地鐵聯(lián)絡(luò)通道機(jī)械法施工技術(shù)

桂焱平 胡辛泉 劉 騰

(1.浙江華東測(cè)繪與工程安全技術(shù)有限公司，浙江 杭州 311122；2.杭州地鐵集團(tuán)有限公司，浙江 杭州 310003；3.寧波用躬科技有限公司，浙江 寧波 315032)

0 引言

機(jī)械法聯(lián)絡(luò)通道包括頂管法和盾構(gòu)法兩種工藝，其適用范圍涵蓋軟土、粉細(xì)砂、高富水砂卵石，風(fēng)化巖層，復(fù)合地層等各種不同的地質(zhì)環(huán)境，目前已在寧波，無錫，青島等不同城市完成了20多條聯(lián)絡(luò)通道項(xiàng)目，2018年2月，寧波地鐵3號(hào)線鄞—南區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道施工中，首次采用盾構(gòu)法施工技術(shù)，2019年4月，寧波地鐵4號(hào)線麗—雙區(qū)間2號(hào)聯(lián)絡(luò)通道機(jī)械法施工貫通，從設(shè)備吊裝下井到貫通用時(shí)15 d。

傳統(tǒng)礦山法施工聯(lián)絡(luò)通道的工期長(zhǎng)、工后沉降得不到有效控制、破壞主體結(jié)構(gòu)、周邊影響大、作業(yè)環(huán)境差等缺點(diǎn)，機(jī)械法聯(lián)絡(luò)通道施工能有效規(guī)避傳統(tǒng)礦山法施工的各類缺陷，是地下隧道工藝發(fā)展的趨勢(shì)，具有機(jī)械化程度高、施工工期短、成型結(jié)構(gòu)質(zhì)量好、作業(yè)環(huán)境安全可控等諸多優(yōu)點(diǎn)。依托杭州地鐵7號(hào)線某區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道施工進(jìn)行機(jī)械法聯(lián)絡(luò)通道的關(guān)鍵技術(shù)總結(jié)。

1 機(jī)械法聯(lián)絡(luò)通道技術(shù)原理

機(jī)械法聯(lián)絡(luò)通道基于土壓平衡基本原理，盾構(gòu)機(jī)/頂管機(jī)進(jìn)行開挖作業(yè)，利用全斷面切削刀盤，將正面土體切削下來進(jìn)入刀盤后面的貯留密封倉內(nèi)，并使倉內(nèi)具有適當(dāng)壓力與開挖面水土壓力平衡。

盾構(gòu)機(jī)/頂管機(jī)刀盤采用了仿形設(shè)計(jì)，外凸弧形，中心位置內(nèi)凹，分別應(yīng)對(duì)始發(fā)時(shí)的凹面和接收時(shí)的凸面接觸滑動(dòng)，為確保管片隧道結(jié)構(gòu)安全和掘進(jìn)反力提供，設(shè)計(jì)了一套隧道內(nèi)支撐系統(tǒng)，對(duì)洞門始發(fā)管片形成整體性支撐。

始發(fā)采用全套筒始發(fā)、或半套筒接收技術(shù)，通過盾尾密封刷轉(zhuǎn)換技術(shù)，實(shí)現(xiàn)始發(fā)和接收全封閉，保證隧道掘進(jìn)時(shí)始終處于全密閉狀態(tài)。

聯(lián)絡(luò)通道防水設(shè)計(jì)分為5個(gè)方面：

1)區(qū)間隧道管片在聯(lián)絡(luò)通道位置處鋼混復(fù)合管片的防水；2)聯(lián)絡(luò)通道管片襯砌結(jié)構(gòu)防水；3)套筒始發(fā)接收密封防水；4)施工過程中的工序防水；5)洞門防水。

2 工程概況

杭州地鐵7號(hào)線某區(qū)間共設(shè)有2處聯(lián)絡(luò)通道。1號(hào)聯(lián)絡(luò)通道中心里程為右YDK14+100.000(左ZDK14+102.247)，襯砌頂覆土厚度約20.344 m，線間距15.0 m；2號(hào)聯(lián) 絡(luò)通道中心里程為右YDK14+600.000(左ZDK14+601.672)，襯砌頂覆土厚度約17.575 m，線間距12.0 m。1號(hào)、2號(hào)聯(lián)絡(luò)通道主要地層為③5粉砂夾砂質(zhì)粉土、⑥1淤泥質(zhì)黏土夾粉土。

2.1 設(shè)計(jì)概況

1)聯(lián)絡(luò)通道始發(fā)和接收處分別采用一環(huán)鋼管節(jié)，其余采用鋼筋混凝土管節(jié)；鋼管節(jié)環(huán)寬應(yīng)控制在600 mm～900 mm,其余采用鋼筋混凝土管節(jié)，管節(jié)寬900 mm。

2)管節(jié)內(nèi)徑為2 760 mm，外徑為3 260 mm，厚度為250 mm，每環(huán)管節(jié)M24縱向螺栓10根，M24環(huán)向螺栓4根。

3)管片采用錯(cuò)縫拼裝，無楔形量，接縫采用遇水膨脹止水條止水。

4)管節(jié)分上、下兩塊預(yù)制，單塊重量最大約3.2 t。

5)鋼筋混凝土管節(jié)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C50，抗?jié)B等級(jí)P12。

6)鋼筋混凝土管節(jié)連接螺栓機(jī)械性能等級(jí)為5.8級(jí)，螺母機(jī)械性能等級(jí)為5級(jí)，墊圈硬度Hv=140；鋼管節(jié)采用Q235B鋼，連接螺栓機(jī)械性能等級(jí)為8.8級(jí)，螺母機(jī)械性能等級(jí)為8級(jí)，墊圈硬度Hv=300。

2.2 施工過程

2號(hào)聯(lián)絡(luò)通道2020年4月30日正式始發(fā)，5月10日接收完成，歷時(shí)10 d；1號(hào)聯(lián)絡(luò)通道2020年5月30日正式始發(fā)，6月9日接收完成，歷時(shí)11 d。施工過程如下：

1)1號(hào)～4號(hào)臺(tái)車進(jìn)隧道；2)隧道內(nèi)設(shè)備調(diào)試；3)始發(fā)磨管片；4)聯(lián)絡(luò)通道掘進(jìn)；5)接收磨管片；6)洞門封堵、鋼環(huán)拆除；7)設(shè)備拆除，運(yùn)出隧道；8)洞門接頭及防火門結(jié)構(gòu)施工。

3 機(jī)械法聯(lián)絡(luò)通道施工技術(shù)要點(diǎn)

3.1 設(shè)備吊裝

頂管機(jī)/盾構(gòu)機(jī)由刀盤系統(tǒng)、主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、盾體系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集、渣土輸送系統(tǒng)、注漿系統(tǒng)、后配套系統(tǒng)、泡沫系統(tǒng)、密封潤滑系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)、工業(yè)空氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、動(dòng)力供電系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、通訊照明與監(jiān)視系統(tǒng)組成，整機(jī)布置如圖1所示，1號(hào)～5號(hào)臺(tái)車先后下井由電瓶車單節(jié)運(yùn)送至隧道內(nèi)，3號(hào)臺(tái)車為盾構(gòu)機(jī)始發(fā)臺(tái)車，5號(hào)車為盾構(gòu)接收臺(tái)車。

刀盤具備土體開挖、穩(wěn)定掌子面、攪拌改良渣土的作用。采用4主梁+4副梁的錐形結(jié)構(gòu)形式，刀盤刀具高度分布呈圓錐形，有利于切削管片過程中頂管機(jī)姿態(tài)控制。開口在整個(gè)盤面均勻分布，利于土壓傳遞及保持平衡，避免產(chǎn)生泥餅。

3.2 始發(fā)及推進(jìn)

1)在地面上將主機(jī)與套筒對(duì)接，隨盾構(gòu)機(jī)整體運(yùn)輸至洞門處；

2)盾構(gòu)機(jī)調(diào)整里程位置過程中，套筒隨盾構(gòu)機(jī)頂進(jìn)，在套筒靠緊洞門后對(duì)套筒前端進(jìn)行焊接；

3)焊接方式采用貼板焊接，上下、左右對(duì)稱焊接，每條焊縫控制在1 m內(nèi)，保證焊接質(zhì)量；

4)焊接完成后，待其自然冷卻后繼續(xù)頂進(jìn)盾構(gòu)機(jī)，使刀盤抵至管片；

5)通過預(yù)留油脂孔，將盾尾油脂注入尾刷空腔中，直至飽滿；

6)通過套筒前端注入孔注入膨潤土或其他流塑性介質(zhì)，直至飽滿，并建立壓力至略大于計(jì)算土壓力，檢測(cè)螺旋機(jī)及套筒密封性，確保不泄露；

7)頂伸支撐體系，調(diào)整支撐體系油缸壓力；

8)測(cè)量隊(duì)復(fù)測(cè)套筒軸線，計(jì)算套筒與主機(jī)姿態(tài)。

3.3 推進(jìn)及接收

1)姿態(tài)復(fù)測(cè)。

當(dāng)盾構(gòu)機(jī)刀盤到達(dá)接收端管片時(shí)，應(yīng)立即確定盾構(gòu)機(jī)頭的坐標(biāo)位置和姿態(tài)，并根據(jù)測(cè)量結(jié)果調(diào)整盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)。

2)洞門處理。

接收洞門處理與始發(fā)洞門處理相同，同樣進(jìn)行洞門微加固、管片焊接、套筒焊接及螺栓吊裝孔拔除。

3)接收裝置安裝。

將接收套筒在端頭井內(nèi)組裝，通過電瓶車運(yùn)至指定位置，控制支撐系統(tǒng)緩慢接觸管片，連接套筒法蘭，檢查套筒的密閉性，在套筒內(nèi)注入改良渣土或流塑性介質(zhì)。

4)接收套筒保壓。

當(dāng)?shù)侗P完全進(jìn)入管片后，出土?xí)斐商淄矁?nèi)壓力持續(xù)下降，出土量無法控制，為保證出土過程中地層損失量，在接收端設(shè)置智能保壓臺(tái)車，通過自動(dòng)注入膨潤土漿液保證套筒內(nèi)的壓力與外界水土壓力平衡。

3.4 補(bǔ)強(qiáng)注漿

盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入接收套筒后，因洞門與管片形成的環(huán)形空隙量較大，容易導(dǎo)致泥水竄入正線隧道內(nèi)，因此洞門附近這部分土體加固是洞門密封的關(guān)鍵。

設(shè)計(jì)中在進(jìn)洞與出洞各設(shè)兩環(huán)鋼管片，每環(huán)鋼環(huán)包含10個(gè)注漿孔，對(duì)兩側(cè)洞門位置進(jìn)行二次止水注漿。注漿完成后在其附近打探孔檢測(cè)止水效果，確保無滲漏水及管片結(jié)構(gòu)變形穩(wěn)定后，再拆除負(fù)環(huán)。

3.5 負(fù)環(huán)拆除及設(shè)備撤場(chǎng)

1)在正環(huán)管片與負(fù)環(huán)管片之間設(shè)置臨時(shí)支座并放置機(jī)械千斤頂。

2)松開正環(huán)管片與負(fù)環(huán)管片之間的連接螺栓，收回推進(jìn)油缸，通過支撐體系的橫撐油缸與臨時(shí)設(shè)置的機(jī)械千斤頂同時(shí)加力，從而使負(fù)環(huán)管片與正環(huán)管片脫離。

3)負(fù)環(huán)管片脫離后，沿著洞門出焊縫將套筒割除，將套筒、管片、支撐體系隨3號(hào)臺(tái)車一同運(yùn)送至隧道外。

4)負(fù)環(huán)管片運(yùn)輸至井口后，將吊帶穿過負(fù)環(huán)管片，利用吊車將其吊出井口，完成負(fù)環(huán)管片拆除。

3.6 洞門施工

1)接口鋼板焊接。

洞門采用鋼板進(jìn)行環(huán)向焊接，以提高洞門力學(xué)強(qiáng)度，防止焊縫處滲水。鋼板分兩層，第一層為5 mm鋼板，主要目的是封堵大面積漏水，以保證第二道鋼板焊縫質(zhì)量，第二層為20 mm鋼板。

2)環(huán)氧樹脂堵漏。

焊接成型后，接縫處若仍有滲水，注入環(huán)氧樹脂進(jìn)行堵漏。

3)洞門鋼筋綁扎。

采用HPB300，HRB400鋼筋，均勻設(shè)置環(huán)形鋼筋，與骨架鋼筋焊接，固定成型。

4)洞門混凝土澆筑。

洞門混凝土為C40，抗?jié)B等級(jí)為P10，鋼筋保護(hù)層厚度35 mm。

3.7 頂推過程參數(shù)控制措施

1)為了控制推進(jìn)軸線，保護(hù)刀盤及主隧道管片，頂推速度不宜過快，使頂管機(jī)緩慢穩(wěn)步前進(jìn)，推進(jìn)速度按照以上要求進(jìn)行控制。

2)頂管機(jī)刀尖開始磨管片階段，應(yīng)往刀盤內(nèi)注入膨潤土漿液來吸收刀盤因磨管片而產(chǎn)生的熱量，降低刀盤的磨損。

3)頂管機(jī)啟動(dòng)時(shí)，必需檢查千斤頂是否靠足，無間隙，開始推進(jìn)宜緩慢推進(jìn)，每環(huán)掘進(jìn)開始時(shí)，應(yīng)逐步提高掘進(jìn)速度，每環(huán)掘進(jìn)過程中，掘進(jìn)速度值應(yīng)盡量保持恒定，減少波動(dòng)。

4)頂管機(jī)安裝必須對(duì)姿態(tài)進(jìn)行復(fù)測(cè)，復(fù)測(cè)無誤后方可進(jìn)行掘進(jìn)施工。

5)在始發(fā)階段，要注意推力、扭矩的控制，掘進(jìn)總推力應(yīng)控制在后盾支撐承受能力以下，同時(shí)確保在此推力下刀具切入地層所產(chǎn)生的扭矩小于頂管機(jī)臺(tái)車提供的反扭矩。

6)掘進(jìn)前及過程中，要加強(qiáng)頂管機(jī)軸線的控制，出現(xiàn)偏差要嚴(yán)格按照糾偏原則進(jìn)行糾偏。

7)每班掘進(jìn)必須嚴(yán)格按照掘進(jìn)指令進(jìn)行，同時(shí)根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)調(diào)整施工參數(shù)，掘進(jìn)參數(shù)的調(diào)整必須經(jīng)技術(shù)主管同意。

8)在掘進(jìn)過程中對(duì)渣土進(jìn)行體積與重量雙重控制，嚴(yán)格控制土體超挖。

4 結(jié)語

機(jī)械法施工聯(lián)絡(luò)通道在杭州地鐵首次成功運(yùn)用，機(jī)械法施工是一種新的技術(shù)手段，較傳統(tǒng)礦山法具有工期短、對(duì)周邊環(huán)境影響小的特點(diǎn)，目前在多個(gè)城市累計(jì)20多個(gè)項(xiàng)目完工，積累了經(jīng)驗(yàn)，后續(xù)在地鐵、管廊、深埋污水隧洞等工程中推廣運(yùn)用。