钢筋排架支护体系在青岛地铁大跨断面隧道应用的若干认识

钢筋排架支护体系在青岛地铁大跨断面隧道应用的若干认识

张廉卿

中铁隧道集团二处有限公司，河北，065201

摘要：目前国内暗挖大跨断面隧道支护设计一般采用工程类比法，往往支护密度较大、锚杆密、拱架密、喷层厚，较密的拱架、锚杆给施工操作和施工组织带来困难，施工效率难以提高，支护材料的高投入不一定获得正相关的支护效果，存在极大的优化空间。基于以上观点，青岛市地铁6号线一期工程青港区间四线存车线大断面创新采用了钢筋排架支护体系，为国内城市轨道交通工程暗挖大跨断面的建设提供了宝贵经验，也为类似工程设计提供了思路。

关键词：大跨断面、钢筋排架、主动支护

一、工程概况

青港区间存车线为单洞四线大跨断面，采用直墙拱顶断面，全长211.75m，开挖跨度为19.55m，高度为11.18m，初支结构拱顶埋深33.1~46.1m，洞身主要位于微风化花岗岩地层中，围岩综合级别为III~IV级，初期支护采用以预应力锚杆+钢筋排架为核心的支护体系。

图1 青港区间存车线地质纵剖面图

二、主要施工技术应用

1、开挖方式

青港区间存车线主体为直墙拱顶断面，采用台阶法施工，为了便于施工，车站上部采用全断面法分3个导坑施工，导坑竖向不设置临时支撑；存车线下部采用中部拉槽，两侧错步开挖共计3块开挖的方式。

图1 断面开挖分部图                          图2现场实做照片

2、支护体系

隧道整体采用单层钢筋排架+预应力锚杆的支护体系，取代原传统支护体系中的格栅钢架，排架纵向1.3m设置一环，每环钢筋排架由四根φ16螺纹钢组成，钢筋间距100mm，预应力锚杆长3.5m，环向间距1.3m，纵向间距1.3m，利用预应力锚杆的张拉后的预紧力固定钢筋排架。

图3 排架钢筋分节示意图          图4 单部开挖岩体范围内排架钢筋连接示意图

每环钢筋排架之间的钢筋间距利用垫板进行定位，垫板同时做为预应力锚杆张拉的锚垫板。垫板40cm、宽14cm，中间设置槽道用于卡控钢筋间距，同时在钢板中心钻设φ30mm预应力锚杆孔。

图5钢筋排架标准垫板平纵面图          

3、施工工艺流程

每循环隧道开挖完成后，初喷初喷5cm厚C25混凝土封闭裸露围岩，后打设环向预应力锚杆孔，安装预应力锚杆，锚杆安装完成后安装钢筋排架及锚垫板，锚垫板压住钢筋排架，后从中间向两端张拉预应力锚杆并锁定，最后安装钢筋网片及连接筋，施工完成后，复喷混凝土至设计厚度。

为保证先行开挖部位与后行开挖部位排架钢筋有效连接，先行开挖部位排架钢筋端部约30cm范围使用编织袋或塑料薄膜包裹保护，避免喷射混凝土污染，影响后续钢筋连接。

图7 施工工艺流程纵剖面图

图8 排架施工过程照片                          图9  排架施工完成照片

三、监测数据反馈情况

施工期间，在存车线布设监测断面12个，钢筋计36个，锚杆轴力计40个，混凝土应变计40个，隧道拱顶沉降最大值7.1mm，一般3~5mm，小于既往线路；格栅钢筋应力10~30MPa，锚杆轴力稳定在100kN以上，隧道整体稳定。

四、与传统隧道支护体系对比

在同等围岩条件下，与传统支护体系对比，排架支护体系整体性价比更高。

五、若干认识

1、采用钢筋排架+预应力锚杆支护体系，加大了开挖循环进尺，减少了支护强度，可极大缩短隧道整体施工工期，施工速度快，社会效益显著。

2、与传统支护体系相比，取消了原竖向支撑，避免了竖向支撑将隧道空间分割成狭小空间，有利于大型机械机械化作业，提高施工工效。

3、排架支护体系中，初支混凝土紧贴围岩，解决了初支背后空洞的质量通病，避免背后形成水囊，造成初支渗漏水，同时初支结构与围岩共同受力，结构更安全。

4、工程类比的前提是监测数据，而目前监测数据闭合反馈没有做到位，多参考类似工程图纸，容易越做越保守，设计理念带有较多的软岩地层支护概念，习惯于将初支按照被动受力结构理解，较依赖拱架，对围岩自承能力认识和利用不足，对围岩体块体性质考虑不充分，导致现有结构强度过剩，参数存在优化空间。

5、传统支护体系中多采用岩体支护理念，是通过采用附加的结构提供支护力或限制位移来保持工程开挖的完整性，而忽略了从本质出发解决问题，采用排架+预应力锚杆的主动支护体系，是对岩体进行加固，通过提高岩体强度，进而增强岩体在工程开挖过程中抵抗过度变形的能力，而排架仅做为安全储备。

6、钢筋排架支护体系在国内隧道领域尚属首次应用，可为国内城市轨道交通工程建设提供宝贵经验，也为类似工程设计提供了思路。