復(fù)雜條件下盾構(gòu)接收端加固與分體技術(shù)研究

趙 兵，孫海明

(中國(guó)聯(lián)合工程有限公司，浙江 杭州 310051)

0 引言

盾構(gòu)“分體始發(fā)”已非常多地應(yīng)用于工程實(shí)踐，特殊條件下盾構(gòu)解體接收方式因涉及盾體解體后的運(yùn)輸和恢復(fù)等一系列復(fù)雜問(wèn)題，在國(guó)內(nèi)現(xiàn)行情況下尚無(wú)非常成熟的方案。李海等[1]詳細(xì)分析過(guò)封閉條件下盾構(gòu)拆機(jī)解體技術(shù)，田海波[2]詳細(xì)研究過(guò)復(fù)雜條件下盾構(gòu)接收技術(shù)，陳湘生[3]對(duì)凍結(jié)法在地下空間近接工程中的應(yīng)用做了詳細(xì)分析，祝和意等[4]和劉典基[5]細(xì)致分析了水平凍結(jié)在盾構(gòu)進(jìn)出洞中的應(yīng)用，樊文虎等[6]設(shè)計(jì)并分析了盾構(gòu)端頭的水平凍結(jié)。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，綜合分析在復(fù)雜建設(shè)條件下盾構(gòu)解體接收技術(shù)，以適應(yīng)日前越來(lái)越復(fù)雜建設(shè)條件下，如在地面既有建筑物以下及接收端封閉條件下(適用情況)，盾構(gòu)安全接收、解體和運(yùn)輸?shù)确矫娴膯?wèn)題，為后期工程存在的相似問(wèn)題提供借鑒。

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

杭州機(jī)場(chǎng)軌道快線某區(qū)間定于蕭山機(jī)場(chǎng)站接收，蕭山機(jī)場(chǎng)站已隨先期工程一起建設(shè)并為盾構(gòu)接收預(yù)留了條件，機(jī)場(chǎng)快線北側(cè)為7號(hào)線、1號(hào)線3期工程，南側(cè)緊鄰快線隧道為機(jī)場(chǎng)新建航站樓基坑，機(jī)場(chǎng)站上方為新建T4航站樓，因工程籌劃、建設(shè)進(jìn)度等各方面原因，待快線隧道抵達(dá)蕭山機(jī)場(chǎng)站接收時(shí)，快線北側(cè)7號(hào)線、1號(hào)線3期工程，南側(cè)航站樓基坑及位于蕭山機(jī)場(chǎng)站上方部分的T4航站樓地下室頂板，上方鋼結(jié)構(gòu)頂蓋均已完成施工(見(jiàn)圖1)。

圖1 蕭山機(jī)場(chǎng)站接收端平面關(guān)系示意

1.2 工程節(jié)點(diǎn)分析

1)蕭山機(jī)場(chǎng)站快線端先期施工加固體，因航站樓承臺(tái)基礎(chǔ)開(kāi)挖，加固體整體性已破壞。

2)待快線盾構(gòu)接收時(shí)，位于蕭山機(jī)場(chǎng)站接收端正上方的地下室頂板及T4航站樓頂蓋已完成施工，現(xiàn)場(chǎng)已無(wú)降水條件，用于盾構(gòu)吊出的大型設(shè)備也無(wú)安裝條件。

3)快線范圍內(nèi)接收端隧道頂部范圍位于粉砂地層，水量較豐富，盾構(gòu)接收時(shí)蕭山機(jī)場(chǎng)站已被T4航站樓及配套工程全面覆蓋，北側(cè)1號(hào)線、7號(hào)線處于開(kāi)通運(yùn)營(yíng)階段，應(yīng)急搶險(xiǎn)不具備條件。

基于以上分析，快線盾構(gòu)接收需考慮接收端補(bǔ)強(qiáng)加固及盾構(gòu)分體接收等問(wèn)題。

2 加固體補(bǔ)強(qiáng)方案設(shè)計(jì)

2.1 工程問(wèn)題

如圖2所示，蕭山機(jī)場(chǎng)站施工時(shí)隨土建工程一起實(shí)施的為后期快線盾構(gòu)接收時(shí)使用的端頭加固，采用φ850@600三軸攪拌樁加固，靠近車(chē)站端頭夾心層采用單排φ800@400三重高壓旋噴樁加固。因航站樓承臺(tái)開(kāi)挖施工，局部已破壞，難以保證快線隧道接收時(shí)安全可靠(見(jiàn)圖2)。

圖2 接收端原加固方案與航站樓承臺(tái)關(guān)系示意

對(duì)比WSS，MJS等工法，均需輔以降水才能滿足盾構(gòu)接收時(shí)需要，考慮到待盾構(gòu)接收時(shí)，航站樓地下室頂板已封閉，7號(hào)線已開(kāi)通運(yùn)營(yíng)等限制因素，場(chǎng)地內(nèi)已無(wú)降水條件，經(jīng)綜合比選，推薦采取地下水平凍結(jié)的方式進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固，如圖3所示。

圖3 凍結(jié)加固示意

鑒于三軸攪拌樁加固已實(shí)施且加固體質(zhì)量較好(已取芯驗(yàn)證)，航站樓承臺(tái)施工時(shí)將局部破壞已施工完成的三軸攪拌樁加固體；另外，左、右線洞門(mén)主要位于砂質(zhì)粉土夾粉砂、粉砂、砂質(zhì)粉土夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉砂層中，該土層為富水潛水層，以中密狀為主，在水動(dòng)力條件和盾構(gòu)掘進(jìn)作用下，砂性土易產(chǎn)生管涌、流砂及振動(dòng)液化現(xiàn)象，從而降低土層結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

2.2 補(bǔ)強(qiáng)方案設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)考慮按原狀土對(duì)地層實(shí)施凍結(jié)加固，已實(shí)施的三軸攪拌樁加固按改良土體考慮。

1)技術(shù)方案可行性分析 采用水平凍結(jié)加固方案后，可直接在車(chē)站內(nèi)部施工，同時(shí)對(duì)地面T4航站樓相關(guān)工程施工幾乎無(wú)影響。根據(jù)杭州地鐵類(lèi)似工程經(jīng)驗(yàn)及蕭山機(jī)場(chǎng)站地質(zhì)情況分析，盾構(gòu)接收端頭加固改用水平凍結(jié)法可滿足技術(shù)、安全及加固施工工況條件要求。凍結(jié)強(qiáng)度的指標(biāo)要求為：?jiǎn)屋S抗壓強(qiáng)度3.59MPa，抗折強(qiáng)度2.12MPa，抗剪強(qiáng)度1.77MPa(-10℃)。

2)凍結(jié)加固范圍 對(duì)左、右線洞門(mén)進(jìn)行水平冷凍加固，設(shè)計(jì)采用“杯形”凍結(jié)壁進(jìn)行土體加固，如圖3所示。設(shè)計(jì)凍結(jié)壁有效厚度為“杯底”2.5m、“杯壁”1.8m(長(zhǎng)12.0m)。

3)重難點(diǎn)分析 ①鑒于凍結(jié)加固范圍內(nèi)的土層已實(shí)施三軸攪拌樁加固，水化熱可能會(huì)對(duì)凍結(jié)加固有影響，主要表現(xiàn)為影響積極凍結(jié)時(shí)間；凍結(jié)加固施工時(shí)，需增加測(cè)溫孔數(shù)量并根據(jù)溫度變化情況決定是否延長(zhǎng)積極凍結(jié)時(shí)間。②左、右線洞門(mén)主要位于③3砂質(zhì)粉土夾粉砂、③5粉砂、③7砂質(zhì)粉土夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、③8粉砂層中，該土層為富水潛水層，在水動(dòng)力條件和盾構(gòu)掘進(jìn)作用下，砂性土易產(chǎn)生管涌、流砂現(xiàn)象；在積極凍結(jié)期間，在凍結(jié)壁外200m區(qū)域內(nèi)的透水砂層中不得采取降水措施；鑒于機(jī)場(chǎng)周邊正在施工的項(xiàng)目較多，凍結(jié)施工前需復(fù)核周邊200m范圍內(nèi)是否有降水井在實(shí)施降水作業(yè)。③凍脹與融沉。凍脹可分為原位凍脹(體積增大9%)和分凝凍脹(體積增大1.09%)。凍脹力是凍脹受到約束時(shí)產(chǎn)生的力，本工程中凍結(jié)加固體為“杯形”開(kāi)放式結(jié)構(gòu)而非封閉結(jié)構(gòu)，土體在凍結(jié)過(guò)程中產(chǎn)生的凍脹向外部土體釋放，不會(huì)對(duì)地面及周邊建(構(gòu))筑物產(chǎn)生明顯的凍脹力。鑒于凍結(jié)加固范圍內(nèi)的土層已實(shí)施三軸攪拌樁加固，即土體已實(shí)施改良；另外，凍結(jié)加固體位于富水潛水層中，且凍土融化是一個(gè)持續(xù)過(guò)程，當(dāng)凍土融化后體積縮小部分會(huì)被潛水快速充填，凍結(jié)加固體后期融沉對(duì)地面及周邊建(構(gòu))筑物影響可控。

3 盾構(gòu)解體接收方案設(shè)計(jì)

3.1 工程問(wèn)題

因盾構(gòu)接收時(shí)，航站樓金屬頂蓋已封閉，場(chǎng)地內(nèi)已不具備大型設(shè)備施工條件，同時(shí)蕭山機(jī)場(chǎng)站前期也未預(yù)留盾構(gòu)過(guò)站條件，因此，采取盾構(gòu)于端頭井內(nèi)解體，退回至始發(fā)井吊出的方案。

盾構(gòu)機(jī)管線及其后配套設(shè)備等常規(guī)構(gòu)件只需拆除后裝箱運(yùn)出即可，本文不作重點(diǎn)分析，主要分析盾體拆除方式及運(yùn)輸方案。

3.2 拆除方式

盾構(gòu)機(jī)為土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)，開(kāi)挖直徑7 150mm，總體長(zhǎng)度(到螺旋機(jī)尾部)約13m，主機(jī)約203t，拆機(jī)工序如圖4所示。

圖4 拆機(jī)工序流程示意

3.2.1拆機(jī)前需落實(shí)措施

1)管片背后注漿，將管片背后空隙填實(shí)。

2)利用管片螺栓作為基礎(chǔ)將管片環(huán)與環(huán)之間連接。

3)將最后環(huán)管片側(cè)端面與尾盾殼連接。

4)管片內(nèi)部焊接支撐架，保證管片在二次注漿后不變形。

3.2.2拆機(jī)準(zhǔn)備

1)刀盤(pán)前側(cè)吊機(jī)布置準(zhǔn)備 如圖5所示，為便于完成刀盤(pán)拆解任務(wù)，需預(yù)先在隧道內(nèi)刀盤(pán)前側(cè)設(shè)置2道吊梁和1塊滿足刀盤(pán)分塊拆解后放置的空地，單根吊梁需配備1臺(tái)10t電動(dòng)葫蘆。吊梁長(zhǎng)度覆蓋刀盤(pán)擺放空度長(zhǎng)度即可，以滿足盾構(gòu)洞內(nèi)刀盤(pán)的拆解任務(wù)。

圖5 刀盤(pán)前側(cè)吊梁布置示意

2)盾構(gòu)后側(cè)吊機(jī)布置準(zhǔn)備 如圖6所示，為便于完成盾構(gòu)機(jī)臺(tái)車(chē)后備套及主機(jī)部分拆解任務(wù)，需預(yù)先在隧道內(nèi)設(shè)置2道吊梁，單根吊梁需配備2臺(tái)16t電動(dòng)葫蘆和2臺(tái)5t電動(dòng)葫蘆。吊梁長(zhǎng)度滿足盾構(gòu)機(jī)總長(zhǎng)，以滿足完成盾構(gòu)洞內(nèi)拆解最重要驅(qū)動(dòng)部位主軸承的拆解任務(wù)。

圖6 盾構(gòu)后側(cè)吊梁示意

3.2.3盾體拆解

先將盾體內(nèi)的主要元器件(油缸、鉸接油缸、閥塊等)進(jìn)行拆除，然后如圖7所示。

圖7 盾體拆解步驟示意

1)后盾T2，T3環(huán)拆解 將內(nèi)部多余結(jié)構(gòu)件割除，通過(guò)小車(chē)運(yùn)出隧道。

2)后盾T1環(huán)拆解 將內(nèi)側(cè)油缸拔出拆下，將縱梁氣割分塊拆解，油缸不好拔出位置對(duì)中盾法蘭面開(kāi)腰形孔后拔出。后盾T1環(huán)內(nèi)側(cè)筋板和法蘭板通過(guò)氣割分塊拆除，每個(gè)分塊控制在20t以內(nèi)，逐一拆解，通過(guò)小車(chē)運(yùn)出隧道。

3)中盾拆解 將中盾內(nèi)側(cè)管路及閥塊拆解后，通過(guò)小車(chē)運(yùn)出隧道。

4)前盾拆解 前盾體的拆卸方法與后盾T1環(huán)的拆卸方法基本相同，將伸縮油缸拆下后，通過(guò)氣割將前盾結(jié)構(gòu)件筋板和法蘭拆除，保留外圈板，每個(gè)分塊控制在20t以內(nèi)，逐一拆解通過(guò)小車(chē)運(yùn)出隧道。

5)刀盤(pán)拆解 由于地面無(wú)法拆解，刀盤(pán)拆解以便洞內(nèi)吊裝運(yùn)輸為條件，分多塊拆除，刀盤(pán)拆卸自上而下，將輻條與圈板斷開(kāi)，每個(gè)分塊控制在20t以內(nèi)，逐一拆解。

3.3 拆解運(yùn)輸方案

拆機(jī)運(yùn)輸分3階段進(jìn)行，24h不間斷作業(yè)，以單線隧道運(yùn)輸做如下說(shuō)明：①第1階段采用現(xiàn)有電瓶車(chē)運(yùn)輸，盾構(gòu)機(jī)上雜物清理及部分小型設(shè)備、機(jī)具運(yùn)出，盾構(gòu)機(jī)拆機(jī)所需物資、設(shè)備、機(jī)具運(yùn)進(jìn)，隧道管線運(yùn)出；②第2階段采用運(yùn)輸公司車(chē)輛運(yùn)出全隧鋼軌、管線、泵站、設(shè)備等，盾構(gòu)機(jī)4節(jié)后配套拖車(chē)用平板車(chē)整體運(yùn)出；③第3階段盾構(gòu)主機(jī)拆卸部件的運(yùn)輸，主要包括刀盤(pán)、主軸承、盾體、拼裝機(jī)、懸臂梁、縱梁等大型結(jié)構(gòu)件及設(shè)備。這部分設(shè)備的運(yùn)輸盡量爭(zhēng)取時(shí)間，在交叉運(yùn)輸前采用運(yùn)輸公司車(chē)輛運(yùn)輸，在交叉運(yùn)輸時(shí)，采用特種運(yùn)輸車(chē)運(yùn)輸。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)杭州機(jī)場(chǎng)軌道快線某區(qū)間的蕭山機(jī)場(chǎng)站接收端設(shè)計(jì)思路，分析了在復(fù)雜建設(shè)條件下盾構(gòu)分體接收技術(shù)及接收端處理措施，為同類(lèi)施工提供一定借鑒。

1)對(duì)于盾構(gòu)到達(dá)復(fù)雜建設(shè)條件下的接收工況，要做好周邊環(huán)境梳理，分析風(fēng)險(xiǎn)源，盾構(gòu)進(jìn)出洞本就是盾構(gòu)隧道工程中風(fēng)險(xiǎn)較大的工況，蕭山機(jī)場(chǎng)站接收時(shí)面臨車(chē)站運(yùn)營(yíng)、航站樓封閉等復(fù)雜情況，需逐一分析風(fēng)險(xiǎn)源，提出加強(qiáng)措施，確保不遺漏。

2)由于國(guó)內(nèi)盾構(gòu)施工通常工期較緊，盾構(gòu)到達(dá)時(shí)車(chē)站已封閉情況日益增多，在今后的施工過(guò)程中，出現(xiàn)類(lèi)似問(wèn)題的可能性很大。本文所討論的是在盾構(gòu)作業(yè)時(shí)尚未明確車(chē)站吊出井情況，按常規(guī)條件作業(yè)的盾構(gòu)機(jī)接收時(shí)遇車(chē)站端頭無(wú)法吊出，又未考慮盾構(gòu)過(guò)站條件下，盾構(gòu)被迫分解退回至始發(fā)井的工況，后期切割盾構(gòu)主機(jī)造成較大工程浪費(fèi)。建議后期類(lèi)似工程在盾構(gòu)設(shè)計(jì)作業(yè)時(shí)應(yīng)充分考慮接收端情況，如若必要，可提前對(duì)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行改造，以便盾構(gòu)解體、拆機(jī)和運(yùn)輸。