盾構隧道先盾后井技術在雨污水工程中的應用

文/林騰飛 日照公路建設有限公司 山東日照 276800

高慧婕 日照市城市建設投資集團有限公司 山東日照 276800

伴隨著城市規模的擴大，隧道工程也得到了迅速的發展。為了盡量減少隧道工程建設中對地面交通的影響，以北京為例，隧道通常采用淺埋暗挖法進行施工。雖然淺埋暗挖法有諸多優點，但是在地下水豐富的地區施工時需要降水，并輔以注漿堵水。與淺埋暗挖法相比，盾構法由于無需降水，在地下水豐富、地層環境條件較差的區域有很大的優越性。目前，盾構法以其安全、高效、適用性好等優點已經在城市地鐵、電力、供水、通訊等建設中廣泛應用，并且積累了豐富的經驗。由于工藝的要求，需要間隔一定的距離設置檢查室。因此，如果采用先井后盾工法先施工檢查室，再進行盾構施工，豎井眾多，導致施工周期長，造價高昂。在充分借鑒國內外地鐵施工中盾構先行基礎上進行擴挖施工的案例、，引入先盾后井的施工方案，即盾構隧道連續掘進，在盾構通過后再開挖豎井，拆除豎井內盾構管片，完成檢查室的施工。對于先盾后井工法，由于施工中需要在已經建成隧道中拆除相應的管片，如果處理不當，則會造成端頭管片位移過大，引起較大的環縫張開或者錯動，會對之后隧道管道的運營造成嚴重的安全隱患。

1、盾構法在雨污水工程中的優勢

盾構法在雨污水工程中的優勢主要是：盾構法由于具有低沉降、低風險、占地少、不用降水等優勢已經在北京雨污水管道中得到推廣，近幾年在國內其他給排水工程、水利工程中也陸續得到了推廣應用。盾構法可以降低工人的勞動強度，改善作業環境，提高生產效率；采用盾構法施工可最大程度地保護城市自然環境，節約地下水資源，減少交通堵塞和擾民，社會效益顯著，應用前景廣泛。

2、檢查井先盾后井做法在施工過程中的特殊之處

檢查井先盾后井做法在施工過程中的特殊之處主要是：先盾后井的做法是，當受到條件限制時，待盾構隧道掘進后，再開挖基坑施作檢查井結構。從結構上講，該施工做法保證了盾構掘進的連續性、結構整體穩定性和施工安全性。從整體施工籌劃及施工步序等方面考慮，先盾后井與先井后盾的不同之處為：1）先井后盾：先完成檢查井結構，再進行洞口端頭加固，然后施作盾構進出洞、增加檢查井內基座、井內負環、盾構整體過井等工序；2）先盾后井：先不做檢查井，盾構正常推進后再施作檢查井。先盾后井做法避免了先井后盾的所有工序。但后續檢查井基坑中間存在現況盾構隧道，需要面對基坑開挖、支護、盾構隧道支撐、檢查井結構澆筑等一系列技術問題。

3、先盾后井工法盾構隧道受力特征分析

3.1 豎井施工過程盾構隧道受力特征

先盾后井工法盾構隧道受力特征之一是豎井施工過程盾構隧道受力特征。豎井開挖卸荷導致下臥盾構隧道產生上抬變形，在隧道隆起過程中，位于豎井邊緣的管片受到彎矩作用。基于縱向等效連續化模型和彈性地基梁理論，建立盾構隧道縱向分析模型，計算此階段的環縫張開情況。

3.2 管片拆除過程盾構隧道受力特征

先盾后井工法盾構隧道受力特征之二是管片拆除過程盾構隧道受力特征。豎井開挖到盾構隧道處將對豎井內管片進行拆除。此時臨近豎井側端頭管片臨空，在隧道軸向上處于單向受力狀態，由于盾構管片之間殘存的擠壓力釋放，導致隧道環縫的二次張開。管片環縫先是在盾構推力及螺栓預緊作用下閉合，隨后拆除管片，卸除管片之間的殘余頂力，管片再次張開。假設千斤頂殘余頂力為N，管片拆后殘余頂力釋放，在彈性階段，可將此部分力視為作用于隧道上的拉應力。

4、盾構隧道先盾后井技術在雨污水工程中的應用

4.1 豎井開挖與支護施工

盾構隧道先盾后井技術在雨污水工程中的應用之一是豎井開挖與支護施工。首先鎖口圈梁盾構通過變形穩定后，即可開挖第1 層土至鎖口圈梁底部，施作鎖口圈梁及擋土墻。預埋鋼格柵豎向拉結筋，內外交錯設置。其次是盾構交叉部分施工當豎井下挖至與盾構隧道交叉時，采用異形漸變鋼格柵加固。清理管片表面，在管片上植入4 根覫20mm 的螺紋鋼筋，將鋼筋與鋼格柵的4根主筋進行焊接；在隧道兩側各設置6 覫20mm洞口加固豎向拉結鋼筋，使隧道周圍的鋼格柵相互拉結形成整體，然后再進行掛鋼筋網、噴射混凝土施工。該區域只安裝45°角撐2，進行0.5m的加密布置，在管片上鉆孔時，應事先在鉆頭上標注好鉆孔深度，避免鉆孔過深而鉆穿管片。

4.2 管片上蓋拆除和流槽澆筑

盾構隧道先盾后井技術在雨污水工程中的應用之二是管片上蓋拆除和流槽澆筑。混凝土達到設計強度75%后，進行管片拆除工作，以隧道中心高程線為拆除界限。隧道拆除前做好管片的保護工作，必要時可進行加固。管片采用水鉆進行分塊切割拆除，拆除面進行修整和鑿毛處理，拆除管片后，支模板澆筑流槽上部混凝土至與管內頂齊平，混凝土強度等級為C15。該做法保留了180°管片作為流槽的下半部分，既減少了管片的拆除量，又能保持盾構隧道整體的軸向擠壓力，防止隧道管片因擠壓松弛導致的防水膠條松弛漏水。

結語：

總之，熱力盾構隧道檢查室施工過程中，隧道軸向應力變化及環縫張開分為兩個階段：豎井開挖及管片拆除。豎井開挖階段，隧道受附加應力作用，底部軸向應力減小，環縫張開；管片拆除階段由于管片一側臨空，盾構千斤頂殘余頂力釋放，導致隧道頂部軸向應力損失及環縫張開。施工中，應根據隧道受力特性在不同的施工階段對隧道軸向應力損失最大部位重點監測防護。