论文部分内容阅读
摘要：随着我国高速铁路的快速发展，大断面隧道被广泛推广。以广深港客运专线深港隧道（深圳段）变线间距隧道施工为背景，对开挖支护、二次衬砌等关键工序的施工技术进行了总结，为类似工程提供借鉴。
关键词：高速铁路大断面变线间距隧道施工技术
中图分类号: F530.34 文献标识码：A
1.工程概况
广深港客运专线ZH-4标深港隧道（深圳段）位于深圳市福田区，沿益田路下方通过，北起福田站，南至深圳河深港分界处，与深港隧道（香港段）对接。国内段采用单洞双线盾构隧道，香港段采用双洞单线盾构隧道，因衔接问题，在皇岗公园西侧设置工作井，工作井以南设置过渡段（变线间距隧道），采用矿山法施工。
变线间距隧道起讫里程DK113+643～DK114+017，长374m，开挖跨度17.622～25.323m，开挖断面197.9m2~366.8m2，共划分五个断面，具体里程、围岩类别和断面见图1。
图1 隧道断面及围岩类别示意图
2.施工方法
隧道按新奥法原理组织施工，采用三台阶法开挖，锚、网、钢架、喷砼初期支護，拱墙全断面衬砌。
施工工艺流程见图2 隧道施工工艺流程图。
2.1开挖支护
三台阶法开挖，采用钻孔作业平台配多台YT28风动凿岩机钻孔，光面爆破，挖掘机装车。
三台阶法详见图3三台阶法开挖施工工序图。
图3三台阶法开挖施工工序图
说明：
1.做好超前支护①后，首先开挖上台阶②部，开挖后应立即组织喷砼以封闭岩面，再进行钢或格栅拱架支撑、挂钢筋网、喷射砼工序。台阶长度可根据施工机械作业需要，适当调整，但不宜过长，且二衬距掌子面的安全距离必须满足要求（即：Ⅱ级围岩200m，Ⅲ级120m，Ⅳ级90m，Ⅴ级70m）。
2、中台阶分部开挖③、④，宜左右错开、短进尺，以单边每次开挖1-2米为宜。
3、初期支护，应紧跟隧道开挖进程及时施做。
2.2二次衬砌
隧道衬砌采用台车法为主，支架法辅助施工。DK113+643～+994.814，长351.814m，共分4个断面，采用台车法浇筑，钢模衬砌台车长度为9m，每模衬砌长度8.9m。每完成一种衬砌断面，在洞内改装台车，再进行下一断面衬砌。DK113+994.814～DK114+017，长22.186，为W5断面，因长度较短，改装台车时间长，为缩短工期，采用支架法现浇施工。
台车法浇筑与普通隧道施工大同小异，在此不再熬述，本文主要介绍支架法施工。
3.支架布置方案
3.1主要材料
1) 钢管选用外径φ48mm，壁厚3.5mm的焊接钢管,其质量应符合《碳素结构钢》(GB/T700)中Q235-A级钢的规定。
2) 二衬模板主要采用0.3×1.5m和0.6×1.5m标准组合钢模，拱顶环向封闭处不足0.3m时，采用0.1m的小钢模和方木条封闭。
3) 钢架采用16#工字钢。
3.2布置方案
除端头墙外二衬长20.986，按21m布置1.5m长模板共14环，每环模板背后布置两环工字钢架，钢架共28环，每环钢架背后布置一排脚手架。脚手架主要受力方向为横向，布置密度取1.2m（横）×0.75m（纵）×0.75m（竖），拱顶预留两处（宽2.4m、高约2.3m）作业平台，详见图4脚手架布置立面图。
在仰拱填充顶面范围的脚手架四角设水平剪刀撑，在水平剪刀撑四周设由下至上的竖向连续式剪刀撑，并在纵横向相邻的两竖向连续式剪刀撑之间增加之字斜撑，在有水平剪刀撑的部位，在每个剪刀撑中间处增加一道水平剪刀撑。
因钢架为圆弧形，杆件与钢架间距离不一致，故沿钢架环向设置斜杆，确保每根杆自由长度不大于200mm。
立杆直接立在仰拱填充顶面，不设垫板，顶部、前端和横向杆两端设置活动顶托，除剪刀撑外所有杆（含封闭墙斜撑）接长时必须采用对接扣件连接，相邻两对接接头不得在同步内，且对接接头错开的距离不小于500mm。剪刀撑采用搭接，搭接长度不得小于500mm，并采用2个旋转扣件分别在离杆端不小于100mm处进行固定。
仰拱填充内按图预埋拉杆，拉筋采用φ16圆钢，埋入混凝土部分带弯钩，防止支架上浮，拉杆与钢架底端通过纵梁（[25槽钢]）连接。
图4脚手架布置立面图
4．结构受力验算
4.1验算荷载
（1）计算荷载
G1K支架、模板自重
组合钢模板重量，0.7KN/m2；
钢架自重，0.205KN/m。
G2K二衬砼重量
二衬砼厚0.6m，不考虑钢筋重量，均布荷载为0.6×24=14.4KN/m2;
G3K新浇混凝土对侧模的压力
F=0.22γC×200×β1×β2×V1/2/(T+15)=0.22×24×200×1.2×1.15×1.01/2/40=36.43KN/m2①
γc——砼容重24KN/m3 T——砼入模温度25℃
β1——外加剂影响修正系数，当使用具有缓凝作用的外加剂时为1.2
β2——坍落度影响修正系数，取1.15
V——浇灌升高速度，浇筑速度控制在1m/h以内。
F=γC×H=24×14=336KN/m2 ②
G4K取①②中较小值F=36.43KN/m2
Q2K振捣混凝土产生的荷载标准值
水平模板2 KN/m2
Q3K倾倒混凝土产生的荷载标准值
导管法浇筑2 KN/m2
（2）荷载组合
拱部：计算强度时q1=1.2（G1K+G2K）+1.4Q2K
计算刚度时q1=1.2（G1K+G2K）
侧墙：计算强度时q2=1.2G4K+1.4Q3K=1.2*36.43+1.4*2=46.516KN/m2
计算刚度时q2=1.2G4K=1.2*36.43=43.716KN/m2
4.2水平杆稳定验算
根据脚手架布置图可知，主要受力杆为横向水平杆，支撑侧墙模板，单根横向水平杆代表面积为0.75*0.75=0.56m2,荷载为46.516*0.56=26.2KN。
考虑浮力的水平分力，F=0.75*0.75*46.516*cos25°=23.7KN
由于λ=l0/i=(h+2a)/i=(120+2×30)/1.58=114
查得φ=0.489
N/(φ×A)=（26200+23700）/(0.489×489)=208.7Mpa 4.3抗浮计算
按近似估算，单侧上浮力约为：
F=5.406*46.516*sin25°=106.27KN/m
脚手架两侧最边缘处，纵向每跨内均匀布置2个φ16拉杆，单根拉杆承载力验算如下：
0.375*106270/201.1=198.2Mpa 5.结束语
（1）隧道开挖前应先进行地质超前预报。依据预报距离分长期和短期地质超前预报。长期超前地质预报（距掌子面前方100～150m）分TSP仪器探测法、断层参数预测法和地面地质体投射法；短期超前地质预报（距掌子面前方15～30m）分地质雷达探测法、红外探水技术和地质素描预测法等。本隧道长期超前地质预报采用TSP仪器法、短期采用地质雷达探测法，结合超前钻探对地质进行了准确的预报。
（2）洞内施工场地狭小，无法使用大型起重机械，洞内台车改装时，制定书面技术交底，严格按交底组织施工，并做好岗前培训，注意与洞内隧道施工人员的沟通和协调。
（3）隧道开挖断面大，围岩自稳能力降低，开挖时必须采用光面爆破或弱爆破，尽量减少对围岩的扰动；初期支护应紧随开挖面及时施作，尽快封闭；仰拱应紧跟开挖面，距开挖面距离宜控制在20m以内，且应分段采用栈桥一次浇筑，严禁半幅施工，严禁砼未达到设计强度前通行重载车辆。
（4）支架法施工衬砌时，应注意第一次浇筑砼时的上浮。抗浮钢筋的锚固深度应严格按计算长度施工。
参考文献
[1]《广深港客运专线深港隧道施工图》，中铁第四勘察设计院，2009年。
[2]《地下铁道工程施工及验收规范》，GB50299-1999，中国计划出版社，2003年。
[3]《建筑施工模板安全技术规范》，JGJ162-2008，中国建筑工业出版社，2008年。
[4]《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》，JGJ130-2001，中国建筑工业出版社，2002年。
关键词：高速铁路大断面变线间距隧道施工技术
中图分类号: F530.34 文献标识码：A
1.工程概况
广深港客运专线ZH-4标深港隧道（深圳段）位于深圳市福田区，沿益田路下方通过，北起福田站，南至深圳河深港分界处，与深港隧道（香港段）对接。国内段采用单洞双线盾构隧道，香港段采用双洞单线盾构隧道，因衔接问题，在皇岗公园西侧设置工作井，工作井以南设置过渡段（变线间距隧道），采用矿山法施工。
变线间距隧道起讫里程DK113+643～DK114+017，长374m，开挖跨度17.622～25.323m，开挖断面197.9m2~366.8m2，共划分五个断面，具体里程、围岩类别和断面见图1。
图1 隧道断面及围岩类别示意图
2.施工方法
隧道按新奥法原理组织施工，采用三台阶法开挖，锚、网、钢架、喷砼初期支護，拱墙全断面衬砌。
施工工艺流程见图2 隧道施工工艺流程图。
2.1开挖支护
三台阶法开挖，采用钻孔作业平台配多台YT28风动凿岩机钻孔，光面爆破，挖掘机装车。
三台阶法详见图3三台阶法开挖施工工序图。
图3三台阶法开挖施工工序图
说明：
1.做好超前支护①后，首先开挖上台阶②部，开挖后应立即组织喷砼以封闭岩面，再进行钢或格栅拱架支撑、挂钢筋网、喷射砼工序。台阶长度可根据施工机械作业需要，适当调整，但不宜过长，且二衬距掌子面的安全距离必须满足要求（即：Ⅱ级围岩200m，Ⅲ级120m，Ⅳ级90m，Ⅴ级70m）。
2、中台阶分部开挖③、④，宜左右错开、短进尺，以单边每次开挖1-2米为宜。
3、初期支护，应紧跟隧道开挖进程及时施做。
2.2二次衬砌
隧道衬砌采用台车法为主，支架法辅助施工。DK113+643～+994.814，长351.814m，共分4个断面，采用台车法浇筑，钢模衬砌台车长度为9m，每模衬砌长度8.9m。每完成一种衬砌断面，在洞内改装台车，再进行下一断面衬砌。DK113+994.814～DK114+017，长22.186，为W5断面，因长度较短，改装台车时间长，为缩短工期，采用支架法现浇施工。
台车法浇筑与普通隧道施工大同小异，在此不再熬述，本文主要介绍支架法施工。
3.支架布置方案
3.1主要材料
1) 钢管选用外径φ48mm，壁厚3.5mm的焊接钢管,其质量应符合《碳素结构钢》(GB/T700)中Q235-A级钢的规定。
2) 二衬模板主要采用0.3×1.5m和0.6×1.5m标准组合钢模，拱顶环向封闭处不足0.3m时，采用0.1m的小钢模和方木条封闭。
3) 钢架采用16#工字钢。
3.2布置方案
除端头墙外二衬长20.986，按21m布置1.5m长模板共14环，每环模板背后布置两环工字钢架，钢架共28环，每环钢架背后布置一排脚手架。脚手架主要受力方向为横向，布置密度取1.2m（横）×0.75m（纵）×0.75m（竖），拱顶预留两处（宽2.4m、高约2.3m）作业平台，详见图4脚手架布置立面图。
在仰拱填充顶面范围的脚手架四角设水平剪刀撑，在水平剪刀撑四周设由下至上的竖向连续式剪刀撑，并在纵横向相邻的两竖向连续式剪刀撑之间增加之字斜撑，在有水平剪刀撑的部位，在每个剪刀撑中间处增加一道水平剪刀撑。
因钢架为圆弧形，杆件与钢架间距离不一致，故沿钢架环向设置斜杆，确保每根杆自由长度不大于200mm。
立杆直接立在仰拱填充顶面，不设垫板，顶部、前端和横向杆两端设置活动顶托，除剪刀撑外所有杆（含封闭墙斜撑）接长时必须采用对接扣件连接，相邻两对接接头不得在同步内，且对接接头错开的距离不小于500mm。剪刀撑采用搭接，搭接长度不得小于500mm，并采用2个旋转扣件分别在离杆端不小于100mm处进行固定。
仰拱填充内按图预埋拉杆，拉筋采用φ16圆钢，埋入混凝土部分带弯钩，防止支架上浮，拉杆与钢架底端通过纵梁（[25槽钢]）连接。
图4脚手架布置立面图
4．结构受力验算
4.1验算荷载
（1）计算荷载
G1K支架、模板自重
组合钢模板重量，0.7KN/m2；
钢架自重，0.205KN/m。
G2K二衬砼重量
二衬砼厚0.6m，不考虑钢筋重量，均布荷载为0.6×24=14.4KN/m2;
G3K新浇混凝土对侧模的压力
F=0.22γC×200×β1×β2×V1/2/(T+15)=0.22×24×200×1.2×1.15×1.01/2/40=36.43KN/m2①
γc——砼容重24KN/m3 T——砼入模温度25℃
β1——外加剂影响修正系数，当使用具有缓凝作用的外加剂时为1.2
β2——坍落度影响修正系数，取1.15
V——浇灌升高速度，浇筑速度控制在1m/h以内。
F=γC×H=24×14=336KN/m2 ②
G4K取①②中较小值F=36.43KN/m2
Q2K振捣混凝土产生的荷载标准值
水平模板2 KN/m2
Q3K倾倒混凝土产生的荷载标准值
导管法浇筑2 KN/m2
（2）荷载组合
拱部：计算强度时q1=1.2（G1K+G2K）+1.4Q2K
计算刚度时q1=1.2（G1K+G2K）
侧墙：计算强度时q2=1.2G4K+1.4Q3K=1.2*36.43+1.4*2=46.516KN/m2
计算刚度时q2=1.2G4K=1.2*36.43=43.716KN/m2
4.2水平杆稳定验算
根据脚手架布置图可知，主要受力杆为横向水平杆，支撑侧墙模板，单根横向水平杆代表面积为0.75*0.75=0.56m2,荷载为46.516*0.56=26.2KN。
考虑浮力的水平分力，F=0.75*0.75*46.516*cos25°=23.7KN
由于λ=l0/i=(h+2a)/i=(120+2×30)/1.58=114
查得φ=0.489
N/(φ×A)=（26200+23700）/(0.489×489)=208.7Mpa
按近似估算，单侧上浮力约为：
F=5.406*46.516*sin25°=106.27KN/m
脚手架两侧最边缘处，纵向每跨内均匀布置2个φ16拉杆，单根拉杆承载力验算如下：
0.375*106270/201.1=198.2Mpa
（1）隧道开挖前应先进行地质超前预报。依据预报距离分长期和短期地质超前预报。长期超前地质预报（距掌子面前方100～150m）分TSP仪器探测法、断层参数预测法和地面地质体投射法；短期超前地质预报（距掌子面前方15～30m）分地质雷达探测法、红外探水技术和地质素描预测法等。本隧道长期超前地质预报采用TSP仪器法、短期采用地质雷达探测法，结合超前钻探对地质进行了准确的预报。
（2）洞内施工场地狭小，无法使用大型起重机械，洞内台车改装时，制定书面技术交底，严格按交底组织施工，并做好岗前培训，注意与洞内隧道施工人员的沟通和协调。
（3）隧道开挖断面大，围岩自稳能力降低，开挖时必须采用光面爆破或弱爆破，尽量减少对围岩的扰动；初期支护应紧随开挖面及时施作，尽快封闭；仰拱应紧跟开挖面，距开挖面距离宜控制在20m以内，且应分段采用栈桥一次浇筑，严禁半幅施工，严禁砼未达到设计强度前通行重载车辆。
（4）支架法施工衬砌时，应注意第一次浇筑砼时的上浮。抗浮钢筋的锚固深度应严格按计算长度施工。
参考文献
[1]《广深港客运专线深港隧道施工图》，中铁第四勘察设计院，2009年。
[2]《地下铁道工程施工及验收规范》，GB50299-1999，中国计划出版社，2003年。
[3]《建筑施工模板安全技术规范》，JGJ162-2008，中国建筑工业出版社，2008年。
[4]《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》，JGJ130-2001，中国建筑工业出版社，2002年。