鋼便橋在超淺埋暗挖隧道施工中的應用

王旭朝

摘要 在我國基礎建設飛速發展的形勢下，國內地面及地上空間的利用已不能滿足當前經濟的需求，地下空間的開發成為基礎建設中的重點研究方向，超淺埋暗挖隧道成為城市地下空間開發中一道關鍵的施工工藝。在城市建設開發中，常因征地拆遷難而壓縮施工的可利用范圍，因此，如何安全地利用隧道洞口頂部的平臺成為開辟場地的關鍵環節。鋼便橋的應用，有效解決了淺埋暗挖隧道頂部空間的安全使用問題，文章結合深圳市龍瀾大道北延段（含樟新路）工程施工對該應用做出總結，可為類似工程提供參考。

關鍵詞 地下空間；超淺埋暗挖隧道；隧頂安全；鋼便橋

中圖分類號 U445.55 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）05-0063-04

0 引言

暗挖法施工有效緩解了城市用地的緊張，極大地提升了城市的建設速度。鋼便橋的設計在道路施工中常常被引用到施工便道、交通疏解便道等用途中，用來跨越山谷河流、既有構筑物，實現立體交叉功能的實現，鋼便橋與超淺埋暗挖隧道的相結合，不僅拓寬了狹小的施工場地，同時也提高了隧道施工的安全系數，為城市的建設發展增添了安全保障。

1 工程概況

龍瀾大道北延段（含樟新路）工程位于深圳市龍華區福城街道，南起觀光路～龍瀾大道交叉口，北至外環高速新圍互通。該工程由橋梁段、路基段、隧道段三大部分組成。隧道工程起始里程為K1+505～K2+400，由U形槽段、明挖暗埋段、蓋挖段及暗挖隧道段等四部分組成。其中1#暗挖隧道進口鄰近富士康工業園、章閣城市公園山體。

坡腳位置距離1#隧道右線井口最小距離4 m，是通往左線施工的唯一通道，同時隧道頂部平臺是材料倒運、土方外運的唯一中轉平臺。1#隧道洞口平面關系位置圖詳見圖1。

1#隧道設計斷面178.75 m2，為雙洞雙線三車道，隧道埋深2.5～24 m，由明挖基坑進洞施工，洞口段埋深僅2.5 m，屬超淺埋暗挖隧道。

2 隧道頂部加固方案

2.1 總體方案

隧道頂部平臺是該工程條件下唯一的施工通道及物料中轉平臺，為確保淺埋暗挖隧道的安全性，在平臺處搭建鋼便橋的形式跨越隧道開挖范圍，通過鋼便橋主次梁將施工荷載傳遞至便橋兩端的鋼管樁及既有圍護樁上，以分散淺埋暗挖隧道頂部的荷載，確保施工安全[1]。鋼便橋與隧道結構位置關系圖詳見圖2。

2.2 方案比選

根據對施工車輛載重通行的統計，最大載重為10 m3混凝土罐車，鋼便橋設計荷載按50 t考慮。

傳統鋼便橋常采用貝雷片、64式軍用梁等形式。貝雷片自身高度1.5 m，軍用梁高度1.66 m。貝雷片和軍用梁詳見圖3和圖4。

為滿足50 t的荷載要求，貝雷片及64式軍用梁均需采用下沉式滿布的方式布置，下沉式布置中橋面與原始地面高差較大（約2 m），增加與周邊道路的順接難度大，造價高。

該工程通過比選，最終采用I63a工字鋼為主梁、I20a工字鋼為次梁的組合方式降低橋面與周邊環境的高差（約1 m），進而也節約了工程成本。

2.3 設計參數

左幅鋼便橋橋面寬7～17 m，橋跨27.5～30.3 m，右幅鋼便橋橋面寬3.9～7.1 m，橋跨21.8～22.22 m。在左右線隧道邊線兩側分別設置一排Φ630鋼管樁，樁間距4 m，樁長25 m，樁身灌注C30混凝土，樁頂布置I63a雙拼工字鋼橫梁。鋼便橋以I63a雙拼工字鋼為主梁架設在兩端的樁頂橫梁上，主梁間距0.49～1.16 m。次梁采用I20a工字鋼，間距0.2 m。局部橫梁以基坑圍護樁基優化后作為支撐基礎，橋面采用1 cm防滑鋼板滿鋪。

通過Midas建立模型，并進行受力分析計算：

最大正應力為σx=137 MPa <190 MPa；

最大剪應力為τ=14 MPa <110 MPa；

最大撓度為 f=46 mm <50 mm，均滿足要求。

橋面底部高于地面20 cm，能夠保障橋體受載后不會將荷載傳遞至隧頂。鋼便橋平面布置圖詳見圖5，斷面圖詳見圖6和圖7。

3 鋼便橋安裝

首先安排旋挖機對管樁進行引孔施工，引孔完成后履帶吊進場采用釣魚法施工鋼管樁，履帶吊布置在兩個隧道中間、右線隧道右側便道上，逐孔進行施工安裝鋼構件及橋面結構，直到完成安裝。

3.1 鋼管樁施工

3.1.1 引孔

引孔采用旋挖鉆機進行施工，成孔操作如下：

（1）鉆機就位。鉆機就位前對作業場地進行平整，確保鉆機的水平，鉆機就位后，檢查鉆機儀表是否滿足水平度及垂直度的要求。確保無誤后，采用降低鉆頭，對準樁位中心，并在樁位四周采用十字交叉法進行護樁，用以復核樁心是否偏位[2]。

（2）取土成孔。施工前準備好泥漿箱及膨潤土等造漿設備，成孔過程中，根據地下水位情況及地質判斷是否需要增加泥漿護壁。

鉆進過程中，時刻注意鉆機的垂直度數據顯示，確?？咨淼拇怪?。

3.1.2 鋼管柱安裝

在鋼管樁樁頭上兩側焊接吊環，用吊車將其垂直吊起，按照樁位放下。隨后采用震動錘通過液壓鉗夾住鋼管樁，復核樁體垂直度及位置，并在鋼便橋上設置導向裝置，確保樁體在錘擊過程中始終保持垂直。符合要求后，開動錘將樁打入土中。根據鋼管柱的貫入度（≤5 cm/min）及設計標高判定承載力是否滿足要求，是否仍需進行打入[3]。

3.1.3 鋼管柱連接

管樁之間用20號槽鋼焊聯，同時在鋼管柱頂部焊接鋼板完全覆蓋鋼管柱，增大橫梁與鋼管柱的受力面積，將蓋梁部分的荷載有效傳遞給管樁。

3.1.4 橫梁安裝

橫梁采用雙拼I63a工字鋼，根據鋼管柱間距，在加工廠預先下料加工雙拼工字鋼運往施工現場，利用履帶吊將成品橫梁安裝至鋼管柱上進行修正，保證橫梁與鋼管柱中心對應，隨后將橫梁與鋼管柱頂部鋼板焊接牢固。

3.2 鋼便橋上部結構安裝

利用現有便道或場地內平臺，將工字鋼主梁成組吊裝就位，工字鋼主梁在場地內組裝，用履帶吊將工字鋼逐片或雙拼工字鋼吊起，防止加工平臺上，工字鋼接長采用鋼板滿焊焊接接長。

工字鋼主梁拼裝好后用吊車安裝至鄰近橫梁上，吊放時應注意吊車的穩定性。工字鋼主梁安裝后，工字鋼主梁上設置I20a工字鋼橫梁，橫梁與主梁之間焊接固定，然后用橋面板滿鋪橋面，橋面板與橫梁再焊接連接，確保橫梁與橋面板牢固地焊接在橫梁之上[4]。

為防止主梁在汽車沖擊荷載的作用下，發生縱向和橫向位移，主梁應與蓋梁采用12號槽鋼焊連接。

3.3 鋼便橋防護

（1）鋼便橋外側布置鋼管護欄，焊在鋼便橋上，底部增加踢腳板，按照市政工程要求涂刷警示色，安裝警示標語。

（2）在鋼便橋入口設置崗亭和調度員，以及車輛限重標志牌。鋼便橋要安排專門的衛生打掃人員，保證鋼便橋的清潔。

（3）在鋼便橋上布置燈帶、爆閃燈等，提供夜間照明及警示作用。

3.4 鋼便橋施工控制要點

3.4.1 鋼管柱施工控制要點

（1）鋼管柱的平面位置及垂直度是其施工的質量控制要點，在鋼管樁初期壓入土層后，應及時對樁位和垂直度進行負責，偏差滿足要求后，再進行下步的錘擊工作，錘擊過程中應不斷對樁身垂直度進行復測。

（2）鋼管樁樁長及承載力的控制對橋體的最大承載力影響極大，鋼管樁的最終樁尖標高應根據樁體入土深度決定，應保證鋼管樁滿足入土深度及樁底承載力。在鋼管樁達到了設計入土深度，但鋼管樁貫入速度仍較快的情況下，可選擇錘擊數進行復核[5]。

3.4.2 橫梁及上部結構安裝控制要點

（1）橫梁安裝時應控制好梁頂標高及梁體的水平度，

施工中可通過鋼板進行調節；橫梁安裝完成后，增加與樁頂蓋板之間的防傾覆角板，確保梁體的穩固性。

（2）根據吊車的起吊距離、最大起吊重量合理排布上部結構分片面積，工字鋼主梁與連接鋼板之間焊接牢固，安裝至橫梁后，與橫梁之間增加防位移裝置，防止橋體因車輛行駛的沖擊力產生位移。

（3）應逐個部位檢查各連接件之間的焊接質量。

4 監測和維護

鋼便橋安裝完成后，及時在地表、鋼便橋橋身等位置布置沉降監測點，采集初始值。在鋼便橋使用期間，每日對隧道頂部地面、橋體變化進行監測。同時定期對鋼便橋的各連接點、橋面板等部位進行檢修維護。

5 結論

綜合來看，在狹小空間下鋼便橋的應用能夠有效解決淺埋暗挖法施工場地利用難的問題，將僅能單洞掘進拓展為雙線同步掘進，提高了隧道施工的整體效率，保障了隧道施工的基本安全。

參考文獻

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