下穿铁路大跨度浅埋暗挖双联拱隧道临时支护拆除及换撑工法研究

周强

中铁二十五局集团第五工程有限公司 山东青岛 266100

1 工程概况

长沙市渔业路及延伸工程道路位于长沙市开福区，是我公司承揽的长沙市重点工程之一。道路主线全长2481．504m，路幅宽36m，其中K0+415．4-K0+437．6段为 22．2m长的暗挖隧道，位于京广铁路正线下方，其东西出口为：东段为长7．4m盖挖隧道、西段为长9．4m盖挖隧道，位于京广铁路边坡下方。隧道顶部至铁路轨面高差仅有7．1m，暗挖段与盖挖段采用双联拱断面，共长39m、高9．06m、跨度大至25．75m，中隔墙宽1．6m。

隧道结构位于杂填土、粉质黏土、中粗砂中。该施工区域地下水主要表现为上层滞水，场地地表水亦较多。水位埋深约为0．80-6．00m，相对应标高为 26．73-32．14m。

图1 铁路下方隧道横断面及地质情况图

双连拱隧道常规施工工法为三导洞分部施工法、中导洞分部施工法、双洞全断面平行施工法等，由于本隧道下穿京广铁路既有线，且跨度大至25．75m，为确保施工及铁路行车安全，结合常规工法，本工程采用“中导洞+双侧壁导坑”法施工。具体为先进行中导洞开挖，再进行双侧壁开挖，隧挖随撑，及时施做初期支护及临时支护，并待初期支护结构的拱顶沉降和收敛基本稳定后，拆除初期支护中的临时中隔墙和临时仰拱，最后施作结构仰拱和二衬[1]。

2 支护参数

隧道初支以锚杆、喷射混凝土、钢拱架及钢筋网组成综合防护体系。在开挖完成后进行初支；初支由C25喷射混凝土、φ8双层钢筋网、φ25组合中空注浆锚杆(侧墙设置）、I22b型钢钢架、φ22的双层连接筋组成。临时支护由C25喷射混凝土、φ8单层钢筋网、I18型钢钢架、φ22的单层纵向连接筋组成。初支I22b型钢钢架和临时I18钢架，间距均为0．5m/榀。隧道初支和二次衬砌间，全环设置全包防水层，防水材料为1．5mm厚EVA塑料防水板，缓冲层以及仰拱防水板的保护层材料采用单位重量不小于400g/m2的无纺布，二衬及仰拱采用防水钢筋混凝土。

3 临时支护拆除

根据施工进度及监控量测的情况，在实际施工过程中，隧道贯通且支护结构受力稳定后，可进行二衬及仰拱施工。因隧道上方有铁路既有线，通过监测隧道封闭成环后隧道支护体系的变形情况，确定变形情况在正常范围内时，方可进行临时支撑钢架的拆除，沉降收敛达到稳定的标准为位移速率不超过0．2mm/d。

临时支护拆除前还必须完成的仰拱及衬砌段落为：1．铁路西侧的第八段仰拱及填充施工；2．铁路西侧的盖挖段和剩余暗挖段的中隔墙及底部仰拱的施工；3．暗挖段的南北侧壁导坑的仰拱及填充的施工。

图2 中隔墙及南北侧壁导坑仰拱的施工示意图

图3 盖挖、暗挖隧道仰拱施工分段纵断面示意图

4 临时支护拆除步奏

根据暗挖隧道经验施工方法，临时支护拆除及后续施工顺序为：布设监控量测点→搭设脚手架及布置防护安全网→凿除喷射混凝土→临时钢架拆除→处理初支表面杂物→拆除位置补喷混凝土找平→铺设防水材料→浇筑防水保护层→安装结构钢筋→浇筑二衬混凝土。但因本隧道下穿铁路，既有线不间断行车产生动载，且隧道跨度达26m，初支受力大。为确保既有线行车安全及隧道施工安全，应对临时支护进行分段拆除，分段施做，做好防水保护层后进行支撑补撑以达到稳固支护结构的效果。临时支护拆除工作自铁路西侧隧道北侧开始。

为确保临时支护拆除工程安全可控，将K0+415．4～+419．9段设置为拆除试验段，根据拆除中监控量测的数据来指导和确定后续临时支撑的拆除长度及加固措施。如变形不超过2mm/d，则按照4．5m/段正常进行拆除工作；如变形持续超过2mm/d，应立即停止拆除工作，并及时采取加固措施，加固完成后，应适当缩短拆除长度。本暗挖隧道的临时支护拆除工作将整个隧道南北侧各分为6段施工，如图4所示：

第①步：进行隧道北侧第一段所有临时支撑拆除工作，施工此段仰拱及二衬；

第②步：进行隧道南侧第一段所有临时支撑拆除工作，施工此段仰拱及二衬，同时进行隧道北侧第二段所有临时支撑拆除工作，施工此段仰拱及二衬；

第③步：进行隧道南侧第二段所有临时支撑拆除工作，施工此段仰拱及二衬，同时进行隧道北侧第三段所有临时支撑拆除工作，施工此段仰拱及二衬；

第④步：进行隧道南侧第三段所有临时支撑拆除工作，施工此段仰拱及二衬，同时进行隧道北侧第四段所有临时支撑拆除工作，施工此段仰拱及二衬；

第⑤步：进行隧道南侧第四段所有临时支撑拆除工作，施工此段仰拱及二衬，同时进行隧道北侧第五段所有临时支撑拆除工作，施工此段仰拱及二衬；

第⑥步：进行隧道南侧第五段所有临时支撑拆除工作，施工此段仰拱及二衬，同时进行隧道北侧第六段所有临时支撑拆除工作，施工此段仰拱及二衬；

第⑦步：进行隧道南侧第六段所有临时支撑拆除工作，施工此段仰拱及二衬。

图4 隧道拆除施工分段平面示意图

在施工过程中，以隧道北侧K0+415．4～+421．9段支撑拆除及换撑工法为例，具体支撑步奏如下：

图5 临时支撑拆除断面示意图

（1）布置变形观测点，确保安全。拆除临时支护钢架前，进行监控量测点的布设，以5m为一个断面布设，并取得拆除前的初始数据，必须保证每个拆除段有监测点，以保证隧道的安全。

（2）拆除北竖撑C和北竖撑D。隧道北侧K0+415．4～+417．9段北竖撑C和北竖撑D逐榀拆除，采用人工手持风镐，搭设钢管脚手架作为工作平台，凿除竖撑C钢架连接处⑤⑥处的喷砼，再凿除两榀钢架之间的混凝土。然后采用电气焊切断钢筋网及连接筋，去掉钢架间的连接螺栓，对于不能去掉连接螺栓的钢架直接采用氧乙炔切割，注意切割过程中应在临时支护一侧进行，以免影响初支结构稳定性，然后将钢架取出。按照上述方式依次逐榀进行竖撑D的拆除[2]。

（3）北竖撑C和北竖撑D拆除后，对拆除面进行喷射混凝土并抹平处理后立即安装第一段2．5m隧道仰拱的防水结构及防水保护层缓冲层。

（4）防水保护层达到一定强度后将第一榀和第五榀北竖撑C和北竖撑D临时架设回原位置，以保证初支结构整体稳定，减少隧道断面暴露时间。

（5）同理对隧道北侧K0+417．9～+419．9段2m范围内的北竖撑C和北竖撑D逐榀拆除，对拆除面进行喷射混凝土并抹平处理后立即安装第二段2m隧道仰拱的防水结构及防水保护层缓冲层。

（6）防水保护层达到一定强度后将第九榀北竖撑C和北竖撑D临时架设回原位置，以保证初支结构整体稳定，减少隧道断面暴露时间。

（7）安装隧道北侧K0+415．4～+419．9段仰拱结构钢筋后，移除临时架设的北竖撑C和北竖撑D，浇筑仰拱混凝土。待混凝土达到初凝后，在仰拱混凝土表面铺设土工布进行保护，并对接口钢筋做好保护。

图6 竖撑C、D钢架拆除示意图

（8）拆除北竖撑A和北竖撑B。对隧道北侧K0+415．4～+419．9段北竖撑A和北竖撑B逐榀拆除，采用人工手持风镐，搭设钢管脚手架作为工作平台，凿除竖撑A钢架连接处②⑤处的喷砼，再凿除两榀钢架之间的混凝土。然后采用电气焊切断钢筋网及连接筋，去掉钢架间的连接螺栓，对于不能去掉连接螺栓的钢架直接采用氧乙炔切割，注意切割过程中应在临时支护一侧进行，以免影响初支结构稳定性，然后将钢架取出。按照上述方式依次逐榀进行竖撑B的拆除。

（9）拆除北横撑E和北横撑F。采用人工手持风镐凿除北横撑E钢架连接处①⑤处的喷砼，凿除两榀钢架之间的混凝土，采用电气焊切断钢筋网。

采用装载机配合，切开钢架间的连接钢筋后，装载机抬起北横撑E钢架，切断钢架连接处后，将临时仰拱钢架抬走。按照以上拆除方法依次逐榀进行北横撑F的拆除。

（10）处理初期支护表面杂物。在各部位横撑和竖撑钢架拆除过程中，应将初支表面杂物清理干净，为二衬防水层的施工创造有利条件。

（11）拆除位置补喷混凝土找平。在临时支护拆除过程中，初支表面清理干净后对拆除部位补喷C25混凝土，以便后续防水施工。

（12）二次衬砌施工。在对K0+415．4～+419．9段北竖撑A、北竖撑B、北横撑E、北横撑F、北竖撑C、北竖撑D拆除完成并对拆除节点位置喷砼找平后，开始此段二次衬砌防水层及钢筋安装的施工，并利用4．5m的衬砌台车浇筑此段二次衬砌混凝土。

5 加固措施

在拆除临时支撑过程中，沉降或收敛的速率持续超过2mm/d，应该立即采取加固措施，以确保施工安全。

（1）补强措施。在变形处施作L=3．5m，φ42mm的径向注浆钢花管，间距环＊纵=100cm＊100cm，梅花形布置。

（2）加固措施。在变形段初期支护内侧按0．5m/榀增加I18型钢钢架支撑，钢架间用φ22连接筋连接，防止变形过大造成初支侵限。加固之后，立即采用钢花管进行径向注浆加固围岩，待围岩稳定后拆除I18钢架支撑。

图7 加固措施示意图

6 监控量测布设

监控量测点采用端部设置弯钩的φ8mm钢筋制成，隧道拱顶沉降采用精密水准仪、铟钢尺，钢卷尺，量测精度为±0．1mm；隧道水平收敛变形监测采用收敛仪，量测精度：±0．1mm；地表沉降监测采用精密水准仪、铟钢尺，钢卷尺，量测精度为±0．1mm。监测按5m一个断面布设，共5个断面，由于原来进行隧道开挖时，已经对隧道进行监控量测点进行布设，可以利用原监测点进行监测和数据采集，但必须保证每个拆除段有监测点。对现场损坏或缺失的监测点进行修补和增设，另外可根据现场实际拆除施工中的变形情况，适当加密监测点。

图8 监控量测点断面布置图

初始拆除段即K0+415．4～+417．4段，由于此段位于洞口段，施工的安全风险较大，所以对此段监控量测点进行加密设置，按1m一个断面布设，共2个断面。对于拆除试验段即K0+415．4～+417．4段，增加一组监控量测点，并加强监控量测频率，监控量测段断面布置图如图6．2。

监控量测频率应根据拆除临时支护进度来确定，并根据位移速度来考虑是否增大监控量测频率。

监控量测工作应在拆除前进行初始数据的采集，然后在每拆除一段（4．5m/段）竖撑或横撑（K0+415．4～ +417．4段每拆除一榀）时，就进行一次监测数据的采集和分析。其中拆除试验段即K0+415．4～+417．4段每拆除二榀竖撑或横撑，就要进行一次监测数据的采集和分析。如位移速度超过2mm/d，则将量测频率增加一次。

7 试验段成果

在实际施工过程中，对K0+415．4～+417．4段进行连续3天观测，监控量测数据（部分）如下表所示：

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根据以上3日内连续对K0+415．4断面的地表沉降点、拱顶沉降点及收敛点的监控量测数据进行对比分析，说明临时支撑的拆除及换撑施工方式对隧道初支结构及地表沉降影响较小，可以满足安全施工及铁路行车安全的要求。

对后续施工中临时支撑的拆除工作，按照隧道北侧K0+415．4～+419．9段临时支撑拆除方法和步骤依次逐段错开进行隧道南北侧临时支撑的拆除，在拆除完成后及时进行仰拱填充及二次衬砌的施工。此外，在拆除前段支撑时，必须在后段衬砌砼强度达到80%以上才能进行。同时在拆除临时支撑过程中，要及时进行监控量测工作，保证后续施工的安全、顺利进行[3]。

8 结语

综上所述，在城市下穿铁路大跨度浅埋暗挖双联拱隧道施工过程中，根据隧道开挖断面、地质水文条件等，选择合适的工法是确保隧道施工安全质量的必要条件，临时支护拆除是隧道二衬施工前的必要工序，也是隧道结构体系转换，试验段的施工是后续拆除工程的前提和保障，根据隧道结构形式、支护体系情况，设置合理的施工试验段并科学记录监控量测数据；支撑拆除及换撑顺序及二衬跟进的时间按照试验段监控量测数据进行分析，来指导后续施工。在本隧道工程中采用的临时支护拆除及换撑的施工工法，保证了隧道安全施工及施工过程中铁路既有线的安全行车，使该工程顺利竣工通车。该项工法在今后相类似下穿铁路、公路或河流的大断面暗挖隧道中值得推广。通过本工法施工全过程，建议归结如下：严格按照方案进行实施，确保满足安全要求；根据工程项目的地质情况、工期要求、物资材料资源供应、施工人员组织等情况合理科学的选择分段分部长度；为加快施工进程，减少断面暴露时间，在施工过程中合理进行组织规划及场地布置，确保工序衔接紧密，提高安全保障。