垂直凍結(jié)-蒙推過(guò)站穿越區(qū)間風(fēng)井盾構(gòu)隧道施工技術(shù)研究

摘""要：由于施工環(huán)境及周邊區(qū)域條件的限制，盾構(gòu)穿越風(fēng)井存在一定難度。依托某軌道交通工程，提出了垂直凍結(jié)-蒙推過(guò)站穿越區(qū)間風(fēng)井施工技術(shù)，重點(diǎn)介紹了工藝原理和工藝流程，包括端頭加固、鋼環(huán)安裝、混凝土導(dǎo)臺(tái)澆筑、洞門(mén)鑿除、風(fēng)井回填、孔洞封堵、盾構(gòu)機(jī)到達(dá)中間風(fēng)井施工、洞門(mén)封堵、渣土清理、負(fù)環(huán)拆除等。經(jīng)實(shí)踐表明，施工工期由原先的62d縮短到37d，從根本上解決了盾構(gòu)穿越區(qū)間風(fēng)井的技術(shù)難題，保證了施工順利完成。

關(guān)鍵詞：蒙推過(guò)站""垂直凍結(jié)""盾構(gòu)""風(fēng)井

中圖分類(lèi)號(hào)：U452.13;U231.3

Research"on"Construction"Technology"of"Vertical"Freezing-Mengtui"Station"Crossing"Section"Air"Shaft"Shield"Tunnel

DENG"Lin""LIU"Tao""ZHAO"Xinwen""KANG"Pengcheng""YU"Debao

Jiangsu"CRRC"Urban"Development"Co.，"Ltd.，Wuxi，"Jiangsu"Province，"214104"China

Abstract："Due"to"the"limitations"of"the"construction"environment"and"surrounding"regional"conditions，"it"is"difficult"for"the"shield"to"cross"the"air"shaft."Relying"on"a"rail"transit"project，"a"vertical"freezing-mengtui"station"crossing"section"air"shaft"technology"is"proposed，"and"the"process"principle"and"process"flow"are"mainly"introduced，""including"end"reinforcement，"steel"ring"installation，"concrete"guide"pouring，"tunnel"door"chiseling，"air"shaft"backfilling，"hole"plugging，"shield"machine"reaching"the"middle"air"shaft"construction，"tunnel"door"plugging，"residue"cleaning，"and"negative"ring"removal."Practice"has"shown"that"the"construction"period"is"shortened"from"the"original"62"days"to"37"days，"fundamentally"solved"the"technical"problem"of"shield"crossing"the"air"shaft"and"ensured"the"smooth"completion"of"the"construction.

Key"Words："Mengtui"station"crossing;"Vertical"freezing;"Shield"machine;"Air"shaft

盾構(gòu)法具有施工安全性高、施工效率高、對(duì)周?chē)h(huán)境影響小、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，在地下空間建設(shè)中廣泛使用[1-2]。但在水文地質(zhì)條件復(fù)雜的環(huán)境中，盾構(gòu)始發(fā)或接收的過(guò)程仍易發(fā)生坍塌、滲漏等問(wèn)題。我國(guó)許多學(xué)者對(duì)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行過(guò)研究。姚燕明等人[3]通過(guò)法蘭和螺栓可拆解式連接盾構(gòu)各部分，避免了常規(guī)切割焊接對(duì)盾構(gòu)的損傷；張力軍等人[4-5]基于夾軌系統(tǒng)、鋼套筒對(duì)盾構(gòu)空推過(guò)站進(jìn)行了研究；蔡龍[6]基于昆明市軌道交通5號(hào)線(xiàn)介紹了先隧后站法施工技術(shù)；李自力等人[7]對(duì)“先井后隧”施工過(guò)程用Flac3D軟件模擬，發(fā)現(xiàn)可以有效控制周邊地表沉降；楊志豪等[8]討論了3種過(guò)站方法的優(yōu)缺點(diǎn)與適用條件，并提出在建設(shè)過(guò)程中應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際合理調(diào)整工程籌劃，修正過(guò)站方式。

依托某工程，本文闡述了一種因施工環(huán)境受限盾構(gòu)快速、安全穿越中間風(fēng)井的技術(shù)，可為今后類(lèi)似工程提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

1""工程背景

依托工程為江陰外灘站～中山公園站盾構(gòu)區(qū)間，盾構(gòu)掘進(jìn)到中間風(fēng)井站內(nèi)過(guò)站后二次始發(fā)。中間風(fēng)井施工場(chǎng)地可用區(qū)域狹小，且風(fēng)井周邊主要地表水為百花園景觀(guān)池塘，池底標(biāo)高約5.55"m，路面標(biāo)高約6.48"m。江陰地區(qū)降雨主要集中在6—9月份，在此期間，地下水位一般最高。采用常規(guī)的盾構(gòu)過(guò)風(fēng)井施工技術(shù)，易發(fā)生洞門(mén)涌水涌砂事故。最重要的是，中間風(fēng)井工期緊張，無(wú)施工水泥系加固條件，開(kāi)發(fā)新技術(shù)使盾構(gòu)在計(jì)劃工期內(nèi)過(guò)風(fēng)井迫在眉睫。

2""工藝原理

盾構(gòu)過(guò)風(fēng)井主要分為以下幾個(gè)階段：端頭加固施工（冷凍法施工）、接收準(zhǔn)備施工、盾構(gòu)接收施工、風(fēng)井內(nèi)過(guò)站、盾構(gòu)二次始發(fā)。首先在盾構(gòu)接收前在風(fēng)井內(nèi)施做導(dǎo)臺(tái)，然后在風(fēng)井內(nèi)回填。按照盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)間安排端頭凍結(jié)加固和洞門(mén)鑿除時(shí)間，然后拔出冷凍管，冷凍管拔出后開(kāi)始盾構(gòu)接收。待盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)至風(fēng)井內(nèi)，對(duì)洞門(mén)進(jìn)行封堵，然后盾構(gòu)機(jī)風(fēng)井內(nèi)推進(jìn)二次始發(fā)，并做好始發(fā)洞門(mén)封堵加固。

3""工藝流程

3.1""端頭加固

區(qū)間中間風(fēng)井北端頭采用垂直冷凍加固，設(shè)計(jì)采用三排凍結(jié)孔凍結(jié)壁厚度≥3.0"m，板塊范圍為隧道左右各3"m、上下各2.65"m，凍結(jié)壁為III類(lèi)，凍土平均溫度≤-10"℃，凍結(jié)壁與墻體交界處平均溫度≤-5"℃，鹽水總?cè)タ偦販夭睢?"℃。施工中使用的凍結(jié)管與常規(guī)凍結(jié)管有所不同，進(jìn)液口設(shè)置在管結(jié)構(gòu)的外邊緣，出液口設(shè)置在中間位置，巧妙的空間設(shè)計(jì)有利于充分發(fā)揮鹽水的低溫凍結(jié)特性，提高凍結(jié)效果；上部非凍結(jié)段的保溫材料層減少了不必要冷量的散失，而下部?jī)鼋Y(jié)段的鹽水環(huán)狀囊袋在成孔后與凍結(jié)管同步下放，利用鹽水凝固點(diǎn)和熔點(diǎn)較低的特性，管內(nèi)加熱后可使囊袋內(nèi)鹽水快速融化，固態(tài)轉(zhuǎn)液態(tài)后體積減小，凍結(jié)管四周松動(dòng)，便于盾構(gòu)機(jī)截面范圍內(nèi)凍結(jié)管的快速拔除，具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

凍結(jié)站安裝與鉆孔施工同時(shí)進(jìn)行，鉆孔施工結(jié)束即可轉(zhuǎn)入凍結(jié)器安裝階段，然后再對(duì)土體進(jìn)行加固凍結(jié)運(yùn)轉(zhuǎn)。凍結(jié)施工流程：孔位放樣→凍結(jié)孔鉆進(jìn)→凍結(jié)器安裝→開(kāi)機(jī)積極凍結(jié)→凍結(jié)效果達(dá)到設(shè)計(jì)條件→盾構(gòu)接收措施安裝到位，鑿除圍護(hù)結(jié)構(gòu)→盾構(gòu)機(jī)截面范圍內(nèi)垂直凍結(jié)管拔除→盾構(gòu)機(jī)穿過(guò)凍結(jié)壁→盾構(gòu)機(jī)接收完成→凍結(jié)壁解凍并融沉注漿。

3.2""鋼環(huán)安裝

在鋼環(huán)安裝前應(yīng)在地面進(jìn)行試拼裝，對(duì)洞門(mén)鋼環(huán)的直徑、寬度及圓度進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢核，確保與圖紙尺寸無(wú)誤后進(jìn)行安裝。盾構(gòu)機(jī)在吊裝下井前，需對(duì)地面導(dǎo)線(xiàn)、高程進(jìn)行聯(lián)系測(cè)量，并對(duì)洞門(mén)鋼環(huán)中心、結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)測(cè)，托架安裝將根據(jù)洞門(mén)復(fù)測(cè)實(shí)際結(jié)果進(jìn)行控制，預(yù)埋鋼環(huán)制作精度直徑允差為20"mm，安裝誤差為±10nbsp;mm。

3.3""混凝土導(dǎo)臺(tái)澆筑

導(dǎo)臺(tái)截面形狀與盾構(gòu)機(jī)外殼類(lèi)似，半徑同盾構(gòu)機(jī)切口環(huán)半徑，弧形導(dǎo)臺(tái)采用C25混凝土澆筑。

3.4""洞門(mén)鑿除

洞門(mén)采用人工鑿除，共分兩次鑿除，如圖3所示。第一次鑿除時(shí)采用垂直從上至下、先中間后兩側(cè)的順序進(jìn)行。第二次鑿除采用由下至上分段鑿除的方式。具體流程如下：鑿除最外側(cè)鋼筋保護(hù)層（第一次鑿除）→第一階段混凝土鑿除→第一層土方回填→第二階段混凝土鑿除→第二層土方回填→第三階段混凝土鑿除→第三層土方回填。

3.5""風(fēng)井回填

在穿越前，需將負(fù)四層結(jié)構(gòu)內(nèi)部的水抽干，等洞門(mén)完全被破除后實(shí)施土方回填施工，將其負(fù)四層結(jié)構(gòu)用粉土和粉砂進(jìn)行回填。回填土方須性質(zhì)均勻，不含有雜質(zhì)，回填土方內(nèi)若含有雜質(zhì)則不易回填密實(shí)，回填前用挖機(jī)對(duì)土方進(jìn)行翻篩，將含有的渣土等清理干凈?；靥顣r(shí)在風(fēng)井四角預(yù)埋帶有注漿孔的注漿管，注漿管深度至風(fēng)井底板，每層粉砂土回填后，在風(fēng)井中板四角放置水泵，通過(guò)預(yù)留孔洞向風(fēng)井內(nèi)加水沖砂至回填密實(shí)，然后抽出多余積水，如圖4所示。

3.6""孔洞封堵

中板預(yù)留孔洞用2"cm鋼板進(jìn)行臨時(shí)封閉，鋼板與結(jié)構(gòu)中板縫隙采用預(yù)埋角鋼滿(mǎn)焊封堵。結(jié)構(gòu)孔洞四周預(yù)埋L50"mm角鋼，便于后期鋼板封孔焊接；延長(zhǎng)度方向預(yù)埋螺栓，便于后期鋼板背覆橫梁安裝（如圖5所示）。

3.7""盾構(gòu)機(jī)到達(dá)中間風(fēng)井施工

到達(dá)前需對(duì)隧道進(jìn)行測(cè)量，并對(duì)洞門(mén)進(jìn)行復(fù)測(cè)。盾構(gòu)機(jī)抵達(dá)前150"m處便要對(duì)盾構(gòu)姿態(tài)進(jìn)行加強(qiáng)，對(duì)隧道線(xiàn)形進(jìn)行測(cè)量。為方便后續(xù)管片拆除，過(guò)站范圍管片均采用通縫拼裝方式，將K塊均設(shè)置在隧道頂部。為保證管片整體連接質(zhì)量，管片拼裝好后，加強(qiáng)連接螺栓的緊固，并用高速氣動(dòng)扳手對(duì)連接件進(jìn)行復(fù)緊。

3.8""洞門(mén)封堵

盾尾離開(kāi)風(fēng)井后，利用雙液漿對(duì)管片壁進(jìn)行注漿，將洞門(mén)進(jìn)行封堵。掘進(jìn)完成后、二次注漿前，須同步向注漿管內(nèi)注入膨潤(rùn)土，以防注漿管發(fā)生堵塞。

3.9""渣土清理

土方清理施工前確認(rèn)洞門(mén)部分的封堵效果，結(jié)合回填砂土具備的高滲透性特征，在砂土被清理干凈前可以在風(fēng)井段已經(jīng)成型的隧道邊緣處設(shè)置簡(jiǎn)易形式的降水井點(diǎn)，實(shí)行抽水試驗(yàn)，結(jié)合抽水情況分析洞門(mén)部位的封堵效果，確保洞門(mén)被完全封堵后方可對(duì)井內(nèi)土方進(jìn)行清理。

3.10""負(fù)環(huán)拆除

先將上半部分渣土進(jìn)行清理，清理完成后，先拆除上半部分管片，再將下半部分管片分塊拆除。將最頂部K塊及鄰接塊吊裝孔打透，用特制吊具穿過(guò)吊裝孔，起吊鉤的作用，連接在手拉葫蘆的倒鏈上，手拉葫蘆固定于中板預(yù)埋?25"mm的吊環(huán)上。緩慢起倒鏈，使倒鏈處于拉直但管片不受拉力狀態(tài)，卸除環(huán)、縱向連接螺栓，依次拆除下半部分管片，拆除完成后放置于電瓶車(chē)上，水平運(yùn)輸至井口。

4""結(jié)語(yǔ)

1. 本技術(shù)已成功應(yīng)用于江蘇省無(wú)錫至江陰城際軌道交通工程項(xiàng)目，應(yīng)用后盾構(gòu)穿越區(qū)間風(fēng)井的施工工期由之前的62"d縮短至37"d，從根本上解決了盾構(gòu)穿越區(qū)間風(fēng)井的技術(shù)難題，保證了施工順利完成，具有良好的推廣應(yīng)用前景。
2. 采用梅花型布孔垂直凍結(jié)法，同步進(jìn)行安裝凍結(jié)站與鉆孔施工，鉆孔施工結(jié)束后隨即進(jìn)行土體凍結(jié)加固，加快了施工速度。
3. 采用蒙推過(guò)站穿越風(fēng)井技術(shù)，使用粉土與粉砂通過(guò)預(yù)留孔洞對(duì)風(fēng)井進(jìn)行回填，并對(duì)回填土灌水完成分層夯實(shí)，提高了回填密實(shí)度，盾構(gòu)蒙推穿越區(qū)間風(fēng)井，實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)二次始發(fā)，保證了盾構(gòu)穿越風(fēng)井的高效施工。

參考文獻(xiàn)

• 聶曉凱，張魯魯，張家樂(lè)，等.盾構(gòu)機(jī)滾輪式整體過(guò)站施工技術(shù)應(yīng)用分析[J].安徽建筑，2023，30（6）：31-33.
• 鄭康泰，岳銀鵬，尹躍峰，等.盾構(gòu)頻繁過(guò)站施工技術(shù)研究[J].建筑機(jī)械化，2021，42（12）：47-49.
• 姚燕明，胡新朋，李發(fā)勇，等.狹窄空間內(nèi)可拆解式盾構(gòu)過(guò)站施工技術(shù)及應(yīng)用：以寧波火車(chē)站為例[J].隧道建設(shè)（中英文），2020，40（7）：1035-1040.
• 張立軍.基于夾軌系統(tǒng)的盾構(gòu)快速空推過(guò)站施工技術(shù)[J].建筑機(jī)械化，2023，44（4）：32-35.
• 林成恕.盾構(gòu)機(jī)空推穿越既有地鐵車(chē)站施工技術(shù)研究[J].安徽建筑，2022，29（5）：152-155.
• 蔡龍.怡心橋站先隧后站法施工技術(shù)應(yīng)用[J].鐵道建筑技術(shù)，2021（10）：135-137，168.
• 李自力，潘旭東，趙香萍，等.富水粉細(xì)砂層“先井后隧”施工技術(shù)研究[J].現(xiàn)代城市軌道交通，2020（11）：54-60.
• 楊志豪，丁鵬飛，鄒光炯.重慶地鐵暗挖車(chē)站盾構(gòu)過(guò)站方式研究及實(shí)踐[J].隧道建設(shè)（中英文），2021，41（2）：267-273.