NOMJS聯(lián)絡(luò)通道施工新工藝研究

顧沉穎

(上海市地下空間設(shè)計(jì)研究總院有限公司，上海 200020)

0 引言

上海地區(qū)地鐵隧道及市政公路隧道的聯(lián)絡(luò)通道大都采用隧道內(nèi)水平凍結(jié)加固土體后開挖構(gòu)筑內(nèi)襯結(jié)構(gòu)，即“水平凍結(jié)、人工暗挖”的施工方法。但在施工期間土體凍結(jié)加固失效或者遇到流沙等險情，將產(chǎn)生很大的危險［1－6］。2003年7月1日，上海軌道交通4號線在聯(lián)絡(luò)通道施工過程中發(fā)生管涌坍塌事故，大量水、流沙涌入旁通道，引起隧道結(jié)構(gòu)破壞及周邊地區(qū)地面沉降、建筑物嚴(yán)重傾斜。

頂管法是廣泛應(yīng)用于軟土地區(qū)地下通道、綜合管廊等短距離隧道的成熟技術(shù)［7－9］，上海、南京等少數(shù)地鐵隧道工程中也有采用頂管法建造聯(lián)絡(luò)通道的施工案例。具體的做法是首先在聯(lián)絡(luò)通道位置的鋼管片上開孔對地層進(jìn)行注漿加固，待加固體達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，再逐漸打開鋼管片進(jìn)行頂管推進(jìn)［10］。該工法同樣對土體加固效果要求很高，且傳統(tǒng)的頂管不具備切削管片的能力，需要通過人工切割的方式打開鋼管片，施工過程緩慢，缺少必要的風(fēng)險方法措施，因此并未得到推廣。

針對聯(lián)絡(luò)通道施工的風(fēng)險與難題，提出了隧道聯(lián)絡(luò)通道施工新技術(shù)——頂管直接切削管片聯(lián)絡(luò)通道施工方法。該工藝采用特殊設(shè)計(jì)的頂管機(jī)直接切削貫穿上下行線隧道管片形成聯(lián)絡(luò)通道結(jié)構(gòu)，并在頂管始發(fā)和接收過程中設(shè)置止水框體和整體接收裝置，可大大降低施工聯(lián)絡(luò)通道施工過程中的風(fēng)險，簡化聯(lián)絡(luò)通道施工的工序。

文章結(jié)合直徑6.2 m的常規(guī)地鐵盾構(gòu)法隧道，重點(diǎn)介紹該工藝的工藝流程及設(shè)計(jì)施工關(guān)鍵技術(shù)。針對本技術(shù)專門研發(fā)的刀盤頂管機(jī)可實(shí)現(xiàn)矩形斷面的無盲區(qū)切削，并通過試驗(yàn)驗(yàn)證對于C30、C45和C60混凝土的切削能力。

1 NOMJS聯(lián)絡(luò)通道施工工藝流程

施工準(zhǔn)備階段，需完成頂管始發(fā)平臺、頂管始發(fā)與接收密封裝置、頂管機(jī)組裝與調(diào)試等施工準(zhǔn)備。準(zhǔn)備階段結(jié)束后，頂管機(jī)在密封裝置保護(hù)下，直接切削主隧道的可切削復(fù)合管片始發(fā);在刀盤貫穿管片后，從頂管機(jī)內(nèi)預(yù)留的注漿孔向頂管機(jī)外注漿，對切削間隙進(jìn)行臨時封堵;之后繼續(xù)至接收隧道，并切削接收隧道的可切削復(fù)合管片進(jìn)入整體接收裝置;利用第1環(huán)和最后1環(huán)特殊管節(jié)上預(yù)留的安全措施對洞門實(shí)施臨時封堵;在確認(rèn)所有密封措施可靠有效后，打開整體接收裝置，拆除頂管機(jī)及接收平臺等，最后進(jìn)行聯(lián)絡(luò)通道與主隧道的接頭施工。NOMJS聯(lián)絡(luò)通道施工工藝流程如圖1所示。

圖1 NOMJS聯(lián)絡(luò)通道施工工藝流程圖Fig.1 Technological process of NOMJS

2 可切削復(fù)合管片設(shè)計(jì)

2.1 可切削復(fù)合管片形式

可切削復(fù)合管片的形式如圖2所示，其由可切削部和不可切削部構(gòu)成，可切削部主要使用可切削混凝土和玻璃纖維筋澆筑。

圖2 復(fù)合管片形式示意圖Fig.2 Schematic diagram of cuttable composite segments

2.2 可切削復(fù)合管片材料

常規(guī)管片混凝土為C55，抗?jié)B等級為P10?？汕邢鲝?fù)合管片的不可切削部材料為Q235B鋼，可切削部填充混凝土強(qiáng)度為C30，筋材選用玻璃纖維鋼，與普通管片連接采用機(jī)械性能等級為5.8級的螺栓。

3 聯(lián)絡(luò)通道管節(jié)設(shè)計(jì)

聯(lián)絡(luò)通道管節(jié)形式為鋼管節(jié)，由鋼殼和內(nèi)襯混凝土組成。鋼殼背板涂有環(huán)氧瀝青漆2度。鋼殼內(nèi)襯澆注的混凝土等級為C30，抗?jié)B強(qiáng)度為0.8 MPa，混凝土保護(hù)層為30 mm，要求澆注的內(nèi)襯混凝土具有設(shè)計(jì)規(guī)定的平整度和密實(shí)量，并預(yù)留壓漿孔。管節(jié)分為始發(fā)與接收管節(jié)、常規(guī)管節(jié)和特殊管節(jié)組成，如圖3所示。

圖3 聯(lián)絡(luò)通道管節(jié)示意圖Fig.3 Schematic diagram of jacked pipes

3.1 始發(fā)與接收管節(jié)

始發(fā)與接收管節(jié)結(jié)構(gòu)相同，由主管節(jié)和補(bǔ)償塊組成，如圖4所示。主管節(jié)一端為平面，另一端為弧面，與主隧道內(nèi)弧面一致。主管節(jié)外側(cè)開有2圈凹槽，靠近內(nèi)弧面的凹槽內(nèi)放置10 cm寬的橡膠氣囊，用于接收階段切削間隙的臨時封堵;2道凹槽之間設(shè)置若干注漿孔，可在接收階段從管節(jié)內(nèi)部向外注漿;外側(cè)凹槽內(nèi)設(shè)置1圈凍結(jié)管，可作為臨時封堵失效時的應(yīng)急措施。補(bǔ)償塊與主管節(jié)之間通過內(nèi)法蘭連接，可以與主管節(jié)組成一個完整的方形管節(jié)，便于施工頂進(jìn)，而在結(jié)構(gòu)施工階段可以快速拆除，進(jìn)行通道與主隧道的結(jié)構(gòu)連接。

圖4 始發(fā)與接收管節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.4 Schematic diagram of launching pipe and receiving pipe

3.2 常規(guī)管節(jié)與特殊管節(jié)

常規(guī)管節(jié)長度為2.5 m，下部預(yù)留泵房施工開孔(見圖5)。特殊管節(jié)長度根據(jù)整條通道的長度確定，使之可與常規(guī)管節(jié)、始發(fā)接收管節(jié)任意組合適應(yīng)不同長度的通道需要(見圖6)。鋼管節(jié)選用Q235B鋼鑄成，鋼管片內(nèi)腔填充混凝土為C30。

圖5 常規(guī)管節(jié)示意圖Fig.5 Conventional pipe

圖6 特殊管節(jié)示意圖Fig.6 Special pipe

4 始發(fā)與到達(dá)施工

4.1 始發(fā)階段

頂管始發(fā)止水箱體(見圖7)是尺寸比頂管機(jī)略大的兩端開口的整體焊接箱體，其一側(cè)開口端為平面，另一側(cè)為弧面，弧面半徑與主隧道半徑一致，與主隧道結(jié)構(gòu)特殊管片環(huán)預(yù)留洞門外緣的不可切削部通過螺栓連接。止水箱體內(nèi)部一圈安裝有“Y形橡膠密封條”，開口端指向隧道結(jié)構(gòu)外側(cè)，通過壓條固定于止水箱體內(nèi)。止水箱體安裝時必須保證其中心線與聯(lián)絡(luò)通道平行。

由于切削面為弧面，因此頂管機(jī)刀盤會在不同時間段切削管片(如圖8所示)，會產(chǎn)生受力不均的現(xiàn)象，不利于頂管軸線的控制。因此必須進(jìn)行機(jī)頭姿態(tài)的實(shí)時測量，如果出現(xiàn)姿態(tài)偏差，應(yīng)立即控制頂進(jìn)千斤頂推力分布。由于頂管機(jī)尺寸略大于管節(jié)尺寸，頂管機(jī)貫穿管片后，應(yīng)立即從頂管機(jī)內(nèi)置的注漿管向外注漿，對切削間隙進(jìn)行臨時封堵。

圖7 始發(fā)階段臨時封堵示意圖Fig.7 Temporary sealing in launching stage

圖8 始發(fā)與止水框示意圖Fig.8 Launching sealing frame

4.2 到達(dá)階段

如圖9所示，與始發(fā)階段類似，在接收隧道設(shè)置止水框體，并在止水框體外再安裝頂管機(jī)整體接收裝置，裝置內(nèi)設(shè)有注漿孔、排漿孔以及應(yīng)急凍結(jié)管。在頂管切削貫通接收隧道管片前，先在整體接收裝置內(nèi)注入水或者膨潤土漿液，以平衡管片貫通過程中地層的土水壓力，并把可能發(fā)生的滲漏風(fēng)險隔絕在整體接收裝置內(nèi)。

圖9 接收隧道止水框體與整體接收裝置Fig.9 Receiving sealing frame and overall receiving device

在切削接收隧道管片進(jìn)入接收裝置的過程中，頂管機(jī)也會由于切削管片位置不同而產(chǎn)生受力不均，而在此階段由于沒有始發(fā)基座的限制，頂管機(jī)極易由于受力不均而發(fā)生姿態(tài)或軸線的偏差，必須嚴(yán)格控制各組千斤頂?shù)男谐毯屯屏ψ兓?，并根?jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)時調(diào)整。

在切削接收隧道管片的過程中，頂管機(jī)土艙應(yīng)保持欠壓推進(jìn)的狀態(tài)，并實(shí)時監(jiān)測主隧道結(jié)構(gòu)和已成型通道結(jié)構(gòu)的變形、張角等數(shù)據(jù)，觀察滲漏水情況，一旦發(fā)現(xiàn)超標(biāo)或其他異常情況，則應(yīng)立即停止施工，完善施工方案。

頂管機(jī)進(jìn)入整體接收裝置后，首先向始發(fā)與接收端以及接收箱體內(nèi)預(yù)留的氣囊進(jìn)行充氣，封堵可能存在的滲漏間隙，再通過始發(fā)與接收管節(jié)上預(yù)留的注漿管進(jìn)行注漿臨時封堵，如圖10和圖11所示。待確認(rèn)所有的封堵措施有效，滲漏風(fēng)險排除后拆除整體接收裝置、兩端隧道止水框體、頂管機(jī)以及配套設(shè)備，再進(jìn)行通道與隧道結(jié)構(gòu)的接頭封口施工。

圖10 到達(dá)階段始發(fā)端密封Fig.10 Permanent sealing of launching tunnel in receiving stage

圖11 到達(dá)階段接收端密封Fig.11 Permanent sealing of receiving tunnel in receiving stage

5 結(jié)論與討論

針對盾構(gòu)法隧道聯(lián)絡(luò)通道施工技術(shù)的難題，研究提出了頂管法直接切削管片建造隧道聯(lián)絡(luò)通道(NOMJS)新技術(shù)，利用頂管機(jī)直接切削隧道管片實(shí)現(xiàn)聯(lián)絡(luò)通道結(jié)構(gòu)的一次性貫通，并利用始發(fā)止水框、整體接收裝置和管節(jié)結(jié)構(gòu)特殊設(shè)計(jì)等措施保證施工過程的安全。該施工方法適用于含水量大、自立性差的軟土地層以及埋深大或加固條件不佳的施工條件，對地層和地下水無污染，地表沉降易于控制。由于頂管機(jī)、整體接收裝置等可回收重復(fù)使用，頂管管節(jié)與可切削復(fù)合管片可采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，便于量化生產(chǎn)，因此能有效降低施工成本，具有極高的經(jīng)濟(jì)性和普遍的工程適用性。

由于聯(lián)絡(luò)通道的距離較短，軸線控制進(jìn)度要求較高，關(guān)于該方法在始發(fā)、推進(jìn)與接收過程中的姿態(tài)控制措施還有待結(jié)合實(shí)際工程應(yīng)用加以驗(yàn)證。

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