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【摘要】隧道運(yùn)行期間的可靠性會(huì)直接受到抗浮設(shè)計(jì)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?;诖耍撐暮?jiǎn)單分析城市隧道抗浮常用設(shè)計(jì),同時(shí),深入探討城市隧道壓頂抗浮施工具體要點(diǎn),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(shí)際調(diào)研可以發(fā)現(xiàn),現(xiàn)階段城市隧道設(shè)計(jì)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(jì)
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(zhǎng)、暗埋段長(zhǎng)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(jì),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(chǎng)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(shí),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(jì)。通過設(shè)置豎井于既有地鐵隧道兩側(cè),同時(shí)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(jì)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(diǎn)
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(shí)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(shí),具體可使用微膨脹混凝土,強(qiáng)度等級(jí)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(shí)填充,等級(jí)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(jì)算需要采用安全系數(shù)法對(duì)抗浮設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)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(diǎn)
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(gè)方面入手:1)測(cè)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(duì)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(shí),控制護(hù)筒傾斜度偏差不超過1%。3)鉆機(jī)對(duì)位。機(jī)臺(tái)木上需按照中心點(diǎn)進(jìn)行鋼軌架設(shè),樁中心點(diǎn)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(tái)水平校正使用長(zhǎng)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。可選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(cè)泥漿性能,同時(shí),關(guān)注土層變化情況。5)下導(dǎo)管。入場(chǎng)后的導(dǎo)管需要開展壓水密封試驗(yàn),只有試驗(yàn)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(jì)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(jì)圖進(jìn)行鋼筋籠設(shè)計(jì),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(duì)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(dòng)導(dǎo)管,保證混凝土密實(shí),后續(xù)灌注需控制導(dǎo)管埋深在2~6m,相較于設(shè)計(jì)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(diǎn):1)測(cè)量放線。測(cè)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(huì)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(huì)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(shí)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(shí),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(duì)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(duì)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(duì)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(shí)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(shí)進(jìn)行插入式振搗,同時(shí),按照1.5倍振動(dòng)棒半徑控制振搗棒移動(dòng)間距,模板與振動(dòng)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(duì)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)??赏ㄟ^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(shí)間進(jìn)行養(yǎng)護(hù),保證溫度緩慢下降,必要時(shí)可適當(dāng)延長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)時(shí)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(jí)應(yīng)為C40,壓頂支墩的施工要點(diǎn)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(shí)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(shí),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(diǎn)包括:1)清理基面,吹掃干凈壓頂塊基層表面,同時(shí),進(jìn)行灑水濕潤(rùn)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(rùn)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(jì)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)。
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作者:尹威 單位:廣東省廣州市中心區(qū)交通項(xiàng)目管理中心