隧道非爆破开挖施工技术实践

童峥嵘

摘要：江门市南山路K0+780隧道周边300m范围内存在大量民居、工厂和三座高压线塔，这些设施对爆破施工振动极为敏感，拆除和迁改这些设施费用高昂，但又避免不了爆破所带来的一系列安全问题，因此采取非爆破（机械）开挖是一种技术可行、安全可靠的选择。

关键词：隧道工程；非爆破开挖；机械开挖；施工技术；双连拱暗挖隧道 文献标识码：A

中图分类号：U455 文章编号：1009-2374（2016）11-0097-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.11.048

1 概述

1.1 工程概况

武宁西海大桥跨越柘林水库，北接柘林水库孤山，南接窑塅岛，起讫桩号为K4+035.5～K5+084.5，全长1.049km。上部结构采用预应力混凝土先简支后连续T梁。全桥共有水上基础50座，基础结构形式为由两根墩柱式桩基和一根水下系梁结合而成的门式结构。系梁顶标高63.0m，尺寸为1.5m×1.8m和1.8m×2.0m两种，对应钢护筒直径分别为2.3m和2.5m。

1.2 水文

桥址区柘林水库水深7.7～17.80m，库区水位可控，最高水位标高63.0m，最低水位低于系梁底。水库主要接受大气降水和相邻分叉支流补给，库区水位一定程度上受大气降水影响，大雨可能会导致水位快速上升。

2 设计要求

（1）项目工期紧张，需要一个操作简单、倒用便捷的施工方案，以实现快速施工；（2）尽量利用围堰结构作为系梁模板，以减少成本投入。

3 围堰结构设计

3.1 围堰特点

3.1.1 结构特点。吊箱围堰由底板结构、侧板结构、吊挂结构和封底混凝土四个部分组成。底板共一块，两端为圆弧形，倒八字结构，两侧设置销孔，通过销轴与直侧板相连。侧板分为六块整体模板，其中直侧板两块，两侧设置螺栓孔与弧形侧板连接，下端设置销孔与底板销接，上端与吊挂结构销接，同时兼作系梁侧模板；弧形侧板四块，分为正反两种。正反侧板之间通过销轴连接。吊挂扁担梁通过销轴与直侧板连接，兼做横向连接系使用。

3.1.2 施工特点。与其他吊箱围堰相比本围堰主要有三个显著特点：一是本围堰结构总体重量轻，可在岸上整体拼装再运至设计位置整体起吊下放，不需要大型浮吊就能满足施工要求；二是本结构各构件支架大多采用销轴连接，拆除方便，可完全倒用；三是直接利用围堰侧板和钢护筒作为系梁模板，可大大减少材料投入和缩短施工周期。

3.2 底板结构

底板共一块，面板为6mm钢板，小加劲肋为[8槽钢，间距37cm；大加劲肋采用2[14b型钢，间距85cm。大加劲肋两侧设置销孔，通过销轴与直侧板相连。两端为弧形边，倒八字结构，以便抛添砂袋浇筑封底混凝土。

3.3 侧板结构

直侧板面板为6mm钢板，水平加劲肋为[8槽钢，竖向间距40cm；背带采用2[14b型钢，间距85cm。每根背带底部均设置销孔，顶部两侧型钢上设置吊挂销孔。弧形侧板面板为6mm钢板；竖向加劲肋为[8槽钢，每对应圆心角15°弧长处设置一道；横向加劲肋采用2[8槽钢，竖向间距80cm。弧形侧板分为正反两种，仅连接处不同。正反弧形侧板之间通过销轴连接，弧形侧板与直侧板之间通过螺栓连接。

3.4 吊挂结构

吊挂结构由牛腿和扁担梁组成，牛腿采用2I20b型钢焊接。扁担梁采用2I28b型钢，下部焊接耳板，设置销孔。扁担梁与直侧板通过销轴连接。浇筑封底混凝土时无需另设吊挂结构。

3.5 封底混凝土

封底混凝土采用C30水下混凝土，厚度为0.6m。

3.6 连接设计

3.6.1 直侧板底板连接。在侧板和底板连接处型钢上开Φ31mm的孔，并用M30螺栓销接侧板与底板。销接后保证直侧板能够自由转动，方便围堰的拆除，见图3。

3.6.2 直侧板与弧形侧板连接。直侧板与弧形侧板通过螺栓连接。在连接型钢上开Φ28mm孔，上M27螺栓。

3.6.3 正反弧形侧板之间连接。为了方便围堰整体拆装和倒用，将弧形侧板分为正反两块，通过M27螺栓连接。连接后保证弧形侧板能绕连接轴自由转动。在两块弧形侧板连接处设置密封橡胶垫，以保证拼装完成后围堰的水密性，见图4。

4 结构计算

4.1 封底混凝土计算

封底混凝土厚度为0.6m，抗浮和抗沉计算中混凝土与钢护筒之间的握裹力取0.12MPa计算。

4.1.1 围堰抗浮计算。围堰抗浮计算工况为高水位抽水工况，主要荷载有围堰自重、封底混凝土自重、混凝土与护筒的握裹力及水浮力。经计算在抽水工况下整体抗浮安全系数为3.2。

4.1.2 围堰抗沉计算。围堰抗沉计算工况为低水位浇筑系梁工况，主要荷载有围堰自重、封底混凝土自重、混凝土与护筒的握裹力及系梁砼自重。经计算在浇筑系梁工况下整体抗沉安全系数为1.11。

4.2 各构件受力计算

4.2.1 计算荷载。根据工程水文、气候条件和围堰的施工工艺，作用于围堰上的主要荷载有静水压力、水浮力、系梁自重及浇筑系梁时混凝土侧压力、封底混凝土自重。

4.2.2 计算工况。

工况1：高水位抽水工况：此工况不利荷载有封底混凝土自重、围堰自重、水浮力及静水压力。

工况2：低水位浇筑系梁混凝土工况：此工况最不利荷载有封底混凝土自重、围堰自重及系梁混凝土自重。

4.2.3 内力计算。围堰结构内力采用整体模型建模计算，计算结果见表1：

5 围堰施工

5.1 围堰的拼装与安装

围堰在工厂加工好后运至码头并拼装成整体，再利用船舶将围堰运输至设计位置。利用水上浮吊整体下放围堰，当围堰底板下放到牛腿底标高以下时，临时吊挂围堰。在设计位置焊接牛腿。继续下放围堰至设计位置，并将吊挂分配梁与牛腿焊牢。

5.2 封底混凝土浇筑

向围堰内倒八字凹槽内抛填砂袋，利用导管法浇筑封底混凝土。混凝土强度等级为C30，厚度0.6m，见图5：

5.3 系梁混凝土浇筑

待封底混凝土达到设计强度90%后，围堰内抽水直至抽干。在钢护筒上系梁对应位置开口，绑扎系梁钢筋，利用围堰直侧板和钢护筒作为系梁模板浇筑系梁混凝土。

5.4 围堰的拆除与倒用

5.4.1 系梁混凝土强度达到70%以后，解除弧形侧板与直侧板之间的螺栓连接，并将弧形侧板向两侧转动，利用浮吊沿护筒垂直吊出弧形侧板并倒用至下一位置，见图6：

5.4.2 用浮吊吊挂直侧板后解除直侧板与吊挂分配梁之间的连接，整体下放直侧板和底板。从一侧拉出直侧板和底板，倒用至下一位置。最后拆除吊挂分配梁和牛腿，见图7：

6 结语

（1）将直侧板与底板之间连接设计为销接，在工厂加工，制造拼装和拆除非常方便，且拆除不损伤原结构，方便倒用；（2）将弧形侧板分成正反两部分，正反弧形侧板之间采用销轴连接，拆除倒用非常方便；（3）直接采用围堰侧板和钢护筒作为系梁模板，可以减小模板投入和模板安装时间。

参考文献

[1] 钢结构设计规范（GB 50017-2003）[S].

[2] 周水兴，何兆益，邹毅松，等.路桥施工计算手册

[M].北京：人民交通出版社，2014.

（责任编辑：小 燕）