軌道交通工程中的聯(lián)絡通道機械法頂管施工技術

摘 要：本文以鄭州市軌道交通12號線一期工程龍子湖西站——龍子湖站區(qū)間聯(lián)絡通道為主要研究對象，提出機械法頂管施工技術。施工過程主要包括頂管機始發(fā)、頂管機掘進、頂管機到達、施工測量與檢測四個階段。其中，機械法頂管施工關鍵工序主要包括進出洞、隧道防水、推進、監(jiān)控量測、填充注漿、管節(jié)拼裝、焊接作業(yè)；特殊工序包括隧道防水、填充注漿。工程實踐表明，鄭州市軌道交通12號線一期工程龍子湖西站——龍子湖站區(qū)間聯(lián)絡通道采用機械法頂管施工技術是成功的，相比傳統(tǒng)的施工技術，其具有施工周期短、環(huán)境影響小、機械化程度高以及無需對地層進行預加固等特點，值得在同類工程項目中推廣。

關鍵詞：鄭州市軌道交通；聯(lián)絡通道；機械法頂管施工文章編號：2095-4085（2024）03-0025-03

0 引言

聯(lián)絡通道機械法頂管施工作為一種新型工法，具有效率高、質量好、成本低以及機械化程度低等特點。聯(lián)絡通道開挖由頂管機完成，管片拼裝及反力系統(tǒng)位于始發(fā)隧道內，頂管機的始發(fā)和接收采用鋼套筒完成，整個施工過程風險小。同時，該工法還能有效避免傳統(tǒng)軌道交通工程施工環(huán)節(jié)的各類弊端和缺陷，是未來軌道交通工程工藝發(fā)展的主要趨勢。因此，研究軌道交通工程中的聯(lián)絡通道機械法頂管施工技術具有一定的現(xiàn)實意義。

1 案例概況

鄭州市軌道交通12號線一期工程龍子湖西站——龍子湖站區(qū)間聯(lián)絡通道以龍子湖西站起點，向東南方向下穿龍子湖，沿著平安大道敷設接入龍子湖站。區(qū)間隧道起終點里程為：左線DK20+129.55～DK21+296.955， 全長1167.405m； 右線DK20+129.55～DK21+297.816， 全長1168.266m； 于里程右線DK20+707.603及左線DK20+707.176處設置一座聯(lián)絡通道。區(qū)間線間距為13m，埋深13.5m，線路平面最小曲線半徑為1 000m，線路縱向為單向坡，最大縱坡為-5.136‰。區(qū)間采用盾構法施工，管片內徑5.5m， 外徑6.2m， 管片厚度0.35m。聯(lián)絡通道采用機械法施工，聯(lián)絡通道距離為13m，線路平面最小半徑為1 000m，最大縱坡為-5.136，管片內徑為5.5m， 外徑為6.2m， 管片厚度為0.35m，襯砌環(huán)管節(jié)厚250mm，外徑3 260mm，寬度900mm，管節(jié)的混凝土強度為C50，抗?jié)B等級為P10。

2 聯(lián)絡通道機械法頂管施工技術

2.1 機械法頂管施工技術原理

機械頂管法施工是一種基于土壓平衡原理的先進施工技術。它利用盾構機和頂管機進行挖掘作業(yè)，并配備專業(yè)的土體切削刀具。首先，按照施工組織設計的要求，將土體切削下來，然后將其送入盾構機的密封艙內。為確保施工順利進行，密封艙內的壓力需與土體的壓力保持一致。

盾構機切削刀盤的設計應為外突內凹型，刀盤可有效地應對始發(fā)和接收等作業(yè)面可能出現(xiàn)的凹凸面滑動的問題，以確保隧道內施工人員和機械設備的安全。此外，還需能根據(jù)工程項目的實際情況建立隧道施工內支撐體系，以此作為洞門始發(fā)支撐體系。

始發(fā)作業(yè)主要采用全套筒和半套筒作業(yè)方式，根據(jù)盾構機的轉換模式，對始發(fā)和接收作業(yè)進行全程管理。這樣可以確保隧道在挖掘過程中始終處于全封閉狀態(tài)［1］。

聯(lián)通通道防水設計需要全面考慮以下五個關鍵要素：（1）不同區(qū)間之間在聯(lián)通通道中的防水。（2）管片襯砌結構防水。（3）套筒始發(fā)和接收時的防水。（4）工程項目在建設過程中的工序防水。（5）洞門防水。

2.2 機械法頂管施工技術要點

2.2.1 機械設備吊裝

本工程項目機械設備主要包括聯(lián)絡通道頂管機、電瓶車、始發(fā)套筒、接收套筒、超級電容、汽車吊、管節(jié)運輸車、砂漿運輸車、渣土車、土方運輸車、二次注漿設備、2級配電柜、3級配電柜和電焊機。機械設備吊裝作業(yè)要嚴格按照施工組織設計要求進行。

2.2.2 始發(fā)及推進

（1）在施工現(xiàn)場，當主機和套筒進行連接時，應確保它們能夠與盾構機一同被運輸?shù)绞┕に淼赖亩纯凇?/p>

（2）合理控制盾構機在使用過程中的運行速度，確保套筒與盾構機同時作業(yè)，在隧道洞口的位置焊接一定數(shù)量的套管，采用對稱焊接法，嚴格控制焊接質量，并須將焊縫控制在1cm的誤差范圍內。

（3）所有焊接任務完成后，要使其在自然環(huán)境下冷卻，完全冷卻后即可進行頂進作業(yè)。

（4）將油脂緩慢地注入事先預留的油脂孔內，完全注滿即可。

（5）將膨潤土注入套筒前端的孔內，孔內的壓力應當大于計算得出的土壓力，須安派專業(yè)人員仔細檢查套筒的密封性，保證套筒不出現(xiàn)泄露問題。

（6）建立頂升系統(tǒng)體系，根據(jù)實際情況調整油缸壓力。

（7）測量人員應反復測量套筒的軸線，嚴格控制套筒姿態(tài)。

2.2.3 推進和接收

（1）姿態(tài)的測量。盾構機頂進管片位置時，須安排專人仔細記錄套筒的姿態(tài)，并根據(jù)套筒的姿態(tài)確定盾構機的各項技術參數(shù)。

（2）洞門的處理。接收洞門與始發(fā)洞門處理方式有諸多相似之處，先需要對洞門進行整體的加固，然后再將套筒和管片焊接在一起。

（3）安裝接收裝置。接收裝置的安裝應當在套筒內完成，使用運輸車輛將套筒運輸至場地附近，嚴格控制接收裝置安裝流程，待接收裝置安裝完畢之后，注入適量的清水檢查套筒的密封性，如果套筒完全密封，倒出清水，待其干燥后在套筒內注入經(jīng)過改良后的改良土。

（4）直至刀盤完全頂進管片后，套筒內的壓力隨之下降，如果無法控制出土量，還需要在接收端的后方?？恳惠v智能保壓車，并注入一定數(shù)量的膨潤土，以確保套筒內的壓力能與外界土體的壓力保持一致［2］。

（5）補強注漿。盾構機全部頂進套筒后，洞門和管片形成閉環(huán)模式，泥漿容易進入軌道中，此時就需要對洞門的土體進行加固，再次保證套筒的密封性。

設計人員在具體的設計工作中，對于進洞和出洞的位置需要分別設計兩個環(huán)形管片，每個環(huán)形管片上必須要有十個注漿孔，接著對洞門進行二次注漿，注漿完畢之后，立即對其進行止水試驗，要確保其不發(fā)生滲水、漏水問題。

2.2.4 正、負管管環(huán)脫離及機械設備離場

（1）在不同的管片之間設置一個臨時支座，配置與臨時支座相適應的千斤頂。

（2）擰開管片的螺栓，將油缸收回，借助臨時支座和千斤頂頂力，將套筒完全拆除，使得正管環(huán)與負管環(huán)完全分離。

（3）待二者全部分離之后，將套筒拆除，再將套筒、管環(huán)使用運輸車輛運送至吊車井口的位置。

（4）將正管環(huán)和負管環(huán)使用運輸車輛運送至洞外，將吊帶穿入其中，再將其運送至吊車井口，即完成了對正、負管管環(huán)的完全脫離。

2.2.5 洞門施工

（1）洞門鋼板采用環(huán)向焊接。環(huán)向焊接法可有效提高洞門的力學強度，降低因焊接不牢固導致的滲漏問題產(chǎn)生。

洞門鋼板由2層組成，第1層鋼板厚5cm，用來堵水；第2層鋼板厚20mm，用來保證焊縫質量。

（2）環(huán)氧樹脂堵漏。焊接全部完成后，如果焊縫位置依然存在滲漏問題，可使用適當比例的環(huán)氧樹脂進行堵漏。

（3）洞門施工鋼筋綁扎。洞門施工的鋼筋采用PB3000或者HRB400鋼筋，要根據(jù)工程項目的實際情況合理控制鋼筋的數(shù)量，將骨架指定數(shù)量的鋼筋焊接在一起，使其固定。

（4）洞門位置混凝土澆筑。洞門位置混凝土澆筑應當使用規(guī)格為C40的混凝土，且抗震等級必須為P10。

2.2.6 頂推過程參數(shù)控制

（1）為合理控制推進軸線，減少和降低在推進過程中對于刀盤和刀具的磨損程度，推進應當勻速緩慢進行。

（2）在刀盤刀具中注入適當比例的膨潤劑，膨潤劑可有效吸收刀盤在運行過程中產(chǎn)生的熱量，延長刀具和刀盤的使用壽命。

（3）接通電源，啟動頂管機。檢查千金頂，初始推進過程中應勻速緩慢進行，每掘進一環(huán)，要根據(jù)實際情況適當降低頂管機波動。

（4）頂管作業(yè)中，要及時調整盾構機的姿態(tài)，確保以正確的姿態(tài)進行掘進施工［3］。

（5）始發(fā)環(huán)節(jié)，要合理控制頂管推力、扭矩。推力和扭矩的控制應在盾構機可以承受的范圍之內，以確保其扭矩小于或者等于頂管機臺車的反扭矩。

（6）各個班組的施工人員應當嚴格按照施工組織設計要求進行施工，并統(tǒng)一按照信號工的指令，杜絕違規(guī)施工行為。

（7）根據(jù)監(jiān)測獲得的數(shù)據(jù)信息，要及時調整各項技術參數(shù)，技術參數(shù)的變更需要經(jīng)過技術主管簽字同意。

（8）掘進過程中應當嚴格控制軸線，一旦發(fā)現(xiàn)誤差必須進行及時的糾偏。

（9）嚴格控制掘進過程中渣土的數(shù)量，避免土體超挖。

聯(lián)絡通道機械法頂管施工工藝流程（見圖1）。

3 安全與質量保障措施

3.1 安全保障措施

（1）施工之前須進行嚴格的機械設備安全技術交底。

（2）機械設備的使用，特別是在大型機械設備的使用過程中，要遵循一機一人制度。作為機械設備的操作人員，要能盡快熟悉和掌握機械設備的性能特點，正確合理的使用機械設備，禁止使用鋒利的錘子敲打設備。

（3）所有的機械設備操作人員在上崗之前，必須經(jīng)過專業(yè)的安全與教育培訓，并經(jīng)考試合格取得資格證書后，方可上崗。

（4）在機械設備不使用時，要在指定地點存放，并使用篷布遮蓋，以減少風吹日曬對機械設備造成的損傷。

3.2 質量保障措施

（1）施工現(xiàn)場實行嚴格的安全生產(chǎn)管理制度，無論是機械設備還是施工材料均應當停放在指定的位置。

（2）機械設備和施工材料的使用。相關人員應嚴格遵守企業(yè)中指定的各項機械設備操作制度，要對機械設備進行定期的檢查、維護和保養(yǎng)，以避免機械設備帶病和超負荷工作。

（3）機械設備應停放在施工現(xiàn)場指定的區(qū)域，安派專人進行管理。

（4）使用前，須確認機械設備是否安全可靠。

（5）當頂管安裝、調試結束并一切正常后，進入始發(fā)狀態(tài)。

（6）頂管機始發(fā)時應緩慢推進。

（7）始發(fā)托架導軌必須始終保持順直，根據(jù)工程項目的實際情況合理控制標高、距離和軸線，以確保基準面和中心線垂直［4］。

（8）防止頂管旋轉。頂管機進入洞門時，正面切削混凝土管片，管片強度較高，由于頂管機與地層相互之間不會產(chǎn)生摩擦，頂管機特別容易旋轉，需要采取針對性的措施，防止頂管旋轉。

（9）頂管靠上土體后，開始穿越注漿加固區(qū)。

4 結語

綜上所述，聯(lián)絡通道機械法頂管施工技術是近年來被廣泛應用的一種新型的施工技術，其在鄭州市軌道交通12號線一期工程龍子湖西站——龍子湖站區(qū)間聯(lián)絡通道中的應用，具有施工周期短、環(huán)境污染小、機械化程度高以及無需對地層進行預加固等優(yōu)勢。此外，我國軌道交通工程聯(lián)絡通道機械法頂管施工技術現(xiàn)已積累了豐富的施工經(jīng)驗，值得在地鐵、管廊、深埋污水隧洞等工程中推廣應用。

參考文獻：

［1］劉航軍，曹振生，劉宗志，等.頂管隧道施工環(huán)境影響研究［J］.施工技術，2017（1）：89-90.

［2］趙玉紅.過街通道近距離上穿既有地鐵區(qū)間隧道的數(shù)值分析［J］.城市道橋與防洪，2015（11）：42-43.

［3］吳華君，魏綱.近距離雙線平行盾構施工引起的土體沉降計算［J］.現(xiàn)代隧道技術，2014（2）：11-13.

［4］魏綱，余振翼，徐日慶.頂管施工中相鄰垂直交叉地下管線變形的三維有限元分析［J］.巖石力學與工程學報，2004（15）：80-81.