盾構穿越暗挖風道施工技術分析

黃士杰

（中鐵十九局集團軌道交通工程有限公司，北京 101300）

盾構穿越暗挖風道施工技術分析

黃士杰

（中鐵十九局集團軌道交通工程有限公司，北京 101300）

地鐵施工采用盾構技術施工過程中，由于暗挖風道跨度比較小，作業(yè)空間相對來說也較小，增加了盾構二次始發(fā)、盾構穿越姿態(tài)控制的難度，進而導致施工風險增加。以實際工程為例，分析和探討地鐵盾構穿越暗挖風道的施工技術。

盾構技術；暗挖風道；地鐵施工

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.12.46

0 工程概況

某隧道工程總長度4100 m，穿越地層主要為粉土層，水位相對來說比較高，盾構隧道的外徑為6 m，盾構隧道的內(nèi)徑5.4 m，設計使用Φ6250mm土壓平衡盾構機進行施工，主機長度8.3 m。風道使用雙層暗挖風道，風道寬度5.8 m，風井中凈空尺寸為5.0 m×7.2 m。

1 施工難點分析

風道穿越施工中有5大難點：①對1號風道的寬度進行測量得知其凈寬度值5.8 m，而盾構機的主體長度達8.3 m，在作業(yè)時如何保證盾構機的運行很關鍵，若盾構機的出洞方式控制不到位，會使得盾構機在風道內(nèi)很難有效調整，給風道內(nèi)部構造造成一定的影響，因此應引起相關人員的重視。②由于風道內(nèi)空間有限，如若處理不當，會造成反力架安裝困難。③風道內(nèi)光線陰暗，空間較窄，這也給負環(huán)拆除工作帶來了極大的難度。④施工中地鐵盾構在穿越暗挖風道時，若控制不到位會造成風道變形等不良現(xiàn)象的發(fā)生，影響施工進度的實施。⑤對于地鐵盾構來說，在暗挖風道施工中，風道的環(huán)梁部位是主要承受外力的區(qū)域，隨著應力的不斷增加，風道兩邊的環(huán)梁也會不斷發(fā)生變化，且左邊的環(huán)梁應力總是比右邊的環(huán)梁應力值要大。因此必須嚴格按照施工方案的要求，選擇恰當?shù)奈恢米鳛榘低陲L道環(huán)梁的修建區(qū)域[1]。

2 施工方法選擇

為了提高施工效率，保障施工各個階段的安全、有序實施，施工單位組織專業(yè)人員在施工前結合工程特征，對盾構穿越風道中的各種方法進行比對分析，如表1所示。

表1 風道穿越施工方法對比

一般而言，風道穿越主要分為2種類型，一種是盾構先穿越風道結構后施工，這種類型的優(yōu)點是有助于盾構施工的順利開展，但美中不足的是施工中風險等級較高，若發(fā)生疏漏后期修補難度非常大[2]。另一種是先施工再進行穿越風道結構，這種類型的風道穿越方式優(yōu)點是施工中可控性較強，可直接在風道內(nèi)完成盾構刀盤等的維修與更換工作，可靠性很強。不足之處主要表現(xiàn)在盾構姿態(tài)較難控制。通過對2種風道的穿越方式進行比對分析，最終選擇第二種作為穿越風道的實施方式。由于盾構隧道與風道底板之間存在一定的高差，因此在進行盾構穿越前，施工人員必須將其進行填平處理。施工中所選擇的盾構機自身重量達300 t，應注意選擇合適的填平材料[3]。

經(jīng)過綜合比對分析后，施工單位決定采用型鋼基座，嚴格根據(jù)盾構接收與二次始發(fā)進行施工的有效控制，直接使用風道南側現(xiàn)有的正式環(huán)管片與負環(huán)管片作為盾構機二次始發(fā)的反作用力源。

3 施工過程控制

3.1 施工流程

施工單位經(jīng)過協(xié)商后，采用“風道結構先施工、盾構機后穿越”的施工方法，并將型鋼盾構接收基座安裝在風道內(nèi)，完全根據(jù)一次到達與一次始發(fā)的標準要求，做好施工的有效控制工作。盾構機的反推力主要通過風道南側現(xiàn)有的隧道與負環(huán)管片提供。待盾構隧道全部打通后，應及時將負環(huán)管片等臨時裝置拆除。

為了節(jié)省材料，減少供水管、污水管等設備的用量，施工人員在盾構穿越風道掘進80 m時，確保后備臺車全部進入到北側隧道內(nèi)后，將冷卻塔、空壓機等設備移動到風井處。此外，為了便于施工，還應在風道內(nèi)設置行人通道。

3.2 型鋼機座制作及安裝

施工人員對風道的寬度進行測量，得到凈寬度為5.8 m，結合工程特征以及施工中的相關要求，將型鋼機座的尺寸確定為5.4 m×4.3 m。型鋼機座各部件的制作工作在工廠內(nèi)完成，各部件配備到位后運至風道內(nèi)，完成組裝工作。由于型鋼機座對角線長度6.9 m，遠大于風道的實際寬度，倘若將型鋼機座整體運入風道內(nèi)，風道內(nèi)條件有限，轉體難度較大，因此應將型鋼機座進行合理分塊后再運至風道內(nèi)。

3.3 負環(huán)拼裝風道

風道內(nèi)負環(huán)拼裝如圖1所示，從圖1中可看出，共有拼裝負環(huán)管片5環(huán)，且都采取通縫拼裝，隧道正上方是封頂塊區(qū)域。由于事先在整環(huán)負環(huán)與開口環(huán)之間安裝有臨時支撐鋼環(huán)，因此在負環(huán)拆除時應先拆除臨時支撐鋼環(huán)。待二次始發(fā)端的首個整環(huán)負環(huán)脫離盾尾后，應及時安裝開口環(huán)鋼支撐，結合實際情況判斷是否需施加預應力。將開口環(huán)鋼與端頭鋼板焊接牢固，并使用短弧形螺栓將已拼裝完成的混凝土環(huán)片與環(huán)形鋼板加以固定。對型鋼與托架上導軌之間存在的縫隙可使用楔子進行填充，提高其牢固性。

圖1 風道內(nèi)負環(huán)拼裝示意圖

3.4 二次始發(fā)控制

（1）嚴格根據(jù)常規(guī)的控制方法對二次始發(fā)初始掘進進行控制。施工人員要注意在開口環(huán)鋼支撐未安裝前，盾構機上半部千斤頂是絕不能使用的，否則會影響施工的順利實施[4]。在盾構始發(fā)前，需對風道內(nèi)進行徹底檢查，將雜物清理干凈。盾構掘進時刀盤與掘削土面距離（30～40）cm時開始轉動，為了確保掘進工作的順利開展，可加入一定的潤滑材料比如膨潤土液等。

（2）當盾構機刀盤達到土壓加固區(qū)時，應對土壓力值進行嚴格控制，待盾構機刀盤與土體加固區(qū)外側距離（2～3）m時，應適當抬高刀盤，使其作用于主動土壓力。

3.5 負環(huán)拆除

由于1號風道負環(huán)在拆除時無可用的吊點，因此施工人員需在風道二襯結構澆筑時安裝預埋件，并焊接起重橫梁。預埋件分別安裝在如下幾個區(qū)域：風道一層的側墻上安裝8塊800mm×600mm的預埋件，南北兩側墻上分別安裝四塊。起重橫梁焊接在南北兩側墻上各4根，選擇型號為I30B的工字鋼作為起重橫梁的組成材料。為了防止負環(huán)拆除中的不當操作，出現(xiàn)負環(huán)斜拉等現(xiàn)象，施工人員可在每根起重橫梁上安裝5 t的滑車，在滑車下方安裝工字鋼移動橫梁，要確保滑車與移動橫梁之間連接的牢固性。此外，還應在移動橫梁上安裝重達10 t的手拉起重葫蘆，主要用來拆除負環(huán)的吊點。

3.6 做好出洞處理

為提高風道施工的效率，在盾構機進入風道剛露出刀盤后，操作人員應立即進行停機操作，對盾構機的中線進行準確的測量與科學的定位，還要對風道的土體有一定的了解。根據(jù)測量所獲取的數(shù)據(jù)進行分析后，完成盾構機的接收座的安裝工作。要注意在正常安裝中若發(fā)現(xiàn)盾構機的刀盤達到洞口鋼環(huán)部位時，應立即中止施工，以免影響施工效果[5]。此外，還要做好盾構機與混凝土間縫隙的有效處理工作。

4 結束語

在進行地鐵盾構施工過程中需從暗挖風道通過時，要求盾構機主體長度超出風道寬度，由于盾構機自身比較重，作業(yè)空間很小，在穿越時盾構姿態(tài)產(chǎn)生誤差后沒有辦法進行調整，因此選擇易操作、可靠的施工方法來對施工風險進行規(guī)避。在測算施工成本時，工程持續(xù)進行了8個月的掘進施工，在規(guī)定期限內(nèi)完工，施工成本大幅降低，證明采用的施工方法科學合理。研究都非常有價值。

［1］JGJ 33—2012，建筑機械使用安全技術規(guī)程［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

［2］JG/T 100—1999，塔式起重機操作使用規(guī)程［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1999.

［3］GB 50446—2017，盾構法隧道施工及驗收規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2017

［4］張鳳祥，朱合華，傅德明.盾構隧道［M］.北京：人民交通出版社，2004.

［5］郭棟.北京地鐵盾構隧道近接施工技術研究［D］.北京：北京交通大學，2008.

TU94

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〔編輯 利 文〕