黃士杰

（中鐵十九局集團(tuán)軌道交通工程有限公司，北京 101300）

盾構(gòu)穿越暗挖風(fēng)道施工技術(shù)分析

黃士杰

（中鐵十九局集團(tuán)軌道交通工程有限公司，北京 101300）

地鐵施工采用盾構(gòu)技術(shù)施工過程中，由于暗挖風(fēng)道跨度比較小，作業(yè)空間相對(duì)來說也較小，增加了盾構(gòu)二次始發(fā)、盾構(gòu)穿越姿態(tài)控制的難度，進(jìn)而導(dǎo)致施工風(fēng)險(xiǎn)增加。以實(shí)際工程為例，分析和探討地鐵盾構(gòu)穿越暗挖風(fēng)道的施工技術(shù)。

盾構(gòu)技術(shù)；暗挖風(fēng)道；地鐵施工

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.12.46

0 工程概況

某隧道工程總長(zhǎng)度4100 m，穿越地層主要為粉土層，水位相對(duì)來說比較高，盾構(gòu)隧道的外徑為6 m，盾構(gòu)隧道的內(nèi)徑5.4 m，設(shè)計(jì)使用Φ6250mm土壓平衡盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行施工，主機(jī)長(zhǎng)度8.3 m。風(fēng)道使用雙層暗挖風(fēng)道，風(fēng)道寬度5.8 m，風(fēng)井中凈空尺寸為5.0 m×7.2 m。

1 施工難點(diǎn)分析

風(fēng)道穿越施工中有5大難點(diǎn)：①對(duì)1號(hào)風(fēng)道的寬度進(jìn)行測(cè)量得知其凈寬度值5.8 m，而盾構(gòu)機(jī)的主體長(zhǎng)度達(dá)8.3 m，在作業(yè)時(shí)如何保證盾構(gòu)機(jī)的運(yùn)行很關(guān)鍵，若盾構(gòu)機(jī)的出洞方式控制不到位，會(huì)使得盾構(gòu)機(jī)在風(fēng)道內(nèi)很難有效調(diào)整，給風(fēng)道內(nèi)部構(gòu)造造成一定的影響，因此應(yīng)引起相關(guān)人員的重視。②由于風(fēng)道內(nèi)空間有限，如若處理不當(dāng)，會(huì)造成反力架安裝困難。③風(fēng)道內(nèi)光線陰暗，空間較窄，這也給負(fù)環(huán)拆除工作帶來了極大的難度。④施工中地鐵盾構(gòu)在穿越暗挖風(fēng)道時(shí)，若控制不到位會(huì)造成風(fēng)道變形等不良現(xiàn)象的發(fā)生，影響施工進(jìn)度的實(shí)施。⑤對(duì)于地鐵盾構(gòu)來說，在暗挖風(fēng)道施工中，風(fēng)道的環(huán)梁部位是主要承受外力的區(qū)域，隨著應(yīng)力的不斷增加，風(fēng)道兩邊的環(huán)梁也會(huì)不斷發(fā)生變化，且左邊的環(huán)梁應(yīng)力總是比右邊的環(huán)梁應(yīng)力值要大。因此必須嚴(yán)格按照施工方案的要求，選擇恰當(dāng)?shù)奈恢米鳛榘低陲L(fēng)道環(huán)梁的修建區(qū)域[1]。

2 施工方法選擇

為了提高施工效率，保障施工各個(gè)階段的安全、有序?qū)嵤?，施工單位組織專業(yè)人員在施工前結(jié)合工程特征，對(duì)盾構(gòu)穿越風(fēng)道中的各種方法進(jìn)行比對(duì)分析，如表1所示。

表1 風(fēng)道穿越施工方法對(duì)比

一般而言，風(fēng)道穿越主要分為2種類型，一種是盾構(gòu)先穿越風(fēng)道結(jié)構(gòu)后施工，這種類型的優(yōu)點(diǎn)是有助于盾構(gòu)施工的順利開展，但美中不足的是施工中風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)較高，若發(fā)生疏漏后期修補(bǔ)難度非常大[2]。另一種是先施工再進(jìn)行穿越風(fēng)道結(jié)構(gòu)，這種類型的風(fēng)道穿越方式優(yōu)點(diǎn)是施工中可控性較強(qiáng)，可直接在風(fēng)道內(nèi)完成盾構(gòu)刀盤等的維修與更換工作，可靠性很強(qiáng)。不足之處主要表現(xiàn)在盾構(gòu)姿態(tài)較難控制。通過對(duì)2種風(fēng)道的穿越方式進(jìn)行比對(duì)分析，最終選擇第二種作為穿越風(fēng)道的實(shí)施方式。由于盾構(gòu)隧道與風(fēng)道底板之間存在一定的高差，因此在進(jìn)行盾構(gòu)穿越前，施工人員必須將其進(jìn)行填平處理。施工中所選擇的盾構(gòu)機(jī)自身重量達(dá)300 t，應(yīng)注意選擇合適的填平材料[3]。

經(jīng)過綜合比對(duì)分析后，施工單位決定采用型鋼基座，嚴(yán)格根據(jù)盾構(gòu)接收與二次始發(fā)進(jìn)行施工的有效控制，直接使用風(fēng)道南側(cè)現(xiàn)有的正式環(huán)管片與負(fù)環(huán)管片作為盾構(gòu)機(jī)二次始發(fā)的反作用力源。

3 施工過程控制

3.1 施工流程

施工單位經(jīng)過協(xié)商后，采用“風(fēng)道結(jié)構(gòu)先施工、盾構(gòu)機(jī)后穿越”的施工方法，并將型鋼盾構(gòu)接收基座安裝在風(fēng)道內(nèi)，完全根據(jù)一次到達(dá)與一次始發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)要求，做好施工的有效控制工作。盾構(gòu)機(jī)的反推力主要通過風(fēng)道南側(cè)現(xiàn)有的隧道與負(fù)環(huán)管片提供。待盾構(gòu)隧道全部打通后，應(yīng)及時(shí)將負(fù)環(huán)管片等臨時(shí)裝置拆除。

為了節(jié)省材料，減少供水管、污水管等設(shè)備的用量，施工人員在盾構(gòu)穿越風(fēng)道掘進(jìn)80 m時(shí)，確保后備臺(tái)車全部進(jìn)入到北側(cè)隧道內(nèi)后，將冷卻塔、空壓機(jī)等設(shè)備移動(dòng)到風(fēng)井處。此外，為了便于施工，還應(yīng)在風(fēng)道內(nèi)設(shè)置行人通道。

3.2 型鋼機(jī)座制作及安裝

施工人員對(duì)風(fēng)道的寬度進(jìn)行測(cè)量，得到凈寬度為5.8 m，結(jié)合工程特征以及施工中的相關(guān)要求，將型鋼機(jī)座的尺寸確定為5.4 m×4.3 m。型鋼機(jī)座各部件的制作工作在工廠內(nèi)完成，各部件配備到位后運(yùn)至風(fēng)道內(nèi)，完成組裝工作。由于型鋼機(jī)座對(duì)角線長(zhǎng)度6.9 m，遠(yuǎn)大于風(fēng)道的實(shí)際寬度，倘若將型鋼機(jī)座整體運(yùn)入風(fēng)道內(nèi)，風(fēng)道內(nèi)條件有限，轉(zhuǎn)體難度較大，因此應(yīng)將型鋼機(jī)座進(jìn)行合理分塊后再運(yùn)至風(fēng)道內(nèi)。

3.3 負(fù)環(huán)拼裝風(fēng)道

風(fēng)道內(nèi)負(fù)環(huán)拼裝如圖1所示，從圖1中可看出，共有拼裝負(fù)環(huán)管片5環(huán)，且都采取通縫拼裝，隧道正上方是封頂塊區(qū)域。由于事先在整環(huán)負(fù)環(huán)與開口環(huán)之間安裝有臨時(shí)支撐鋼環(huán)，因此在負(fù)環(huán)拆除時(shí)應(yīng)先拆除臨時(shí)支撐鋼環(huán)。待二次始發(fā)端的首個(gè)整環(huán)負(fù)環(huán)脫離盾尾后，應(yīng)及時(shí)安裝開口環(huán)鋼支撐，結(jié)合實(shí)際情況判斷是否需施加預(yù)應(yīng)力。將開口環(huán)鋼與端頭鋼板焊接牢固，并使用短弧形螺栓將已拼裝完成的混凝土環(huán)片與環(huán)形鋼板加以固定。對(duì)型鋼與托架上導(dǎo)軌之間存在的縫隙可使用楔子進(jìn)行填充，提高其牢固性。

圖1 風(fēng)道內(nèi)負(fù)環(huán)拼裝示意圖

3.4 二次始發(fā)控制

（1）嚴(yán)格根據(jù)常規(guī)的控制方法對(duì)二次始發(fā)初始掘進(jìn)進(jìn)行控制。施工人員要注意在開口環(huán)鋼支撐未安裝前，盾構(gòu)機(jī)上半部千斤頂是絕不能使用的，否則會(huì)影響施工的順利實(shí)施[4]。在盾構(gòu)始發(fā)前，需對(duì)風(fēng)道內(nèi)進(jìn)行徹底檢查，將雜物清理干凈。盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)刀盤與掘削土面距離（30～40）cm時(shí)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，為了確保掘進(jìn)工作的順利開展，可加入一定的潤(rùn)滑材料比如膨潤(rùn)土液等。

（2）當(dāng)盾構(gòu)機(jī)刀盤達(dá)到土壓加固區(qū)時(shí)，應(yīng)對(duì)土壓力值進(jìn)行嚴(yán)格控制，待盾構(gòu)機(jī)刀盤與土體加固區(qū)外側(cè)距離（2～3）m時(shí)，應(yīng)適當(dāng)抬高刀盤，使其作用于主動(dòng)土壓力。

3.5 負(fù)環(huán)拆除

由于1號(hào)風(fēng)道負(fù)環(huán)在拆除時(shí)無可用的吊點(diǎn)，因此施工人員需在風(fēng)道二襯結(jié)構(gòu)澆筑時(shí)安裝預(yù)埋件，并焊接起重橫梁。預(yù)埋件分別安裝在如下幾個(gè)區(qū)域：風(fēng)道一層的側(cè)墻上安裝8塊800mm×600mm的預(yù)埋件，南北兩側(cè)墻上分別安裝四塊。起重橫梁焊接在南北兩側(cè)墻上各4根，選擇型號(hào)為I30B的工字鋼作為起重橫梁的組成材料。為了防止負(fù)環(huán)拆除中的不當(dāng)操作，出現(xiàn)負(fù)環(huán)斜拉等現(xiàn)象，施工人員可在每根起重橫梁上安裝5 t的滑車，在滑車下方安裝工字鋼移動(dòng)橫梁，要確?；嚺c移動(dòng)橫梁之間連接的牢固性。此外，還應(yīng)在移動(dòng)橫梁上安裝重達(dá)10 t的手拉起重葫蘆，主要用來拆除負(fù)環(huán)的吊點(diǎn)。

3.6 做好出洞處理

為提高風(fēng)道施工的效率，在盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入風(fēng)道剛露出刀盤后，操作人員應(yīng)立即進(jìn)行停機(jī)操作，對(duì)盾構(gòu)機(jī)的中線進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量與科學(xué)的定位，還要對(duì)風(fēng)道的土體有一定的了解。根據(jù)測(cè)量所獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后，完成盾構(gòu)機(jī)的接收座的安裝工作。要注意在正常安裝中若發(fā)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)的刀盤達(dá)到洞口鋼環(huán)部位時(shí)，應(yīng)立即中止施工，以免影響施工效果[5]。此外，還要做好盾構(gòu)機(jī)與混凝土間縫隙的有效處理工作。

4 結(jié)束語(yǔ)

在進(jìn)行地鐵盾構(gòu)施工過程中需從暗挖風(fēng)道通過時(shí)，要求盾構(gòu)機(jī)主體長(zhǎng)度超出風(fēng)道寬度，由于盾構(gòu)機(jī)自身比較重，作業(yè)空間很小，在穿越時(shí)盾構(gòu)姿態(tài)產(chǎn)生誤差后沒有辦法進(jìn)行調(diào)整，因此選擇易操作、可靠的施工方法來對(duì)施工風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行規(guī)避。在測(cè)算施工成本時(shí)，工程持續(xù)進(jìn)行了8個(gè)月的掘進(jìn)施工，在規(guī)定期限內(nèi)完工，施工成本大幅降低，證明采用的施工方法科學(xué)合理。研究都非常有價(jià)值。

［1］JGJ 33—2012，建筑機(jī)械使用安全技術(shù)規(guī)程［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.

［2］JG/T 100—1999，塔式起重機(jī)操作使用規(guī)程［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1999.

［3］GB 50446—2017，盾構(gòu)法隧道施工及驗(yàn)收規(guī)范［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2017

［4］張鳳祥，朱合華，傅德明.盾構(gòu)隧道［M］.北京：人民交通出版社，2004.

［5］郭棟.北京地鐵盾構(gòu)隧道近接施工技術(shù)研究［D］.北京：北京交通大學(xué)，2008.

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〔編輯 利 文〕