復雜條件下盾構(gòu)接收端加固與分體技術研究

趙 兵，孫海明

(中國聯(lián)合工程有限公司，浙江 杭州 310051)

0 引言

盾構(gòu)“分體始發(fā)”已非常多地應用于工程實踐，特殊條件下盾構(gòu)解體接收方式因涉及盾體解體后的運輸和恢復等一系列復雜問題，在國內(nèi)現(xiàn)行情況下尚無非常成熟的方案。李海等[1]詳細分析過封閉條件下盾構(gòu)拆機解體技術，田海波[2]詳細研究過復雜條件下盾構(gòu)接收技術，陳湘生[3]對凍結(jié)法在地下空間近接工程中的應用做了詳細分析，祝和意等[4]和劉典基[5]細致分析了水平凍結(jié)在盾構(gòu)進出洞中的應用，樊文虎等[6]設計并分析了盾構(gòu)端頭的水平凍結(jié)。本文在前人研究的基礎上，綜合分析在復雜建設條件下盾構(gòu)解體接收技術，以適應日前越來越復雜建設條件下，如在地面既有建筑物以下及接收端封閉條件下(適用情況)，盾構(gòu)安全接收、解體和運輸?shù)确矫娴膯栴}，為后期工程存在的相似問題提供借鑒。

1 工程概況

1.1 工程簡介

杭州機場軌道快線某區(qū)間定于蕭山機場站接收，蕭山機場站已隨先期工程一起建設并為盾構(gòu)接收預留了條件，機場快線北側(cè)為7號線、1號線3期工程，南側(cè)緊鄰快線隧道為機場新建航站樓基坑，機場站上方為新建T4航站樓，因工程籌劃、建設進度等各方面原因，待快線隧道抵達蕭山機場站接收時，快線北側(cè)7號線、1號線3期工程，南側(cè)航站樓基坑及位于蕭山機場站上方部分的T4航站樓地下室頂板，上方鋼結(jié)構(gòu)頂蓋均已完成施工(見圖1)。

圖1 蕭山機場站接收端平面關系示意

1.2 工程節(jié)點分析

1)蕭山機場站快線端先期施工加固體，因航站樓承臺基礎開挖，加固體整體性已破壞。

2)待快線盾構(gòu)接收時，位于蕭山機場站接收端正上方的地下室頂板及T4航站樓頂蓋已完成施工，現(xiàn)場已無降水條件，用于盾構(gòu)吊出的大型設備也無安裝條件。

3)快線范圍內(nèi)接收端隧道頂部范圍位于粉砂地層，水量較豐富，盾構(gòu)接收時蕭山機場站已被T4航站樓及配套工程全面覆蓋，北側(cè)1號線、7號線處于開通運營階段，應急搶險不具備條件。

基于以上分析，快線盾構(gòu)接收需考慮接收端補強加固及盾構(gòu)分體接收等問題。

2 加固體補強方案設計

2.1 工程問題

如圖2所示，蕭山機場站施工時隨土建工程一起實施的為后期快線盾構(gòu)接收時使用的端頭加固，采用φ850@600三軸攪拌樁加固，靠近車站端頭夾心層采用單排φ800@400三重高壓旋噴樁加固。因航站樓承臺開挖施工，局部已破壞，難以保證快線隧道接收時安全可靠(見圖2)。

圖2 接收端原加固方案與航站樓承臺關系示意

對比WSS，MJS等工法，均需輔以降水才能滿足盾構(gòu)接收時需要，考慮到待盾構(gòu)接收時，航站樓地下室頂板已封閉，7號線已開通運營等限制因素，場地內(nèi)已無降水條件，經(jīng)綜合比選，推薦采取地下水平凍結(jié)的方式進行補強加固，如圖3所示。

圖3 凍結(jié)加固示意

鑒于三軸攪拌樁加固已實施且加固體質(zhì)量較好(已取芯驗證)，航站樓承臺施工時將局部破壞已施工完成的三軸攪拌樁加固體；另外，左、右線洞門主要位于砂質(zhì)粉土夾粉砂、粉砂、砂質(zhì)粉土夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉砂層中，該土層為富水潛水層，以中密狀為主，在水動力條件和盾構(gòu)掘進作用下，砂性土易產(chǎn)生管涌、流砂及振動液化現(xiàn)象，從而降低土層結(jié)構(gòu)強度。

2.2 補強方案設計

設計考慮按原狀土對地層實施凍結(jié)加固，已實施的三軸攪拌樁加固按改良土體考慮。

1)技術方案可行性分析 采用水平凍結(jié)加固方案后，可直接在車站內(nèi)部施工，同時對地面T4航站樓相關工程施工幾乎無影響。根據(jù)杭州地鐵類似工程經(jīng)驗及蕭山機場站地質(zhì)情況分析，盾構(gòu)接收端頭加固改用水平凍結(jié)法可滿足技術、安全及加固施工工況條件要求。凍結(jié)強度的指標要求為：單軸抗壓強度3.59MPa，抗折強度2.12MPa，抗剪強度1.77MPa(-10℃)。

2)凍結(jié)加固范圍 對左、右線洞門進行水平冷凍加固，設計采用“杯形”凍結(jié)壁進行土體加固，如圖3所示。設計凍結(jié)壁有效厚度為“杯底”2.5m、“杯壁”1.8m(長12.0m)。

3)重難點分析 ①鑒于凍結(jié)加固范圍內(nèi)的土層已實施三軸攪拌樁加固，水化熱可能會對凍結(jié)加固有影響，主要表現(xiàn)為影響積極凍結(jié)時間；凍結(jié)加固施工時，需增加測溫孔數(shù)量并根據(jù)溫度變化情況決定是否延長積極凍結(jié)時間。②左、右線洞門主要位于③3砂質(zhì)粉土夾粉砂、③5粉砂、③7砂質(zhì)粉土夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、③8粉砂層中，該土層為富水潛水層，在水動力條件和盾構(gòu)掘進作用下，砂性土易產(chǎn)生管涌、流砂現(xiàn)象；在積極凍結(jié)期間，在凍結(jié)壁外200m區(qū)域內(nèi)的透水砂層中不得采取降水措施；鑒于機場周邊正在施工的項目較多，凍結(jié)施工前需復核周邊200m范圍內(nèi)是否有降水井在實施降水作業(yè)。③凍脹與融沉。凍脹可分為原位凍脹(體積增大9%)和分凝凍脹(體積增大1.09%)。凍脹力是凍脹受到約束時產(chǎn)生的力，本工程中凍結(jié)加固體為“杯形”開放式結(jié)構(gòu)而非封閉結(jié)構(gòu)，土體在凍結(jié)過程中產(chǎn)生的凍脹向外部土體釋放，不會對地面及周邊建(構(gòu))筑物產(chǎn)生明顯的凍脹力。鑒于凍結(jié)加固范圍內(nèi)的土層已實施三軸攪拌樁加固，即土體已實施改良；另外，凍結(jié)加固體位于富水潛水層中，且凍土融化是一個持續(xù)過程，當凍土融化后體積縮小部分會被潛水快速充填，凍結(jié)加固體后期融沉對地面及周邊建(構(gòu))筑物影響可控。

3 盾構(gòu)解體接收方案設計

3.1 工程問題

因盾構(gòu)接收時，航站樓金屬頂蓋已封閉，場地內(nèi)已不具備大型設備施工條件，同時蕭山機場站前期也未預留盾構(gòu)過站條件，因此，采取盾構(gòu)于端頭井內(nèi)解體，退回至始發(fā)井吊出的方案。

盾構(gòu)機管線及其后配套設備等常規(guī)構(gòu)件只需拆除后裝箱運出即可，本文不作重點分析，主要分析盾體拆除方式及運輸方案。

3.2 拆除方式

盾構(gòu)機為土壓平衡式盾構(gòu)機，開挖直徑7 150mm，總體長度(到螺旋機尾部)約13m，主機約203t，拆機工序如圖4所示。

圖4 拆機工序流程示意

3.2.1拆機前需落實措施

1)管片背后注漿，將管片背后空隙填實。

2)利用管片螺栓作為基礎將管片環(huán)與環(huán)之間連接。

3)將最后環(huán)管片側(cè)端面與尾盾殼連接。

4)管片內(nèi)部焊接支撐架，保證管片在二次注漿后不變形。

3.2.2拆機準備

1)刀盤前側(cè)吊機布置準備 如圖5所示，為便于完成刀盤拆解任務，需預先在隧道內(nèi)刀盤前側(cè)設置2道吊梁和1塊滿足刀盤分塊拆解后放置的空地，單根吊梁需配備1臺10t電動葫蘆。吊梁長度覆蓋刀盤擺放空度長度即可，以滿足盾構(gòu)洞內(nèi)刀盤的拆解任務。

圖5 刀盤前側(cè)吊梁布置示意

2)盾構(gòu)后側(cè)吊機布置準備 如圖6所示，為便于完成盾構(gòu)機臺車后備套及主機部分拆解任務，需預先在隧道內(nèi)設置2道吊梁，單根吊梁需配備2臺16t電動葫蘆和2臺5t電動葫蘆。吊梁長度滿足盾構(gòu)機總長，以滿足完成盾構(gòu)洞內(nèi)拆解最重要驅(qū)動部位主軸承的拆解任務。

圖6 盾構(gòu)后側(cè)吊梁示意

3.2.3盾體拆解

先將盾體內(nèi)的主要元器件(油缸、鉸接油缸、閥塊等)進行拆除，然后如圖7所示。

圖7 盾體拆解步驟示意

1)后盾T2，T3環(huán)拆解 將內(nèi)部多余結(jié)構(gòu)件割除，通過小車運出隧道。

2)后盾T1環(huán)拆解 將內(nèi)側(cè)油缸拔出拆下，將縱梁氣割分塊拆解，油缸不好拔出位置對中盾法蘭面開腰形孔后拔出。后盾T1環(huán)內(nèi)側(cè)筋板和法蘭板通過氣割分塊拆除，每個分塊控制在20t以內(nèi)，逐一拆解，通過小車運出隧道。

3)中盾拆解 將中盾內(nèi)側(cè)管路及閥塊拆解后，通過小車運出隧道。

4)前盾拆解 前盾體的拆卸方法與后盾T1環(huán)的拆卸方法基本相同，將伸縮油缸拆下后，通過氣割將前盾結(jié)構(gòu)件筋板和法蘭拆除，保留外圈板，每個分塊控制在20t以內(nèi)，逐一拆解通過小車運出隧道。

5)刀盤拆解 由于地面無法拆解，刀盤拆解以便洞內(nèi)吊裝運輸為條件，分多塊拆除，刀盤拆卸自上而下，將輻條與圈板斷開，每個分塊控制在20t以內(nèi)，逐一拆解。

3.3 拆解運輸方案

拆機運輸分3階段進行，24h不間斷作業(yè)，以單線隧道運輸做如下說明：①第1階段采用現(xiàn)有電瓶車運輸，盾構(gòu)機上雜物清理及部分小型設備、機具運出，盾構(gòu)機拆機所需物資、設備、機具運進，隧道管線運出；②第2階段采用運輸公司車輛運出全隧鋼軌、管線、泵站、設備等，盾構(gòu)機4節(jié)后配套拖車用平板車整體運出；③第3階段盾構(gòu)主機拆卸部件的運輸，主要包括刀盤、主軸承、盾體、拼裝機、懸臂梁、縱梁等大型結(jié)構(gòu)件及設備。這部分設備的運輸盡量爭取時間，在交叉運輸前采用運輸公司車輛運輸，在交叉運輸時，采用特種運輸車運輸。

4 結(jié)語

本文通過杭州機場軌道快線某區(qū)間的蕭山機場站接收端設計思路，分析了在復雜建設條件下盾構(gòu)分體接收技術及接收端處理措施，為同類施工提供一定借鑒。

1)對于盾構(gòu)到達復雜建設條件下的接收工況，要做好周邊環(huán)境梳理，分析風險源，盾構(gòu)進出洞本就是盾構(gòu)隧道工程中風險較大的工況，蕭山機場站接收時面臨車站運營、航站樓封閉等復雜情況，需逐一分析風險源，提出加強措施，確保不遺漏。

2)由于國內(nèi)盾構(gòu)施工通常工期較緊，盾構(gòu)到達時車站已封閉情況日益增多，在今后的施工過程中，出現(xiàn)類似問題的可能性很大。本文所討論的是在盾構(gòu)作業(yè)時尚未明確車站吊出井情況，按常規(guī)條件作業(yè)的盾構(gòu)機接收時遇車站端頭無法吊出，又未考慮盾構(gòu)過站條件下，盾構(gòu)被迫分解退回至始發(fā)井的工況，后期切割盾構(gòu)主機造成較大工程浪費。建議后期類似工程在盾構(gòu)設計作業(yè)時應充分考慮接收端情況，如若必要，可提前對盾構(gòu)機進行改造，以便盾構(gòu)解體、拆機和運輸。