及分析，既达到预定效果也提高了施工效率（见表1）。

表1 质量控制标准的对比及分析

质量控制标准 施工效果

对比 转弯处设计钢架间距标准≯50cm 转弯处施工钢架间距≤50cm

转弯处钢架数量按设计要求加密布置 钢架数量经过控制正常布置

分析 转弯处按设计间距布置时，转弯部位需要额外加密钢架空间分布，以达到顺接设计转弯角度。 通过对转弯处钢架角度设定，中线控制分布，优化内外两侧钢架间距。满足设计质量要求。

施工中经常调整确认方向精确性 严格按设定施工，转弯处不用二次调整

6 结束语

本文主要通过对暗挖隧道转弯施工难度进行对比分析，通过中线进行控制的方法进行钢架的安装拼接技术进行论述，综合钢架安装时利用中线控制原则进行布距优化钢架在转弯处的综合分布，减少施工过程中数据不精确、方法不先进、意见不统一等诸多时间贻误成本。所有施工预估量和提前假设提前做好研判，克服由于技术、方案等原因导致的施工短板，同时也精确复核矫正了非直线施工的难题。为保证隧道结构的安全稳定和终点里程的顺利对接起到了有力保障。

参考文献

[1] 《铁路隧道监控量测技术规程》（TB 10121-2007） 铁道部 北京

[2] 《地下工程防水技术规范》（GB 50108-2008） 住建部 北京

[3] 《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（TB 10121-2001） 建设部 中国计划出版社

[4] 《铁路隧道喷锚构筑法技术规则》（TBJ10108-2002） 铁道部 北京

作者简介

刘宏波，男，大学本科，工程师。2009年毕业于南昌工程学院土木工程系。