地鐵車(chē)站軌頂風(fēng)道與盾構(gòu)掘進(jìn)同步施工技術(shù)

錢(qián)洋

摘要：地鐵是我國(guó)近年來(lái)比較受關(guān)注的交通方式，國(guó)家在地鐵修建方面也投入大量資金，目前全國(guó)范圍都在進(jìn)行著地鐵的建設(shè)。在地鐵建造過(guò)程中，軌頂風(fēng)道、盾構(gòu)掘進(jìn)以前是無(wú)法同步進(jìn)行的，在科研人員的努力下推出一種裝配式門(mén)架，其的出現(xiàn)保證兩者施工同步。下面圍繞同步施工技術(shù)展開(kāi)相關(guān)討論，以武漢某條地鐵建設(shè)為案例，介紹施工工藝和相關(guān)技術(shù)。

關(guān)鍵詞：地鐵建設(shè)；同步施工；施工工藝

在地鐵施工過(guò)程中，軌頂風(fēng)道作為內(nèi)部的特殊結(jié)構(gòu)，是需要單獨(dú)進(jìn)行澆筑的。為保證內(nèi)部通風(fēng)系統(tǒng)質(zhì)量，盾構(gòu)施工和風(fēng)道澆筑通常不適宜同步進(jìn)行。目前我國(guó)研究出新型施工技術(shù)，能夠在盾構(gòu)掘進(jìn)的同時(shí)完成軌頂風(fēng)道的澆筑工作。與傳統(tǒng)施工技術(shù)相比，施工周期明顯縮短且工程質(zhì)量得到充分保證，掘進(jìn)的同時(shí)運(yùn)輸車(chē)輛能夠及時(shí)運(yùn)送補(bǔ)給。

一、工程概況

武漢某條地鐵線(xiàn)路建造時(shí)，第二個(gè)車(chē)站需要和同期運(yùn)行的14號(hào)線(xiàn)換乘，車(chē)站深入地下兩層。施工方式是明挖法，總占地面積接近兩萬(wàn)平方米，設(shè)計(jì)的車(chē)站標(biāo)準(zhǔn)寬度在22米左右，基坑寬度需要保持在18米。車(chē)站出入口數(shù)量一共為4個(gè)，風(fēng)亭數(shù)量為兩組。車(chē)站建成后運(yùn)行區(qū)間大致為1500米，施工期間運(yùn)送土方、補(bǔ)給的列車(chē)一共有八組。在運(yùn)行線(xiàn)路的正上方設(shè)置軌頂風(fēng)道，兩端方向上風(fēng)道的長(zhǎng)度統(tǒng)一為177米，風(fēng)道和底面距離為5米，凈空高和凈寬分別為1.3米和3米。底板、外墻厚度保持一致，都為150mm，本次施工采用的混凝土規(guī)格為C35。

二、傳統(tǒng)施工法

利用傳統(tǒng)的施工技術(shù)完成地鐵建設(shè)時(shí)，施工單位采用的技術(shù)方案通常包括兩種：先完成隧道盾構(gòu)工作，當(dāng)運(yùn)行區(qū)間全部打通后，再搭建腳手架完成軌頂風(fēng)道施工；盾構(gòu)過(guò)程和風(fēng)道施工同步進(jìn)行，此時(shí)盾構(gòu)智能使用單列編組進(jìn)行物資運(yùn)送。方案一施工周期很長(zhǎng)，按照本次施工區(qū)間長(zhǎng)度估算，大致需要7個(gè)月作用才能完成施工。其中五個(gè)月用來(lái)進(jìn)行隧道盾構(gòu)掘進(jìn)，剩下的時(shí)間再進(jìn)行軌頂風(fēng)道施工。兩項(xiàng)施工互不影響，施工質(zhì)量得以保證[1]。

三、裝置設(shè)計(jì)

該裝置是針對(duì)軌頂風(fēng)道進(jìn)行的，旨在保證軌頂風(fēng)道和盾構(gòu)掘進(jìn)同步進(jìn)行，且消除傳統(tǒng)施工時(shí)兩者間的相互干擾。下面詳細(xì)介紹施工裝置的設(shè)計(jì)過(guò)程。

（一）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

將某種類(lèi)型的門(mén)架安裝在盾構(gòu)區(qū)域的上方，門(mén)架跨越整個(gè)盾構(gòu)區(qū)，相同類(lèi)別的門(mén)架相互連接形成最終的作業(yè)平臺(tái)。根據(jù)本次隧道施工尺寸，最終將橫梁跨度控制在4到5米，懸挑設(shè)置成一米，立柱高度設(shè)置為4米，使用的雙拼式槽鋼。為保證門(mén)架強(qiáng)度，在槽鋼內(nèi)部增設(shè)加筋板，加筋板間距保持兩米。橫梁使用的也是增設(shè)加筋板的槽鋼，由于橫梁受力較大，加筋板間距控制在1米左右。

（二）受力計(jì)算

計(jì)算時(shí)將外界可能的荷載全部算上，即將門(mén)架各結(jié)構(gòu)承受的荷載按照最不利情況進(jìn)行計(jì)算。荷載計(jì)算主要包括碗扣支架、軌頂風(fēng)道以及人機(jī)荷載等多個(gè)方面，對(duì)這些構(gòu)件進(jìn)行受力分析，荷載計(jì)算結(jié)果和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)比較后可知，本次門(mén)架裝置結(jié)構(gòu)合理，各類(lèi)型受力都在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍內(nèi)。上述對(duì)荷載的分析和計(jì)算都是人工進(jìn)行的，為進(jìn)一步驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，利用有限元軟件對(duì)門(mén)架各部位承載情況再次進(jìn)行分析[2]。在軟件中建立門(mén)架虛擬模型，同時(shí)輸入構(gòu)件詳細(xì)參數(shù)，軟件自動(dòng)運(yùn)行模擬施工過(guò)程，對(duì)門(mén)架結(jié)構(gòu)受力做出精準(zhǔn)分析。由分析結(jié)果可知，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿(mǎn)足施工要求，施工風(fēng)險(xiǎn)程度很小。

（三）裝置運(yùn)行

為保證裝置的正常運(yùn)行，下面幾個(gè)關(guān)鍵性系統(tǒng)必不可少：防護(hù)系統(tǒng)。即在施工裝置四周設(shè)置網(wǎng)狀防護(hù)欄，將外部和施工區(qū)隔離開(kāi)來(lái)；桁架系統(tǒng)。桁架裝配在隧道兩端，之間用橫梁、門(mén)架進(jìn)行連接，桁架是施工裝置的基礎(chǔ)支撐，充當(dāng)大框架的作用，在大框架穩(wěn)定的前提下，裝置才能完成后續(xù)作業(yè)；行走系統(tǒng)。在橫梁上安裝行走梁，輪滑軌道的材質(zhì)為槽鋼，使用膨脹螺栓將軌道固定在底板上。每節(jié)行走梁設(shè)置四個(gè)車(chē)輪，車(chē)輪材料為鑄鋼。支座是長(zhǎng)寬高都為300mm的正方體木方，在軌頂風(fēng)道進(jìn)行施工時(shí)，將木方墊在梁下面，起到固定行走梁的作用，避免施工裝置發(fā)生位移。行走輪靠電機(jī)完成驅(qū)動(dòng)，因此橫梁兩側(cè)各安裝一個(gè)電機(jī)。

四、工藝流程

（一）施工步驟

將單獨(dú)零件按類(lèi)別拼裝在一起。將小部件安裝在橫梁、立柱等比較大的構(gòu)件上，安裝時(shí)注意不要將螺栓上死，這樣方便后續(xù)構(gòu)件安裝，避免構(gòu)件卡死現(xiàn)象的發(fā)生。在拼裝完成后在，再將相應(yīng)螺栓擰緊。裝配過(guò)程以節(jié)作為單位，完成車(chē)輪、電機(jī)等系統(tǒng)的拼裝，同時(shí)完成鋼板鋪設(shè)工作。底板軌道的鋪設(shè)可以和系統(tǒng)拼裝同時(shí)進(jìn)行。

完成整體組裝[3]。在考慮本次施工要求和外部環(huán)境后，決定使用龍門(mén)吊輔助完成整體安裝工作。部件安裝位置在鋼板已經(jīng)鋪設(shè)完成的底板軌道上，按照桁架組裝順序借助龍門(mén)吊將部件吊裝到相應(yīng)位置。將電機(jī)啟動(dòng)，將施工裝置移動(dòng)到隧道掘進(jìn)正上方，再將隔斷連接部位的螺栓進(jìn)行緊固，至此已基本完成整體結(jié)構(gòu)的安裝工作。為避免行走輪移動(dòng)，滑動(dòng)軌道和橫梁之間需要安裝楔形塊，同時(shí)木方支座安置在行走梁之下。為進(jìn)一步確保操作平臺(tái)安全，需要在桁架結(jié)構(gòu)周?chē)O(shè)置防護(hù)系統(tǒng)。

完成澆筑。底板、側(cè)墻的澆筑分成兩次進(jìn)行，中板內(nèi)部有預(yù)留的澆筑孔，利用地泵完成相應(yīng)的澆筑工作。澆筑工藝如下：施工裝置在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下抵達(dá)相應(yīng)位置，放線(xiàn)完成后搭設(shè)支架，接著進(jìn)行模板鋪設(shè)和鋼筋綁扎工作。然后安裝吊墻外部和內(nèi)部模板，同時(shí)依次完成底板、側(cè)墻的澆筑。澆筑完成后封住預(yù)留孔洞，養(yǎng)護(hù)作業(yè)完成后進(jìn)行拆模，然后進(jìn)行軌頂風(fēng)道的下一段施工。

（二）完工及試運(yùn)行

全部節(jié)段施工完成即可進(jìn)行拆模，將裝置啟動(dòng)開(kāi)始軌道封頂施工，同時(shí)進(jìn)行盾構(gòu)掘進(jìn)。此時(shí)盾構(gòu)掘進(jìn)可采用雙列車(chē)組，借助探測(cè)儀器在正常施工狀態(tài)下，測(cè)量隧道掘進(jìn)和軌頂風(fēng)道施工是否相互影響[4]。通過(guò)對(duì)各參數(shù)分析可知，施工質(zhì)量很好，兩類(lèi)工程可同步施工，施工周期明顯比傳統(tǒng)施工短。

五、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，是對(duì)軌頂風(fēng)道和盾構(gòu)掘進(jìn)的相關(guān)介紹，借助武漢某地鐵建設(shè)案例，在傳統(tǒng)施工技術(shù)的基礎(chǔ)上改進(jìn)，在隧道內(nèi)部安裝施工裝置。在相關(guān)技術(shù)的輔助下，隧道掘進(jìn)、風(fēng)道施工可同時(shí)進(jìn)行，有效縮短工程建設(shè)時(shí)間，且不會(huì)降低工程質(zhì)量?，F(xiàn)階段上述兩項(xiàng)工程的同步施工技術(shù)已漸趨完善，但各項(xiàng)技術(shù)仍有更大的發(fā)展空間。

參考文獻(xiàn)：

[1]何家航. 地鐵車(chē)站軌頂風(fēng)道移動(dòng)式支撐架施工技術(shù)[J]. 2017，（1）：67-69.

[2]張晉生. 地下明挖車(chē)站軌頂風(fēng)道先澆法快速施工技術(shù)[J]. 山西建筑，2015，（9）：147-148.

[3]唐衛(wèi)平. 大型地下高速鐵路車(chē)站軌頂風(fēng)道自密實(shí)混凝土施工技術(shù)[J]. 鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2013，（6）：109-113.

[4]徐贊，蘇廷，徐正帥. 一種支撐平臺(tái)在地鐵車(chē)站與盾構(gòu)同步施工中的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J]. 工程建設(shè)，2018，50（12）：46-52.

（作者單位：中鐵四局集團(tuán)有限公司城市軌道交通工程分公司）