異形鋼環(huán)補(bǔ)償盾構(gòu)側(cè)向始發(fā)施工技術(shù)

李由

（中鐵二十二局集團(tuán)軌道工程有限公司，北京 100040）

1 工程概況

北京地鐵昌平線南延工程土建施工02 合同段學(xué)院橋站—西土城站區(qū)間（以下稱學(xué)西區(qū)間）工程原設(shè)計(jì)方案的暗挖法+降水施工。為響應(yīng)北京市關(guān)于軌道交通不降水（或少降水）的政策要求，項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案變更為暗挖法+盾構(gòu)法施工，暗挖段長度499 m，盾構(gòu)段長度2 620 m，因盾構(gòu)區(qū)間處于交通要道學(xué)院路主路下方，受地面條件限制，盾構(gòu)機(jī)不具備垂直始發(fā)條件，項(xiàng)目部研究采用橫通道內(nèi)側(cè)向平移、轉(zhuǎn)體、再平移至預(yù)定位置后進(jìn)行始發(fā)的方案，但因工期問題項(xiàng)目部創(chuàng)新性地提出盾構(gòu)機(jī)直接在平移橫通道內(nèi)進(jìn)行始發(fā)。但此方案存在側(cè)向始發(fā)面與正線斜交的問題，針對(duì)此情況，項(xiàng)目技術(shù)攻關(guān)小組通過方案比選最終創(chuàng)新采用了“異形鋼環(huán)補(bǔ)償側(cè)向始發(fā)施工技術(shù)”，通過鋼環(huán)內(nèi)填料補(bǔ)償始發(fā)階段切削不均衡。此技術(shù)不僅解決了側(cè)向始發(fā)面與正線斜交等問題，并且可提前工期3個(gè)月，真正做到了技術(shù)革新與經(jīng)濟(jì)效益的雙贏，對(duì)今后在城市交通繁華地段的地鐵盾構(gòu)施工提供了借鑒和參考。區(qū)間盾構(gòu)側(cè)始發(fā)平面示意圖如圖1 所示。

圖1 區(qū)間盾構(gòu)側(cè)始發(fā)平面示意圖

2 施工方案

本工程采用2 臺(tái)盾構(gòu)機(jī)施工，同時(shí)就位組裝，右線全部完成后進(jìn)行左線始發(fā)掘進(jìn)施工。首先，平移橫通道結(jié)構(gòu)及暗挖段二次襯砌完成后，采用水平深孔注漿加固始發(fā)端頭。盾構(gòu)機(jī)從側(cè)向盾構(gòu)工作井下井，通過盾構(gòu)平移橫通道側(cè)向平移到始發(fā)位置[1]，盾構(gòu)機(jī)整體始發(fā)。盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)至預(yù)定位置后進(jìn)行脫殼解體的同時(shí)左線盾構(gòu)開始始發(fā)。

盾構(gòu)始發(fā)過程中，由于平移橫通道內(nèi)不具備編組列車通行條件，故利用出土井及橫通道進(jìn)行管片等材料運(yùn)輸及皮帶機(jī)將渣土輸送至出土井口吊出，待拆除負(fù)環(huán)進(jìn)入正常段掘進(jìn)后在平移通道及出土通道內(nèi)鋪設(shè)軌道，通過編組列車完成渣土、管片等材料運(yùn)輸。

3 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

3.1 施工工藝流程

施工工藝流程如圖2 所示。

圖2 施工流程圖

3.2 操作要點(diǎn)

3.2.1 端頭加固

為保證盾構(gòu)施工安全，本工程在盾構(gòu)始發(fā)和到達(dá)前均需要采用深孔注漿加固的方式對(duì)端頭進(jìn)行加固處理，加固完畢后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)取芯試驗(yàn)，檢測(cè)強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求后方可始發(fā)、到達(dá)，以保證盾構(gòu)施工安全。注漿加固盾構(gòu)輪廓外3 m 范圍土體，縱向加固長度10 m。

3.2.2 盾構(gòu)后配套臺(tái)車就位

按照6#臺(tái)車→1#臺(tái)車的順序吊裝后配套臺(tái)車，后配套臺(tái)車及編組列車均采用輪式移動(dòng)平臺(tái)（帶軌道）在平移橫通道內(nèi)牽引行走至正線，將移動(dòng)平臺(tái)軌道與正線軌道對(duì)接然后后退至反向隧道內(nèi)完成后配套臺(tái)車和電瓶車就位。

3.2.3 反力架安裝

馬蹄形的暗挖隧道空間，限制了反力架的結(jié)構(gòu)形式，常規(guī)盾構(gòu)反力架無法滿足施工要求，根據(jù)暗挖隧道的結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計(jì)了用于馬蹄形隧道盾構(gòu)施工反力架[2]。

反力架采用鋼板焊接而成，反力架底部采用擴(kuò)大混凝土基礎(chǔ)預(yù)埋連接鋼板，頂部與既有二襯結(jié)構(gòu)預(yù)埋鋼板連接，同時(shí)反力架設(shè)置水平傳力支撐，支撐與二襯結(jié)構(gòu)錯(cuò)臺(tái)位置連接，在水平支撐區(qū)域豎向設(shè)置2 道連接立柱，加強(qiáng)水平支撐的穩(wěn)定性。

為保證盾構(gòu)始發(fā)的安全和反力架的穩(wěn)定，安裝反力架后在架體上布置位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)及應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)主要布置在架體的橫梁和立柱背后，能準(zhǔn)確地反映架體的變形和應(yīng)力變化情況。

3.2.4 盾構(gòu)機(jī)吊裝及平移

1）準(zhǔn)備工作。首先在平移橫通道內(nèi)及暗挖段擴(kuò)大端內(nèi)鋪設(shè)15 cm 厚中粗砂再鋪設(shè)2 cm 厚鋼板[3]，鋼板拼接采用電焊焊接并打磨平整，鋼板上涂抹黃油。將盾構(gòu)機(jī)始發(fā)基座利用地面吊車調(diào)入橫通道內(nèi)的鋼板上，并將其固定[4]。

2）盾構(gòu)機(jī)主機(jī)平移。在始發(fā)架上安裝盾構(gòu)機(jī)主體（主機(jī)組裝順序?yàn)橹畜w、前體、刀盤、拼裝機(jī)、盾尾、螺旋機(jī)）。始發(fā)基座在平移橫通道內(nèi)通過10 t 卷揚(yáng)機(jī)在前方牽引，后方以2 個(gè)50 t千斤頂頂在鋼板上向前移動(dòng)，到達(dá)與正線斜交位置。平移過程中通過調(diào)節(jié)2 個(gè)千斤頂推力大小進(jìn)行糾偏。到達(dá)既定位置后，通過2 個(gè)千斤頂對(duì)頂實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)體45°，調(diào)整盾構(gòu)位置與始發(fā)位置中線重合然后向北平移，待異形鋼環(huán)安裝完成后前推就位。盾構(gòu)機(jī)平移轉(zhuǎn)體示意圖如圖3 所示。

圖3 盾構(gòu)機(jī)平移轉(zhuǎn)體示意圖

3.2.5 異形延伸鋼環(huán)安裝

異形延伸鋼環(huán)是兩端開口的桶狀結(jié)構(gòu)，整個(gè)套筒總長為800 mm/7 899 mm，筒體分成2 節(jié)制作。鋼板選擇：Q235B，板厚δ=20 mm。鋼環(huán)直徑（內(nèi)徑）6 620 mm，分為上下2 部分。底座高度為3 600 mm，與筒體的下半圓焊接成一個(gè)整體。筒體材料20 mm 厚的鋼板。筒體的外周焊接橫向筋板以保證筒體剛度，筋板厚20 mm，高120 mm。筒體之間的連接用法蘭，法蘭用40 mm 厚的板，筒體法蘭之間均采用M30、8.8 級(jí)螺栓連接，中間加8 mm 厚橡膠墊。鋼環(huán)左右兩側(cè)及底部需通過焊接H200 的型鋼斜支撐，斜支撐間距1.5 m 每道，防止盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時(shí)鋼環(huán)時(shí)候發(fā)生位移。

1）異形延伸鋼環(huán)安裝

（1）安裝前，首先在基坑里確定線路中心線，也就是鋼環(huán)的中心線。鋼環(huán)定位時(shí)，要求鋼環(huán)的中心線、線路中心線2 條控制線重合。

（2）在地面上先把鋼環(huán)吊裝下放到盾構(gòu)井內(nèi)，平移至始發(fā)位置，使鋼環(huán)的中心與事先確定好的線路中心線重合，分段點(diǎn)焊與洞門預(yù)埋鋼環(huán)焊接，使其穩(wěn)固。

（3）鋼環(huán)安裝完成后，連接螺栓按順序緊固后需進(jìn)行檢查并復(fù)緊，對(duì)鋼環(huán)位置進(jìn)行復(fù)測(cè)，檢查與盾構(gòu)機(jī)到達(dá)的中心線是否重合。

（4）鋼環(huán)與洞門預(yù)埋鋼環(huán)進(jìn)行焊接連接，焊縫沿鋼環(huán)一圈內(nèi)外側(cè)滿焊。

（5）鋼環(huán)左右兩側(cè)及底部需通過焊接H200 的型鋼斜支撐，斜支撐間距1.5 m 每道，防止盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時(shí)鋼環(huán)時(shí)候發(fā)生位移。

2）洞門處理

（1）加固效果檢驗(yàn)。在實(shí)行破除洞門前，對(duì)土體加固效果進(jìn)行水平鉆孔取樣檢查，同時(shí)對(duì)地下滲水情況進(jìn)行判斷，根據(jù)地下水的滲透情況做出是否進(jìn)行二次注漿加固的決定。

（2）洞門鑿除。加固效果達(dá)到要求后開始破除平移通道350 mm 厚初支結(jié)構(gòu)，洞門破除分上下2 層，先下后上，下部破除完畢后立即進(jìn)行回填，延伸鋼環(huán)敞口處采用砌體墻封閉，為保證回填期間砌體墻的穩(wěn)定性，臨時(shí)用鋼管腳手架加固；按照同樣順序完成上半部分初支破除及回填，鋼管腳手架待回填料達(dá)到自穩(wěn)強(qiáng)度后方可拆除。

3.3 密封裝置安裝

密封裝置與鋼環(huán)尾端鋼板預(yù)留孔通過螺栓連接，密封采用折葉式密封壓板。由于簾布橡膠板和扇形壓板通過它與管片的密貼防止管片背注漿時(shí)的漿液外流，所以安裝時(shí)螺栓必須進(jìn)行二次旋緊螺栓，防止安裝扇形壓板時(shí)損壞簾布橡膠板。始發(fā)洞口密封示意圖如圖4 所示。

圖4 始發(fā)洞口密封示意圖

3.4 異形延伸鋼環(huán)內(nèi)填料

盾構(gòu)機(jī)向前推進(jìn)至刀盤面板貼近洞門一側(cè)掌子面后，通過鋼環(huán)頂部預(yù)留孔向鋼環(huán)內(nèi)三角區(qū)填料，填料采用低強(qiáng)度配比同步回填注漿料，通過試配讓其強(qiáng)度和韌性的特性接近加固后的土體，回填料無側(cè)限抗壓強(qiáng)度控制在1.0 MPa 左右。異形鋼環(huán)三角區(qū)填料如圖5 所示。

圖5 異形鋼環(huán)三角區(qū)填料

3.5 盾構(gòu)機(jī)整體始發(fā)

1）本標(biāo)段采用整體始發(fā)，負(fù)環(huán)管片拼裝提供盾構(gòu)掘進(jìn)的反力，因此，負(fù)環(huán)管片采用正常隧道管片，負(fù)環(huán)共11 環(huán)，采用錯(cuò)縫拼裝，拼裝定位為1 點(diǎn)和15 點(diǎn)，以提供更穩(wěn)定的反推力。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，始發(fā)階段長度為120 m。

2）盾構(gòu)始發(fā)階段的物料運(yùn)輸主要是管片和渣土的運(yùn)輸。

管片的運(yùn)輸：管片通過施工豎井調(diào)運(yùn)至井底，在施工橫通道第二層通過叉車水平運(yùn)輸至正線列車上。

渣土的運(yùn)輸：因始發(fā)階段負(fù)環(huán)管片不能拆除，編組列車不具備軌行條件，始發(fā)階段采用皮帶輸送機(jī)出渣，皮帶輸送機(jī)在既有隧道及施工橫通道第一層內(nèi)敷設(shè)，最終匯入施工豎井內(nèi)土斗，通過龍門吊吊出。單線始發(fā)設(shè)置皮帶輸送機(jī)共計(jì)270 m。

3.6 盾構(gòu)機(jī)正常掘進(jìn)

始發(fā)120 m 后拆除負(fù)環(huán)管片，盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入正常掘進(jìn)階段，正常掘進(jìn)階段同常規(guī)盾構(gòu)施工相同。

3.7 盾構(gòu)機(jī)到達(dá)接收

當(dāng)盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)距終點(diǎn)處10 環(huán)時(shí)，進(jìn)行管片縱向拉緊聯(lián)系梁的安裝，拉緊連系梁采用槽鋼14b，拉緊條預(yù)埋件與注漿孔預(yù)埋件共用，采用M36 螺栓進(jìn)行連接，當(dāng)盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)至西土城站樁基6 m 左右時(shí)放慢速度，通過刀盤磨樁使盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入主體結(jié)構(gòu)范圍即前盾前沿與西土城站主體結(jié)構(gòu)外輪廓線重合即停止掘進(jìn)。

3.8 盾構(gòu)機(jī)解體吊出

盾構(gòu)向南掘進(jìn)到西土城站后，因西土城站不具備接收條件，根據(jù)施工安排及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2 臺(tái)盾構(gòu)機(jī)到達(dá)后只能采用棄殼洞內(nèi)拆解。

拆除連接橋及1#～6#拖車頂部的皮帶輸送機(jī)、風(fēng)機(jī)、風(fēng)筒起吊架并通過電瓶車運(yùn)到至反向隧道，最后再通過平移通道轉(zhuǎn)運(yùn)至盾構(gòu)井吊出。然后拆除油缸、拼裝機(jī)、螺旋機(jī)、人倉、主驅(qū)動(dòng)等散件后運(yùn)送至盾構(gòu)井口吊出。盾殼作為結(jié)構(gòu)永久留在隧道內(nèi)。

4 結(jié)語

異形鋼環(huán)補(bǔ)償盾構(gòu)側(cè)向始發(fā)技術(shù)在北京地鐵昌平線南延工程土建施工02 合同段學(xué)院橋站—西土城站盾構(gòu)區(qū)間得到了成功應(yīng)用，整體效果較好，正常掘進(jìn)過程中日最大掘進(jìn)量為20 環(huán)，平均日掘進(jìn)量為12 環(huán)。該項(xiàng)施工技術(shù)的應(yīng)用有效地解決了側(cè)向始發(fā)面與正線斜交的問題，開辟了盾構(gòu)始發(fā)的新模式，節(jié)約了工期，提高了經(jīng)濟(jì)效益。在日后為盾構(gòu)側(cè)向始發(fā)更廣闊的應(yīng)用提供了技術(shù)依據(jù)，推廣前景巨大。