4*3.7m地下连接通道初衬施工工艺

4*3.7m地下连接通道初衬施工工艺

魏双喜

泛华建设集团有限公司北京100053

摘要：随着旅游、考察、参观、研究、保护一系列基本建设的逐渐完善，采用一些新技术、新方法、新科学更好的传承历史文化，本文以某工程地库至西河沿文物保护综合业务用房地下连接通道工程为实例，介绍埋深16.605米断面4*3.7m隧道的施工工艺，为今后的院内建设地下类似工程提供实用的施工经验及技术措施以更好的保护文物设施。

关键词：连接通道；4.0*3.7m隧道；施工工艺

由于建筑群密集，文物众多，研究价值较高，基本建设场地紧张。2018年始，尝试采用浅埋暗挖法施工地下连接通道工程。地下暗挖工程具备施工场地占用小，不影响地上文物，建成后地下运输安全、高效、便捷。本次采用的断面为4.0*3.7米复合衬砌单孔隧道，本文结合该工程的施工实践经验，介绍本工程隧道初衬的施工工艺、措施等，供类似工程参考。

1工程基本概况

1.1设计情况

本工程设计1#、2#两座施工竖井，1#竖井采用围护桩+钢筋格栅支护，2#竖井采用倒挂井壁逆作法施工工艺。全线隧道采用浅埋暗挖的施工方法。主要断面形式为4.0m×3.7m暗挖弧形单孔隧道。

隧道初衬设计为“喷射混凝土+网构钢架+钢筋网支护”，初衬结构厚度为0.3米。

隧道二衬设计为“防水膜+现浇钢筋砼”，二衬侧墙、拱顶结构厚度0.4m，底板为0.75米。

1.2地质水文情况

根据地质勘察资料，隧道拱顶为3.5米左右厚中、细砂，侧墙底板为圆砾、卵石层。底板有层间水，水位在开挖面以上0.1米，仅个别钻孔有揭露，水量微细。

1.3地上主要建（构）筑物

桩号0+57~0+143米隧道距离东红城墙水平距离3.5米，距离西侧内金水河0.5~1.0米，距离西侧中国第一历史档案馆12~17米不等。

0+57~0+143米（长86米）通道地上构筑物照片

隧道在0+51~0+54米，穿越内金水河。河道宽3米深3.5米，常年水位1.5米，河绑及河底均为条石砌筑。

2隧道初衬施工方法

2.1隧道施工程序

全断面注浆超前小导管施工按正台阶法上拱土方开挖（留核心土）支立上拱格栅钢架喷射混凝土（上拱进尺4米后）挖下拱土方开挖减压槽支立下拱格栅钢架喷射混凝土（待隧道成环5米）初衬后背注浆。

2.2格栅钢筋加工

格栅主筋Φ22，八字加强筋Φ14，箍筋Φ14，连接板L75*75*8mm，混凝土保护层厚度4cm。格栅加工焊接成型后螺栓孔眼中心间距公差不超过±0.5mm，平面翘曲应小于±20mm，周边轮廓拼装偏差不大于±30mm，格栅加工成型后经建设单位、管理单位、监理单位等验收合格后方可成批加工。格栅在运输、装卸、安装等过程中要尽量轻放以免变形，施工现场格栅下方要支垫方木、码放整齐、苫盖严实。

2.3全断面帷幕注浆

由于隧道距离内金水河及东红城墙较近，加之地质情况较特殊，为了保护文物保证施工安全，隧道设计采用全断面帷幕注浆加固地层。

（1）注浆范围为：无水时侧墙拱顶开挖线外侧3米范围，有水时侧墙拱顶开挖线外侧3米底板以下2米。

（2）注浆采用水泥、水玻璃双液浆，浆液扩散有效半径1米，注浆速度10～20L/min，凝胶时间1～2min，注浆压力控制在0.3~0.5MP之间，注浆后渗透系数不大于10-7cm/s，强度不小于15~30kg/cm³。

（3）注浆应先作实验段，该隧道定于0+0.00~0+10.00米处作为注浆试验。

（4）注浆可以通过留置观察孔、注浆压力、注浆量等综合检测注浆效果。

（5）注浆应依据注浆效果、土质情况的变化实时调整注浆配比及注浆长度，同时由有丰富施工经验的专业队伍实施。

2.4超前小导管施工

为防止拱顶坍塌，开挖前必须沿拱顶环向打设Ф32*3.25mm超前小导管，长1.8m，环向间距0.3m，仰角10°～15°必须从首榀钢架腹部穿过，每榀钢架打设一次超前小导管，两榀打设小导管重叠不小于1米。

小导管由加工厂钻花孔，孔径6mm，间距<100mm，沿直径螺旋分布。

通过打入的小导管压注改性水玻璃浆液加固地层，要求固砂体单轴抗压强度达到0.3～0.5MPa，注浆后管口周围用快硬性水泥封死。

2.5土方开挖

土方开挖时必须按设计及相关规范的要求，逐榀分部开挖，开挖前应确认已注浆加固的拱部土体的稳定程度及土质有无变化，并做好喷射支护的准备工作。

施工中必须遵循“管超前、严注浆、强围护、短开挖、早封闭、勤量测”的施工原则。

开挖时上下拱不能同时开挖，留置2.5~3.0m的台阶，必须留核心土以保证稳定，核心土底部宽2.8米与拱顶部形成坡面成60°角，必要时可加大宽度或减小坡度。下拱减压槽两边留置1米，中间宽2.8米，纵向挖掉0.9米宽，与拱底形成1:0.3坡度。上拱钢拱架的底脚采用3cm厚木板支垫牢固，不得座在虚土上，然后及时喷射混泥土，尽快封闭成环，以减少上拱土方的暴露时间，使初期支护形成整体。

土质较松散地段，为保证施工中掌子面(尤其是上台阶)的稳定，可采取每榀格栅封闭前，对上台阶掌子面喷射50mm厚的混凝土封闭（须视现场情况而定）。

土方开挖时应遵循“注浆一段，开挖一段，封闭一段”的施工原则，拱部开挖后尽量减少顶部土方悬空时间尽快封闭成环。下台阶土方如果松散，应加可靠的临时支护（视现场情况定），防止工作面因上方开挖，而导致下台阶出现滑坡。

当两个开挖面相向开挖相距10米时，应停止一个开挖面作业，并进行封闭，由另外一个开挖面开挖贯通。

开挖土方严格控制开挖步距，严禁超挖欠挖，以防塌方。如若发生坍塌，必须立即停工，采取相应措施进行处理，杜绝带隐患施工，稳定后方可施工，保证初衬于土层密贴，不为前方施工留下隐患。

采用洛阳铲探测隧道正前方拱顶以上2m范围内的土质及含水率情况，每3m探测一次，始终保持明确前方6m范围内的土质情况，以便及时调整施工方案。

2.6格栅钢架安装

隧道格栅的步距应严格按照设计的要求0.5m/榀，遇特殊情况必要时可减小格栅榀距或密排榀架通过。

格栅钢架应架设在与隧道轴线垂直的平面内，允许偏差为:横向±20mm，纵向±50mm，高程±20mm，垂直度5%。

使用激光指向仪控制格栅钢架中心及高程。拱脚应放在3cm厚的木板上，防止钢架下沉格栅连接采用连接板加螺栓连接，同时并帮焊4根50cm长同主筋规格的加强筋。

格栅钢架安设正确后，沿主筋内侧按照环向间距1米梅花型安装Φ20纵向连接筋。连接筋搭接20cm，采用单面焊接，焊缝必须饱满。

沿格栅主筋外侧满铺Φ6100*100mm钢筋网片，网片搭接不少于10~20cm。

上台阶支立格栅后及时按设计要求打入锁脚锚管（Φ32*3.25钢管，L=2.5米，水平倾角50~60°）锁脚锚管的端头应与格栅的内外侧主筋焊接牢固，然后通过锚管注浆加固。

隧道初衬施工时，当上拱格栅安装完毕，及时在连接板位置采用22b型工字钢纵向每3米安装一道水平横撑，横撑两端采用250*250*10mm钢板与格栅连接牢靠。

2.7喷射混凝土

2.7.1喷射混凝土原材料

原材料进场均应进行质量检验，并进行速凝效果试验及配合比选择试验，通过速凝效果试验可以确定速凝剂的品种和最佳掺量，要求初凝不超过5分钟，终凝不超过10分钟。进行配合比选择试验的目的在于确定水泥用量和水灰比。喷射混凝土水泥用量一般在400kg左右，水泥与砂石重量比宜为1:4～1:4.5，水灰比宜为0.4～0.45，砂率为55％左右。施工时采用机械拌料，计量误差应小于2％，搅拌必须均匀，不得结团。掺有速凝剂的混合料应立即使用，存放时间一般不大于30分钟。

2.7.2施喷前的准备

喷射作业应认真清除受喷面上的浮土、回弹物等松散积料，采用高压风吹净。喷射作业前，应由专人仔细检查管路、接头、喷射机等设备和机具是否有破损或接头断开等不良现象，确认各种机具处于良好状态时方可作业。

2.7.3喷射作业

为降低粉尘，采用湿喷工艺，喷射混凝土工艺流程见右图：

喷射作业应由班组长规定联络信号、统一指挥，防止因喷射手和机械操作人员联络失准而造成事故。

喷射混凝土应由下而上，从低向高地依次进行，按螺旋轨迹均匀分层喷射，喷头垂直受喷面，距离为0.6～1m。喷射压力控制在0.12～0.15Mpa，一次喷射厚度，边墙约70～100mm，拱顶约50～60mm，每喷完一遍应间歇一段时间，一般为前一层混凝土终凝后进行下一层作业。

施喷时，在格栅栏风架处喷嘴应避开钢筋密集点，以免产生密积，对悬挂在网筋上的混凝土结团应及时清除，保证喷射混凝土的密实。喷射混凝土应将钢筋全部覆盖，喷射手应将水灰比控制在0.40～0.45间，以保证喷层无干斑和滑移流淌现象。喷射混凝土应加强养护，以防风干裂口。

2.7.4保证喷射混凝土密实的技术措施

喷射混凝土前先按设计要求完成超前小导管、钢筋网、格栅钢架的安装工作。

严格控制混凝土施工配合比，配合比经试验确定，混凝土各项指标都必须满足设计及规范要求，混凝土拌合用料称量精度必须符合规范要求，本工程喷射混凝土强度等级为C25。

严格控制原材料的质量，原材料的各项指标都必须满足要求。

喷射混凝土施工中确定合理的风压，保证喷料均匀、连续。同时加强对设备的保养，保证其工作性能。

喷射作业由有经验、技术熟练的喷射手操作，保证喷射混凝土各层之间衔接紧密。喷射混凝土由专人喷水养护，以减少因水化热引起的开裂，发现裂纹用红油漆作标记，进行观察和监测，确定其是否继续发展，若在继续发展，找出原因并作处理。

坚决实行“四不”制度：即喷射混凝土工序不完，掌子面不前进，喷射混凝土厚度不够不前进，混凝土喷射后发现问题未解决不前进，监测结构表明不安全不前进。以上制度由现场施工员负责执行，责任到人，并在工程施工日志中做好记录以备检查。

2.8背后回填注浆：

为保证隧道初衬结构与周围地层的密贴，以下台阶为准向后5m范围即已经封闭成环的隧道要及时进行背后回填注浆，在初衬格栅钢架安装时事先在拱顶埋设Φ32mm钢管，长度50cm，纵向间隔2m，注浆管埋设方向与隧道掘进方向相反。充填浆液为水泥砂浆，砂浆砂灰比1：1.5～1：3（重量比），水灰比1：1～1：1.1,注浆终压应小于0.4Mpa，注完浆后用快硬性水泥砂浆封死管口。

3安全措施

制定相应的安全应急预案，包括组织机构、人员、职责分工、应急物资、气体检测仪器、通风设施、消防设施、保卫制度、文物保护措施等。

做好隧道沉降、收敛、地上建（构）筑物的沉降变形监测，信息化指导施工。

遇工程内及周边重大政治活动和恶劣天气需要停工的要及时封闭掌子面并派专人巡查。

结束语

该通道采用浅埋暗挖方式从地下穿越内金水河等重要文物设施，在采取了相对稳妥的技术措施后保证了隧道开挖受影响范围内的红城墙、中国第一历史档案馆、文物保护综合业务用房等地上设施的安全，极大的利用了地下面积，节省了地上空间，其施工工艺、经验、技术、敷设方式等有利于工程内部及其他特殊地理位置予以借鉴。

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