盾構(gòu)隧道管廊內(nèi)分艙結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工關(guān)鍵技術(shù)

李 鳴 邱 昌 蔣少武 張彥文 黃心穎

中建三局集團(tuán)有限公司工程總承包公司 湖北 武漢 430064

當(dāng)前我國城市地下綜合管廊工程建設(shè)如火如荼、方興未艾。盾構(gòu)法作為一種較成熟的暗挖工藝，其能避免開挖，不影響道路交通，且對(duì)城市既有建、構(gòu)筑物及地下管線的影響較小，但是很少被應(yīng)用于城市地下綜合管廊的建設(shè)[1-4]。一方面，管廊作為各類管線的集成容納通道，往往需要在單條盾構(gòu)隧道內(nèi)部進(jìn)行分艙，如何實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)隧道內(nèi)的豎向分艙結(jié)構(gòu)施工尚無參考經(jīng)驗(yàn)；另一方面，盾構(gòu)隧道內(nèi)混凝土運(yùn)輸難度大，澆筑施工難。

針對(duì)以上難點(diǎn)，以十堰市地下綜合管廊項(xiàng)目發(fā)展大道中段延長線北京北路盾構(gòu)段工程為依托，對(duì)盾構(gòu)隧道管廊內(nèi)分艙結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，并總結(jié)得出一整套施工工藝。提出了一種盾構(gòu)隧道管廊內(nèi)部框架結(jié)構(gòu)分隔墻形式，通過發(fā)明帶有耳板及連接筋的鋼弧板、采用“天泵＋地泵接力”的混凝土澆筑方式等措施，成功實(shí)現(xiàn)了盾構(gòu)隧道管廊內(nèi)部豎向分艙結(jié)構(gòu)的優(yōu)質(zhì)高效施工。

1 工程概況

十堰市地下綜合管廊項(xiàng)目發(fā)展大道中段延長線北京北路盾構(gòu)段工程設(shè)計(jì)為三艙形式，總長1 161.81 m，包含明挖段與盾構(gòu)段。明挖段長835.47 m，盾構(gòu)段長326.34 m。其中盾構(gòu)段起訖里程FYK3＋872.12—FYK4＋198.46，沿線穿越熊家灣立交，并從道路防洪暗溝下2次穿越，包括一座始發(fā)井、一座接收井、一段雙線盾構(gòu)區(qū)間隧道（圖1）。

圖1 北京北路盾構(gòu)段管廊位置

2 盾構(gòu)隧道管廊豎向分艙結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)優(yōu)化

實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)隧道管廊結(jié)構(gòu)豎向分艙最核心的內(nèi)容就是確定豎向分隔墻的結(jié)構(gòu)形式。以背景工程為例，該條管廊過既有立交段設(shè)計(jì)為雙線盾構(gòu)隧道。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，管廊為豎向三艙形式，故需對(duì)盾構(gòu)隧道內(nèi)部進(jìn)行分艙處理。具體分艙結(jié)構(gòu)形式為：在左線盾構(gòu)隧道內(nèi)設(shè)置內(nèi)隔墻，將整個(gè)隧道空間分隔為2個(gè)艙室，分別為綜合艙、燃?xì)馀?；右線盾構(gòu)隧道未設(shè)置內(nèi)隔墻，單獨(dú)成為一個(gè)艙室，即熱力艙。

盾構(gòu)隧道分艙結(jié)構(gòu)原設(shè)計(jì)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，但盾構(gòu)隧道內(nèi)部空間狹小，且本工程隧道埋深17 m，混凝土分艙結(jié)構(gòu)在艙內(nèi)二次澆筑的工藝較為復(fù)雜且澆筑難度極大。因此，在保證分艙結(jié)構(gòu)受力性能的前提下，應(yīng)該盡可能減少盾構(gòu)隧道內(nèi)混凝土澆筑量?；谏鲜隹紤]，對(duì)盾構(gòu)隧道分艙結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，將原設(shè)計(jì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化為框架結(jié)構(gòu)，極大地減少了混凝土二次澆筑量。

具體結(jié)構(gòu)形式為：

1）在既有盾構(gòu)隧道內(nèi)部設(shè)置左右2座地臺(tái)及豎向內(nèi)隔墻。豎向內(nèi)隔墻將隧道分隔為2個(gè)獨(dú)立的艙室，實(shí)現(xiàn)管廊結(jié)構(gòu)的豎向分艙。2座地臺(tái)分別作為2個(gè)獨(dú)立艙室的檢修通道，地臺(tái)之間預(yù)留管道架設(shè)空間，上覆蓋板，最大程度提高既有斷面的空間利用率，滿足管廊功能要求。

2）右側(cè)地臺(tái)與內(nèi)隔墻連接處設(shè)置導(dǎo)墻。內(nèi)隔墻為框架結(jié)構(gòu)，即“鋼筋混凝土梁柱結(jié)構(gòu)＋立柱與圈梁上部砌筑磚墻”。鋼筋混凝土立柱尺寸為250 mm×600 mm、縱向中心間距1.6 m；頂圈梁為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，沿盾構(gòu)隧道縱向通長布置；立柱及頂部圈梁形成鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，立柱與頂圈梁之間采用MU20混凝土實(shí)心磚砌筑，圈梁上部與盾構(gòu)管片之間采用MU20混凝土實(shí)心磚斜砌。

綜上所述，盾構(gòu)隧道內(nèi)部分艙結(jié)構(gòu)形式為：鋼筋混凝土地臺(tái)及導(dǎo)墻＋鋼筋混凝土立柱及頂圈梁＋梁柱之間砌筑磚墻＋圈梁上部斜砌磚墻。結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 盾構(gòu)隧道內(nèi)隔墻設(shè)計(jì)

3 盾構(gòu)隧道管廊分艙結(jié)構(gòu)與盾構(gòu)管片連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)優(yōu)化

確定了盾構(gòu)隧道管廊分艙結(jié)構(gòu)形式之后，最重要的問題就是做好隧道內(nèi)后澆分艙結(jié)構(gòu)與既有盾構(gòu)管片之間的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。就本工程盾構(gòu)隧道內(nèi)隔墻結(jié)構(gòu)而言，主要是確?，F(xiàn)澆地臺(tái)與預(yù)制盾構(gòu)管片的有效可靠連接。原設(shè)計(jì)做法為在盾構(gòu)管片縱向彎螺栓處焊接連接鋼筋，但螺栓與鋼筋接觸面積太小，無法確保二者之間的可靠連接，進(jìn)而影響現(xiàn)澆地臺(tái)與預(yù)制盾構(gòu)管片之間的整體性。

為解決這一難題，對(duì)原設(shè)計(jì)做法進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，研發(fā)了一種用于盾構(gòu)隧道內(nèi)現(xiàn)澆地臺(tái)與預(yù)制管片連接的鋼弧板，實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)隧道內(nèi)現(xiàn)澆地臺(tái)與預(yù)制管片的可靠連接。

鋼弧板主要包括弧形鋼板、連接鋼筋與鋼耳板。其中：弧形鋼板的弧度與預(yù)制盾構(gòu)管片設(shè)計(jì)弧度相契合；鋼耳板焊接于弧形鋼板邊緣，鋼耳板預(yù)留孔洞，孔洞位置與盾構(gòu)管片的縱向彎螺栓位置一一對(duì)應(yīng)；連接鋼筋與弧形鋼板垂直焊接?；⌒武摪?、連接鋼筋及鋼耳板之間均為滿焊連接。鋼耳板孔洞穿過相鄰盾構(gòu)管片之間的縱向彎螺栓，并用螺帽緊固。鋼弧板結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 鋼弧板結(jié)構(gòu)示意

在進(jìn)行鋼弧板安裝施工時(shí)，操作要點(diǎn)如下：

1）鋼弧板安裝時(shí)，首先擰開地臺(tái)施工范圍內(nèi)用于連接相鄰盾構(gòu)管片的豎向彎螺栓的螺帽，將鋼弧板緊密貼合于盾構(gòu)管片之上，縱向彎螺栓穿入鋼耳板預(yù)留孔洞內(nèi)，并重新擰緊螺帽，完成鋼弧板的安裝。

按照《青海三江源生態(tài)保護(hù)和建設(shè)二期工程檔案管理辦法》，生態(tài)監(jiān)測(cè)工作組制定了《三江源生態(tài)監(jiān)測(cè)檔案分類與歸檔細(xì)則》(青海湖流域生態(tài)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和祁連山生態(tài)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目均參照?qǐng)?zhí)行)，明確了檔案工作職責(zé)和任務(wù)，以及歸檔范圍及整理要求，使各執(zhí)行單位對(duì)文件材料的形成、積累、收集和整理有據(jù)可依。各執(zhí)行單位確定了檔案管理負(fù)責(zé)人和具體檔案管理人員，項(xiàng)目實(shí)施過程中形成的檔案資料均有專人負(fù)責(zé)收集、整理和歸檔，確保了檔案資料的完整性。目前，已形成青海三江源、青海湖流域和祁連山等重大生態(tài)保護(hù)工程生態(tài)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目檔案近千卷，影像資料近萬張，積累了寶貴的歷史資料，為項(xiàng)目審計(jì)、驗(yàn)收及干部離任審計(jì)提供了有力的資料保障。

2）綁扎地臺(tái)鋼筋，地臺(tái)鋼筋與鋼弧板上的連接鋼筋應(yīng)可靠連接。

3）進(jìn)行地臺(tái)模板支設(shè)和混凝土澆筑。

鋼弧板安裝完成后的隧道結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 鋼弧板安裝完成示意

4 盾構(gòu)隧道管廊分艙結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

盾構(gòu)隧道內(nèi)部空間狹小，且本工程盾構(gòu)隧道埋深達(dá)17 m，隧道內(nèi)混凝土澆筑施工的難度極大。為此，項(xiàng)目部創(chuàng)新地提出了一種“天泵＋地泵接力”的混凝土澆筑方式，解決了深基坑超狹窄環(huán)境下盾構(gòu)隧道內(nèi)部的混凝土澆筑難題。

4.1 施工準(zhǔn)備

1）在進(jìn)行分艙結(jié)構(gòu)施工之前，應(yīng)做好盾構(gòu)隧道內(nèi)鋼軌等材料的清理工作，保證隧道分艙結(jié)構(gòu)施工作業(yè)面；同時(shí)對(duì)隧道內(nèi)進(jìn)行清理，確?；娴那鍧?。

2）盾構(gòu)隧道管廊分艙結(jié)構(gòu)施工之前應(yīng)完成盾構(gòu)隧道管片壁后注漿工作。

4.2 地臺(tái)及導(dǎo)墻施工

1）完成鋼弧板安裝后，在進(jìn)行地臺(tái)鋼筋綁扎時(shí)，要確保地臺(tái)鋼筋與鋼弧板上連接鋼筋的有效可靠連接。同時(shí)，綁扎右側(cè)地臺(tái)及導(dǎo)墻鋼筋時(shí)，須將立柱位置豎向鋼筋同步綁扎。

2）地臺(tái)及導(dǎo)墻模板采用常規(guī)“木方＋鋼管＋對(duì)拉螺桿加固”體系。需要注意的是，地臺(tái)部分為單側(cè)支模，在采用對(duì)拉螺桿加固過程中，螺桿一端應(yīng)同地臺(tái)內(nèi)鋼筋有效可靠連接。

3）為保證混凝土澆筑質(zhì)量，同時(shí)方便現(xiàn)場(chǎng)施工、加快進(jìn)度，針對(duì)盾構(gòu)隧道內(nèi)地臺(tái)、導(dǎo)墻、立柱等現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，采用“天泵＋地泵接力”的方式進(jìn)行混凝土澆筑。即在地面盾構(gòu)工作井井口架設(shè)1臺(tái)天泵，同時(shí)在工作井內(nèi)部盾構(gòu)隧道口設(shè)置1臺(tái)地泵。在澆筑地臺(tái)混凝土過程中，利用天泵將混凝土送入盾構(gòu)隧道口的地泵內(nèi)，經(jīng)由地泵輸送至盾構(gòu)隧道內(nèi)待澆筑分艙結(jié)構(gòu)處。地臺(tái)結(jié)構(gòu)共分2次澆筑，單次澆筑長度約為155 m。為架設(shè)地泵泵管，在盾構(gòu)隧道進(jìn)口及地臺(tái)施工范圍內(nèi)需搭設(shè)鋼管架。在混凝土澆筑過程中，要根據(jù)地臺(tái)結(jié)構(gòu)澆筑進(jìn)度及時(shí)對(duì)地泵泵管進(jìn)行相應(yīng)接長。混凝土澆筑方式如圖5所示。

圖5 盾構(gòu)隧道內(nèi)中隔墻地臺(tái)的混凝土澆筑示意

4.3 圈梁下部砌體墻施工

在地臺(tái)及導(dǎo)墻施工完成后，進(jìn)行砌體中隔墻施工。砌體墻墻體采用MU20混凝土實(shí)心磚砌筑，砂漿為Mb10，厚度為240 mm，采用水泥砂漿抹磚砌面（厚度不小于1 cm，采用鋼絲網(wǎng)砂漿面層加強(qiáng)，網(wǎng)孔邊長為20 mm）。僅砌體墻部分需要用水泥砂漿抹面；立柱結(jié)構(gòu)面需一次成形，無需抹灰；砌體墻抹灰后的完成面應(yīng)與立柱結(jié)構(gòu)外表面平齊、順直。

需要注意的是，在墻體交接處需預(yù)留馬牙槎，以保證砌體的整體性與穩(wěn)定性。

4.4 立柱及頂部圈梁施工

立柱及頂部圈梁模板采用“木方＋鋼管＋對(duì)拉螺桿加固”體系。同時(shí)，為保證在混凝土澆筑過程中梁柱模板的穩(wěn)定性，需設(shè)置穩(wěn)固斜撐。

4.5 圈梁上部斜砌磚墻施工

圈梁上部采用MU20混凝土實(shí)心磚砌筑，砂漿為Mb10，采用水泥砂漿抹磚砌面（厚度不小于1 cm，采用鋼絲網(wǎng)砂漿面層加強(qiáng)，網(wǎng)孔邊長為20 mm）。圈梁上部砌體結(jié)構(gòu)采用斜砌，傾斜度為50°～60°，并擠緊，砂漿砌筑應(yīng)飽滿。砌體墻抹灰后的完成面應(yīng)與頂部圈梁結(jié)構(gòu)外表面平齊、順直。

5 實(shí)施效果

通過優(yōu)化盾構(gòu)隧道管廊豎向分艙結(jié)構(gòu)形式、創(chuàng)新混凝土澆筑方式等措施，在保證工程質(zhì)量的同時(shí)，極大地降低了盾構(gòu)隧道管廊內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工的難度，相比于計(jì)劃工期節(jié)約了10 d，加快了施工進(jìn)度。同時(shí)，總結(jié)得出一整套盾構(gòu)隧道管廊內(nèi)部分艙結(jié)構(gòu)施工技術(shù)，可為后續(xù)類似工程施工提供參考。

6 結(jié)語

1）創(chuàng)新性地提出了一種盾構(gòu)隧道內(nèi)部分艙結(jié)構(gòu)形式，即“鋼筋混凝土地臺(tái)及導(dǎo)墻＋鋼筋混凝土立柱及頂圈梁＋梁柱之間砌筑磚墻＋圈梁上部斜砌磚墻”的框架結(jié)構(gòu)形式，在實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)隧道管廊豎向分艙的同時(shí)，極大地降低了現(xiàn)場(chǎng)的施工難度。

2）研發(fā)了一種帶有耳板以及連接鋼筋的鋼弧板，實(shí)現(xiàn)了盾構(gòu)隧道管廊內(nèi)部后澆分艙結(jié)構(gòu)與預(yù)制盾構(gòu)管片的有效連接。

3）采取“天泵＋地泵接力”的混凝土澆筑方式，解決了盾構(gòu)隧道內(nèi)部混凝土澆筑難題。