大型“拱箱复合”结构隧道施工技术

摘 要：厦门市机场路JC3标段明挖段受周边环境条件所限，需采用地下立交形式。为实现此目标，施工、设计单位联合开展了科技创新，形成了大型“拱箱复合”结构隧道施工技术。本文从工艺原理、操作要点、拱圈模板台车施工方法、拱圈模板台车监测等方面对这一施工技术进行阐述，旨在探讨此实用技术，为以后类似的明挖隧道施工提供借鉴。

关键词：大型 拱箱复合 模板台车

中图分类号：TU2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）03（a）-0053-02

国内外遇到立体交通问题时，一般都采取修建大型立交桥的地上立交来解决问题。但此方式对施工场地要求较大，并且在施工过程中扰民严重。厦门机场路JC3标将立体交通置于地下，具有对地下空间利用大、节约城市用地、保护环境等优点。在明挖暗埋隧道工程中，普遍采用框架结构形式，其施工技术和工艺都比较成熟。厦门机场路JC3标采用了大型“拱箱复合”结构形式，该形式隧道具有受力性能好，结构稳定，承受荷载强等优点，今后将有一定的推广价值。

1 工程概况

厦门市机场路明挖段分为四个部分，第一段为YK7+018.0～YK7+248.0段，周围环境较复杂，在YK7+018～YK7+248左侧为军事管理区，YK7+018～YK7+240右侧有莲坂水库，YK7+240～YK7+500右侧为水务集团的办公、生活建筑群及莲前西路。为实现地下立交，采用拱箱复合结构形式，主线框架行车道宽度12 m、框架净跨13.5 m，拱净跨24.7 m，净高6.175 m，矢跨比1/4，拱圈厚度70 cm。基坑开挖深度在29～15 m之间，由于边坡及支护形式不同，基坑开挖宽度为36～70 m不等。

2 工艺原理

根据拱箱复合结构和框架结构的力学特征，可知在用作明挖隧道结构上，拱箱复合结构的受力性能更好一些，因为拱主要承受压力，能充分发挥混凝土材料的良好的抗压能力，从而节约材料，创造良好的经济效益。

框架结构虽受力清晰明了，但是由于框架结构构件截面较小，因此其承载力和刚度都较低，也不利于抗震。从计算结果来看，上层框架结构的顶梁所受的弯矩较大，挠度也较大，这对结构的安全性不利。

另外，对比分析两种结构的内力图可知，拱箱复合结构的内力（主要是指弯矩和剪力）的分布相对框架结构来说要均匀很多，这样有利于充分发挥材料的力学性能，从这点也可以看出两种结构的优劣。

在具体实施过程中，根据不同的地质条件采用了高台身或低台身，台身上部施做拱座，在受场地条件限制不能施做台身的区段，采用承台，承台以下施做挖孔桩做为基础；箱形结构采用预应力混凝土结构，在优化结构的同时节约了钢筋和混凝土；拱圈施工引进了隧道施工理念，采用大型模板台车，保证了施工的质量和安全。

3 工艺流程及操作要点

3.1 工艺流程

施工准备围护结构施工基坑开挖承台桩基施工底板、挡墙、台身基础施工边墙、中隔墙、台身施工顶板、承台施工拱座施工拱圈施工结构外防水施工基坑回填。各部位如图1所示。

3.2 操作要点

（1）承台桩（Φ150挖孔桩）要尽早开工，因为这一工序影响到承台以下土石方的开挖，进而影响到底板、挡墙、承台的施工。在基坑开挖过程中，在保证基坑安全的前提下，优先开挖左侧土石方、并认真组织锚索施工，创造承台桩开工条件。

（2）为抵抗左侧承台与围护桩、挡墙与承台桩之间的剪力，在围护桩与承台、承台桩与挡墙相交的部位，需植入钢筋。植筋的工程量大、施作时间长，所以施工安排要提前，创造挡墙和承台的工作面，避免影响拱圈的施工。

（3）底板要尽快施工。该段基坑宽度大，达60 m，左侧无混凝土泵车停放场地，在混凝土浇筑作业时，泵车只能在作业区域的前、后、右三个方向停放，而因为基坑宽度大，仅从右侧浇筑混凝土无法满足施工需求。为了创造混凝土浇筑条件，必须尽快施作底板，创造前方和后方的泵车停放条件。同时，尽快施作底板也有利于基坑的稳定和下一步结构施工的流水作业。

（4）顶板要尽快封顶。在顶板施工过程中，其下方因搭设支架不能通行，在顶板浇筑后，因等强而暂不能拆除支架，顶板以下难以通车。所以，在边墙和中隔墙施工过程中，即开始搭设部分顶板所需支架，在边墙和中隔墙浇筑完成且混凝土强度达到要求后，立刻组织顶板支架、模板、钢筋、浇筑的作业，保证上方通道向前延伸。同时，顶板的尽早完成有利于拱圈的施工，因为承台、中拱座、右拱座之间决定拱圈能否开工的条件往往是中拱座。

（5）承台和拱座施工要合理组织。在结构流水作业线上，承台和左右拱座一般不是关键工序，可以选择合适时间穿行。但也需要合理组织钢筋绑扎、模板支立等工序，避免因忽略这些工序而引起的拱圈施工滞后现象。

（6）拱圈施工需精心组织。拱圈施工前，首先要将施工范围内的匝道填高、压实，创造模板台车行走条件，其次要及时安排模板台车定位。在台车定位后，组织足够的钢筋工绑扎拱圈钢筋，同时加强拱圈作业的安全管理，此工序安全为重中之重。在绑扎钢筋过程中，安排好泵车停放的场地，为混凝土浇筑创造有利条件。

3.3 拱圈模板台车施工方法

3.3.1 主要技术参数

（1）台车每模衬砌长度：L=13500 mm；

（2）台车行走速度：8 m/min；

（3）单边最大脱模量：100 mm；

（4）水平调整量：100 mm（单边）；

（5）系统流量：Q=23 L/min；

（6）系统工作压力：P=12 MPa；

（7）油缸最大行程：竖向油缸：1250 mm；侧向油缸：300 mm；水平油缸：200 mm。

3.3.2 使用说明

（1）模板台车使用必备条件。

①检查路面标高及路面状况是否满足设计要求，路面状况：砼路面。

②检查枕木和钢轨是否满足设计要求，枕木：200 mm；钢轨：43 kg/m。

③检查拱圈砼厚度是否满足设计要求，最大砼厚度：70 cm。

④检查钢模板外表面是否涂抹脱模剂。

（2）立模。

模板台车行走至衬砌位置后便可立模，立模前模板台车处于脱模状态。立模按以下几步进行。

①台车至衬砌位置后，收起支撑千斤顶和模板限位装置，将门架支撑千斤顶撑于钢轨上并旋紧。

②启动液压电机，操作手动换向阀手柄，使竖向油缸上升。调整台车模板，使其接近预定高度。

③操作手动换向阀手柄，使水平油缸平移。调整钢模板台车模板，使其中心线与衬砌中心线对齐，然后再操作手动换向阀，使竖向油缸上升到预定位置，旋紧台架顶部竖向千斤顶，旋紧上部模板限位装置。

④操作手动换向阀手柄，使侧向油缸撑出。粗调钢模板台车侧模板至预定位置。

⑤装好并旋紧侧向丝缸。

⑥关闭电机，来回摇动手动换向阀手柄，使侧向油缸卸压。调节侧向千斤顶，使钢模板台车侧向模板达到灌注状态。

⑦装好堵头并旋紧模板限位装置。

（3）拱圈砼浇注。

立模完成后即可进行砼浇注。浇注之前，钢模板台车外表面需涂抹脱模剂，以减少脱模时表面的粘结力。

在砼浇注过程中要注意以下两点。

①在每次砼浇注之前，应检查丝缸、千斤顶是否有松动，防止在注浆时台车变形。

②砼浇注时，钢模板台车前后砼高差要求不超过600 mm；左右砼高度差要求不超过500 mm。

（4）脱模。

砼浇注完成之后，必须让砼凝固一定时间后才能进行脱模。脱模按以下几步进行。

①拆掉侧向千斤顶、对地千斤顶、堵头板和边模边部的锲形块。

②启动液压系统，操作手动换向阀手柄，控制侧向油缸。使钢模板台车侧模板脱离衬砌面。油缸收缩行程为180～300 mm。

③收起顶支撑千斤顶及模板限位装置。

④操作手动换向阀手柄，控制竖向油缸。使钢模板台车钢模板面全部脱离衬砌表面。油缸收缩时，必须分次收缩，切记一次性强制脱模。油缸收缩行程为180～300 mm。

3.3.3 台车加固措施

组装完成的台车每台自重160 t，钢筋混凝土按2.6 t/每立方计算，单侧拱圈重692.3 t（按13.5 m长计算）；台车自重与拱圈重量由台车下部5排纵向立柱来承重，其车2排纵向立柱在靠近中拱座2 m范围内，1排在框架侧墙顶，2排在靠近挡墙2 m范围内；按照平均受力计算，每排纵向立柱受力170 t，因此，台车定位前在框架顶板靠中拱座与挡墙处的台车纵向立柱受力需要加强处理。

台车在框架侧墙顶与中拱座处的纵向立柱间距10.11 m，承受大部分荷载，需要在台车轨道对应的框架内利用脚手架纵向支撑3排，以减少框架顶板承受的荷载；脚手架高7.1 m（包括上下顶托40 cm），纵向间距0.5 m。

3.3.4 模板台车施工难点解决

（1）偏压问题。

本工程属于联拱隧道，如果两台模板台车施工过程不对称，空易产生混凝土对台车偏压的现象。

为了防止模板台车和墩座受偏压，在混凝土浇筑过程中，左中右同步进行，以保证内侧和外侧的拱脚及拱腰位置受力均衡。

（2）台车纵向行车。

因外侧匝道的纵向坡度与主线坡度相差较大，所以随着台车的纵向移动，需要不断的调整支柱的高程。

为此，采取了回填土和接长支柱的方式。匝道填土密实度要求达到95%以上，并且台车在匝道内的2纵向立柱底面浇注20 cm厚C20混凝土。

3.3.5 模板台车监测

（1）内力监测。

为了清楚了解模板台车的受力和变形特征，分别在下图1中布置测点，测量模板台车的内力和变形。测量内力所用的钢筋计如图2所示。

内力测量结果如图3。

从图3可以看出模板台车的内力特征是：①测点的布置是对称的，这些对称点的内力基本是对称的。②布置在后侧的点的受力普遍大于前侧的点的内力。③右前右、左前左、右后中三点的内力很大，应该加强模板台车此处的强度。

（2）变形监测。

为了清楚了解模板台车的变形特征，测量模板台车的变形，测量结果如图4。

从图4可以看出模板台车的变形特征是：①左后右的变形最大，达到12 mm；其次是左后中的变形，达10 mm。②其他地方的变形比较接近，都在几个毫米的范围内变动。③左侧模板台车前部有上移，后部有下移。

4 结论

（1）上拱下箱的大型“拱箱复合”结构形式，成功的解决了城市立体交通问题，节约城市用地，保护了城市景观，并且降低了噪音污染。

（2）传统的明挖暗埋隧道框架结构在大跨的情况下构建尺寸大、配筋率高，不经济；“拱箱复合”结构采用薄壳拱和箱体，节约大量钢筋、混凝土，经济效益显著；高大拱圈利用模板台车实行标准化作业，施工安全、快速。

（3）将数据处理和信息反馈技术应用于施工，利用监控量测指导施工，动态修正施工参数，确保工程的质量和安全。

（4）该技术适用于不同地质条件下大跨度明挖暗埋隧道，特别是受临近建（构）筑物和地面条件限制的城市立交明挖暗埋地下工程。