隧道工程钢围檩、支撑及系梁施工工艺

梁振华

（中交四航局第一工程有限公司，广东广州 550014）

1 工程概况

南国路位于顺德中、南部，规划为交通性干线主干道，是佛山市顺德区“4 横6 纵”干线主干道路网中的一横，西接江门市东至番禺。随着经济的快速发展，南国路交通问题突出，为确保南国路交通顺畅同时根据“顺德东部片区近期交通建设计划重点项目进度报表”的安排，本项目为近期重点建设项目。

南国路改造工程东段包括环市东路至驹荣路段，路段改造里程长1.972km。主要施工包括跨线桥1 座、隧道2 座及路基、路面、给排水、照明、交通、绿化工程等。

驹荣路隧道起讫里程K11+425.574～K11+982.542。隧道敞口段施工采用的是U 形槽与挡墙相组合的断面形式，分三节段设置，侧墙根部、底板两处的厚度均有三种标准，即60cm、80cm、100cm，底板厚度基坑开挖深度2～11m。新桂中路泵房施工区域的基坑开挖底标高-11.8m，开挖深约14.8m，设置4 层钢筋混凝土发挥出支撑作用。

2 基坑支撑体系的主要类型

基坑支撑体系类型多样[1]，具体视实际开挖深度而定，主要有：

（1）开挖深度在4m 的施工区段，其中新桂中路K10+825.42～K10+838.71/K11+282.53 ～K11+295.42 段 以 及 驹 荣 路K11+458.725～K11+465.032 段均采用的是钢板桩支护悬臂的方式，其他为“钢板桩+型钢支撑”的综合型方案，钢板桩选用的是止水效果较佳、稳定性较好的Ⅳ型拉森钢板桩，型钢支撑按4m 的间距设置。

（2）挖深为4～7m 的施工段，该部分采用“钻孔灌注桩+钢筋混凝土支撑（1 层）”相综合的方案。支撑结构为钢筋混凝土支撑，于该结构的两端布设八字撑，水平间距12m。

（3）挖深超过7m 的敞口段，鉴于该处开挖深度较大的特点，采用的是多重结构相组合的方案，即钻孔灌注桩+钢筋混凝土支撑（1 层）+钢管支撑（1 层）。其中钢筋混凝土支撑的截面尺寸为800mm×800mm，分别在支撑结构的两端布设八字撑，此部分支撑的水平间距为12m；钢管桩支撑结构的直径为609mm，水平间距3m，按该标准依次布设到位。

（4）此外，施工现场还存在暗埋段、地质条件异常的敞口段（此部分兼具开挖深度大的特点），其施工难度较大，对支撑的稳定性要求更高。采用的是“钻孔灌注桩+钢筋混凝土支撑（1 层）+钢管支撑（2 层）”的综合型方式。其中第一层支撑选用的是钢筋混凝土支撑结构，截面尺寸为800mm×800mm；第2、3 层均采用的是φ609mm 的钢管撑，此部分结构的水平间距为3m。通过多重支撑结构的应用构筑完整可靠的支撑体系切实保证基坑的稳定性。

3 钢围檩安装的施工工艺分析

随基坑开挖进程达到支撑0.5m 以下的位置后，综合考虑前期准备工作中在隧道施工现场布设的控制轴线和水准点以控制钢围檩的位置，即轴线和高程，使其具有合理性。钢围檩采用的是双片H 型钢（HM500×300×11×18），经焊接后成型。待钢围檩结构成型后，利用履带式起重机分段将其吊装到位，稳定置于钢支架上。经过钢围檩安装作业后，详细检查钢支架判断其是否存在稳定性不足的问题。对于钢围檩与钢支架之间所形成的空隙，用钢楔填塞该部分并焊接，使钢围檩和钢支架构成稳定的整体结构；对于钢围檩和围护桩之间的空隙，较适宜的是填充C30 细石混凝土。

以2 条普通热轧63C 工字钢和肋板为原材料，经焊接后组成钢腰梁，安装时将其紧密贴合围护结构并根据支撑轴线灵活控制标高。基坑开挖至钢支撑布设位置后全面清理该处的杂物，弹线后确定钢腰梁的安装位置，用风镐适度凿除钢腰梁与围护桩的连接区域（基本要求为该处可露出主筋但不损伤钢筋等结构），利用扁钢和吊筋加以焊接。

在腰梁焊接过程中加强对接头焊接质量的控制，确保纵向接头可稳定设置在钢支撑处。钢腰梁与围护结构需紧密结合，两者间预留7cm 的空隙，该部分利用C20 细石混凝土填充，使该区域具有足够的密实性。

4 钢管支撑安装的施工工艺分析

4.1 钢管横撑的安装

钢立柱所处位置为线路中心线右侧2m 处，根据现场安装的空间条件，每根钢管横撑分两部分，长度分别为17.45m、9.45m。在现场由专员根据要求预拼钢管支撑，经过检查后若满足要求，则利用履带式起重机将第一部分吊装到位，剩余的第二部分由25t 起重机吊装。遵循两点吊装的基本原则以保证吊装全程各钢管支撑的稳定性，同时加强对钢管支撑吊装姿态的控制，以免因碰触而变形。

受加工误差、吊装误差等方面的影响，钢支撑的端部难以完全与钢围檩表面保持紧密接触，为解决此问题，在两者间增设合适厚度的钢板垫片，通过该材料的应用，改善支撑件的轴向应力使其受力具有合理性。经过临时固定支撑后详细检查各节点的连接情况，若满足要求则施加轴向力。千斤顶为重要施工装置，将其置于活动端头的顶部，对称布置2 台液压千斤顶，两者同步运行，控制单次的预压轴向力施加量以免产生偏差。

预应力施加采取的是分阶段依次完成的方法，施加预应力至50%后全面检查螺栓、螺母等各类零部件的情况，若均满足要求则继续加压直至其达到设计标准值的80%。经过预应力的施加后将钢楔块夹在活动端头中并焊接以维持稳定；全面检查各连接点，根据实际情况采取针对性的加固措施，规避节点失稳等异常现象的出现。待施加预应力稳定可以塞入钢楔块并以焊接的方式设置在活动端头处，释放千斤顶压力，解开吊装钢丝绳。考虑到支撑易滑脱的情况，利用特殊的钢丝绳将其稳定在围堰上实现对支撑的有效固定。

4.2 钢支撑的吊装与安装

（1）根据钢支撑的吊装施工要求，采用的是50t 履带式起重机和25t 汽车起重机联合作业的方案。从钢柱的布置位置来看，其多数位于中心线右侧2m 处，采取分节段的方法顺利将钢柱支撑安装到位，各节段长度分别为17.45m、9.45m。履带式起重机、汽车起重机两类设备各自的最大起重量分别为5.54t、3.0t。

（2）经吊装作业后将钢管支撑设置到位，但不可松钩，较为适宜的是将支撑的两端布设在支架上，由人工手动调整支撑达到精准就位，满足位置要求后临时固定支撑；在精确就位后，针对钢支撑固定端和钢围檩钢板两部分采取焊接的处理方法，若形成稳定的整体则予以预压。

5 钢围檩和钢支撑脱落的现象描述及预防措施

施工环境复杂，钢围檩、钢支撑可能会出现脱落的情况，具体原因及预防措施作如下分析。

5.1 托架膨胀螺栓断裂

托架成型后，用膨胀螺栓将其稳定在围护桩上，通过托架的应用有效支撑钢围檩和钢管，构成稳定性较好的支撑体系。项目施工周期较长，托架所受载荷较大，膨胀螺栓易出现生锈、断裂问题，严重时将诱发更严重的连锁反应，例如由于无法提供稳定的支撑而导致钢围檩或钢支撑脱落。

5.2 钢围檩脱落

钢围檩位于托架处，在安装以及拆卸施工期间容易出现钢围檩脱落，若缺乏防护措施，易威胁到现场作业人员的人身安全。

5.3 支撑钢管脱落

支撑钢管抵靠钢围檩的外缘，将支撑钢管安装到位后，该部分则受到预应力作用，同时通过对活动端头的调节，可以有效改变预应力。若活动端头处于松动的状态，预应力将在短时间内大幅度丢失，钢管随之脱落。

5.4 因外力作用而出现的钢支撑坠落

较为主要的表现有如下三方面：

（1）分布在围护结构外侧的土壤受多重因素的影响，容易被清空或是稳定状态受到影响，随之出现坍塌现象破坏围堰的稳定性，例如围堰开始向外倾斜，钢支撑系统原本所具备的支撑作用减弱，与之相关联的构件缺乏稳定性[2]。

（2）项目施工周期较长，支撑系统将长时间暴露在外，在重物落入围堰后将严重撞击支撑系统，导致其难以切实发挥出支撑的作用而诱发灾害性事故。

（3）从土方施工的角度来看，采取的是自上而下开挖、逐层支撑的方法，拆除环节则从底部开始逐步转向顶部，因此在安装和拆卸过程中，起重机容易发生碰撞，随之破坏钢支撑的结构完整性和稳定性，部分构件脱落，既影响钢支撑系统的正常使用，又容易诱发安全事故。

5.5 预防措施

针对前述问题，在施工中必须从源头上做好防范工作，主要考虑：

（1）在钢围檩的安装和拆除施工环节，均要有效确保吊装钢丝绳扣紧钢围檩，在满足此要求后方可进入钢围檩安装环节，做好此方面的工作后，能够较好地避免钢围檩滑落问题。

（2）在向钢支撑施加预应力前，有必要在其下方垫入合适尺寸的枕木，经过预压后再撤除该枕木。

（3）可在钢支撑的端头处设置挂板以免出现钢支撑脱落的情况。

6 结语

在经过钢围檩和钢支撑的安装后，各项实测数据均满足要求，钢围檩和钢支撑正常使用有助于提高钢围堰的综合性能，例如防水性和安全性。该项目所采用的施工工艺具有可行性，可作为类似工程的技术参考。