地鐵隧道鋼環加固施工技術研究

摘? 要：當前在城市發展進程中，交通與環境的矛盾問題日益明顯，城市隧道工程在空間上的交叉成為緩解這一矛盾的關鍵。在此背景下，交叉段既有隧道加固施工則成為了重點控制的施工方案之一。本文將結合十五中站～武昌火車站明挖區間（簡稱“明挖區間”）這一具體工程，分析明挖段既有隧道鋼環加固的范圍設計、施工工藝流程及相關施工保障措施，以供參考。

關鍵詞：十五中站～武昌火車站區間;明挖段隧道鋼環加固;施工方案

中圖分類號：U455.43? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ?文章編號：2096-6903（2021）01-0000-00

1工程概況

地鐵12號線十五中站～武昌火車站區間明挖段長178.354m，明挖段結構頂覆土埋深為2～4.9m。

已建成的4號線隧道截面為單線圓形隧道，管片外徑為Ф6.0m，內徑為Ф5.4m，整個環形結構由一個封頂塊、兩個相鄰塊和三個標準塊組成。片材厚度30cm，環寬1.5m，片材用圓環連接，片材和片材之間用彎螺栓連接，片材拼接采用錯縫。既有4號線隧道洞身基本位于10-2號粉質粘土層內，隧道結構底部與既有線4號線盾構隧道頂的最小距離為2.2m[1]。由于既有4號線隧道頂與明挖區間結構底凈距過小，為保證后期4號線地鐵運營與12號線地鐵運營通行安全，需對盾構隧道采取鋼環加固措施。

2鋼環加固范圍設計及施工工藝流程

2.1鋼環加固范圍設計

在明挖區間段隧道鋼環加固施工中[2]，隧道管片環寬為1200mm，每一環分為5塊制作，采用整體環形加固形式，在鋼圈上留有相應的注射孔，用鋼圈固定后，將剛性環氧液體填滿管件之間的剩余空間。為減小卸荷效應對隧道變形的影響，在隧道內出現浮移變形時，應采取加壓措施和有效的隔震措施，以提高隧道的剛度。為減少基坑開挖卸荷對既有4號線區間側向擠壓變形影響，在基坑范圍及外擴10m區域內的既有4號線隧道進行鋼環加固，鋼環加固數量約共74環，每環重量1.81t，總計133.94t。

2.2施工工藝流程

如圖1所示，首先在施工前完成各種管線改排、缺陷整治和道床切割等的準備工作，在管片預處理和管線改排過程穿插進行加固段落的道床切割、鑿除等鋼環準備工作，而減震道床則無需切割，在機械手到位和其他準備工作全部結束后進行鋼環拼裝;其次，牛腿的放樣、加工、安裝及側板和頂板的安裝工作完成后，再安裝道床上鋼拉條并進行鋼圈支撐成環焊接，同時穿插進行環氧樹脂的填充壓注工作。全部工序結束后進行鋼環防腐和防火處理;最后進行管線和道床的恢復工作。

2.3各種缺陷的處理及改排工作

2.3.1缺陷處理

滲漏水處理：隧道內各種環縫、縱縫滲漏采取注漿止水的方法。注漿止水前，在滲漏點周圍無明水滲出的縱、環縫處騎縫垂直鉆孔至遇水膨脹止水條（彈性密封條）處，用聚氨酯灌漿材料在孔內形成漿液阻斷點并圍成區域，采用速凝型聚合物砂漿埋設注漿鋼管，用環氧膠泥封縫。處理完成后的滲漏點兩側管片的環縫及縱縫的高度與管片內弧面平齊。

管片破碎修補：管片破碎處采用SD或堆膠修補。

裂縫處理：考慮到結構安全、耐久性等問題，為了恢復管片的整體性，對有裂縫的管片采用剛性環氧注漿封閉。

隧道道床離縫脫空處理：采用剛性環氧樹脂灌漿處理管片壓扁后砼道床兩側與管片連接位置產生的縫隙。

2.3.2改排工作

由專業管線改排單位根據專項管線臨時改排方案組織施工，內容包括施工前管線改排、施工過程中的監護、配合及管線出現突發受損后的應急處理和后期管線的恢復。

改排后的各類管線與隧道管片凈距不小于15cm，管線分層疊高不大于70cm，管線改排過程中嚴格按照限界要求組織施工，確保既有地鐵線路正常運營。

2.4鋼環安裝

（1）管片除塵清理。加固范圍內的所有管片要進行除塵清理，保證管片弧度平整、無滲漏水，重點是既有管片堵漏后產生的高低不平和滲漏后鈣化物的處理。

（2）鑿除及切割。在管片預處理和管線改排過程中進行道床切割、鑿除等準備工作（只針對普通道床，減震道床無需切割）;鑿除道床兩側40cm寬的混凝土以保證施工空間滿足要求，鑿除深度直至盾構管片，切割后的道床側面進行鑿毛處理。

（3）牛腿加工安裝。將加工好的牛腿按照放樣及時安裝，并進行后續側板和頂板的放樣和加工;采用M16/8.8級膨脹螺栓和化學螺栓將牛腿支架固定在管片內弧，鉆孔時避開管片主筋、管片接縫、管線;在支架與管片及道床間通過牛腿支架上預留的壓注孔填充環氧樹脂，且要求接觸面混凝土鑿毛處理，以保證環氧粘結密貼、牢固。

（4）側板和頂板的安裝[3]。1）鋼環分塊原則：從受力角度出發，塊數應盡可能的少;鋼板間的縱向接縫避開管片縱縫位置;考慮安裝及焊接安全，分塊位置避開管線及支架;考慮機械手理論抓起重量和安裝方便，單塊不能過大。2）鋼環分塊（尺寸、規格、分塊）：鋼環選用厚20mm、寬1300mm的Q235鋼弧板，外徑55500mm，每環分成5塊制作，每環鋼板總重約1.8t。3）側板頂板安裝。在牛腿支架安裝完成后，開始進行環形鋼板的安裝工作，其安裝順序從低到高逐漸開始。安裝環形鋼板前在管片上進行膨脹螺栓和化學螺栓孔位準確放樣、布點并完成打孔鉆眼;同時根據螺栓對應位置在環形鋼板上鉆孔預留孔位。根據牛腿安裝情況現場放樣、加工鄰接、封頂鋼板（先安裝鄰接鋼板后再放樣加工安裝封頂鋼板），環形鋼板拼裝就位后立即用膨脹螺栓臨時固定;同時人工跟進安裝化學螺栓。螺栓的埋設采用排孔的方式依次進行;安裝完成的環形鋼板當天全部固定完畢。

（5）道床上鋼拉條安裝。考慮到環板安裝過程中存在的尺寸誤差，所有環板安裝完成后再進行普通道床上牛腿支架間、減震道床底部環板間鋼拉條連接，形成密閉環，減震道床拉條懸空于道床面，與道床之間的間距為2cm，后續采用耐候膠填充。鋼拉條設置在兩軌枕之間;鋼拉條尺寸規格為2根20×100mm ，鋼拉條間坡口焊接采用對接或搭接方式，長度按照實際量測。

（6）環形鋼板之間的焊接。環形鋼板間點焊定位，拼裝接口采用坡口焊接;同時采用氣體保護焊。為后期特殊注漿的需要，在管片原注漿孔位置對應的鋼板上預留Φ110mm孔;鋼板支撐和環形鋼板安裝完成后進行鋼板間的整體焊接，使得內部支撐整體受力，起到支撐隧道加固的作用。

所有鋼板間拼接均采用坡口焊，焊縫高度與板厚相同，焊接時應采取有效措施，避免鋼板變形過大。所有焊縫驗收質量等級為二級。

環形鋼圈安裝完成后采用環氧樹脂填充環形鋼板與管片之間的空隙，因部分管片有錯臺，其填充厚度按照不大于2.5cm控制。

1）鋼板兩側與管片接縫處采用環氧膠泥進行封堵;2）鋼板兩側預留注漿孔和出氣孔及時封堵，每塊鋼板上不少于4個;3）環氧樹脂壓注順序自下而上，直至上部預留孔溢出環氧樹脂為止。

（7）鋼環防腐和防火處理。鋼環采用噴涂聚脲防腐，噴涂總厚度不小于1.2mm，鋼板表面防腐達到國家標準GB8923《涂覆涂料前鋼材表面處理 表面清潔度的目視評定》規定的Sa2級（徹底的拋射或是噴射除銹），表面粗糙度Rz40～75μm，噴砂除銹之前，用砂輪打平和清除鋼材表面的毛刺、突起和焊瘤、焊縫，防腐施工在表面處理完成后三小時內進行，如有返銹現象，表面再次噴砂直至滿足要求。

本區間隧道防火設計分類為三類，鋼結構耐火極限不小于2.0H。鋼結構防火涂料噴涂施工順序為：底漆+2道中間漆+防火漆+面漆;重要構件采用防火涂料做好保護措施;鋼結構防火涂料種類、厚度及噴涂施工滿足《鋼結構防火涂料應用技術規范》CECS24：90的要求。

（8）管線和道床的恢復工作。隧道加固完成后，對改排的管線視現場具體情況選擇性地進行恢復，確保地鐵運營安全和各管線設備及設施的正常使用。管線支架焊接固定于鋼環上，加固強度及牢固性需滿足相關規范要求，焊接處防腐防火要求與鋼環一致，疏散平臺支架的固定螺栓焊接在鋼環上，疏散平臺原狀恢復。

2.5其他注意事項

在整個隧道鋼環加固的過程中需要加強以下方面的準備工作：其一，施工期間需要協調各方配合。整個隧道加固工期長，且是在夜間天窗時間進行施工，因此需要各方協助配合，才能順利的完成施工任務;其二，物流組織。利用天窗時間從停車場通過既有地鐵線路由軌道車運送材料至施工工點，運送過程保證限速、不侵限，施工完成后做到工完料盡;其三，成品保護。在施工過程中保護好各種設施和管線，確保白天地鐵正常運營;其四，施工過程中隧道的監測。在施工過程中加強既有工點及前后各100m隧道的變形及應力監測，同時做好地面的沉降觀測。

3相關施工保障措施

3.1強化施工安全內容

施工安全是研究內容中必不可少的關鍵。因此，本次施工在結合不同專業施工技術的前提下，將施工安全保證措施分為五個方向分別進行闡述：其一，是制定明確的安全生產管理目標;其二，是確立安全生產的保證體系;其三，是關于施工安全技術的保證措施;其四，是施工現場的安全用電問題;其五，是關于施工監測方面的相關探討。

為進一步確保施工安全保障措施的全面性，本次施工方案研究中，將確立安全生產保證體系：安全生產管理小組、安全職責界定、安全技術交底、安全設施驗收及安全檢查制度這五個方向。其中具體所涉及到的范疇，包含“人員管理”、“進度管理”及“制度管理”等三個領域中的基本內容。

3.2完善質量保證體系

研究施工質量的保證措施其意義不僅僅是在于明挖區間這一單獨的施工項目，更重要的實踐意義在于通過明挖區間的質量保證措施，促進更多同類型的施工能夠同樣得到“質”的提升，從而以專業施工技術與施工管理的角度，為城市軌道交道與國家現代化發展貢獻更多應有的功能價值[4]。因此，在本次研究與實踐過程當中，首先，將質量保證措施劃分為下述三個大方向：（1）明確質量保證目標;（2）構建質量保證體系;（3）保證質量的組織措施。在第三個大方向中，基于實際需要，將下設全面質量管理的措施、按規范施工的措施與保證施工人員操作技能的措施這三個方面，進而確保“組織管理”在施工過程中的周密詳盡。

3.3風險源控制及風險應急小組

在上述保證措施均順利完成的前提下，施工方案的研究與實踐將進入到驗收標準與風險預案這兩個環節之中。對于任何施工項目而言，驗收標準與風險預案都是重要的環節，因為這兩個環節與施工項目在投入使用后的持久性上能夠發揮出極為重要且關鍵的作用。因此，關于風險預案則分為：確定風險源、風險源控制與成立風險應急小組這三大方向，在實踐過程中一旦確定了風險源則應在第一時間內從運營過程中可能發生的險情、施工時間與地鐵運營的銜接、施工過程發生意外失火現象等三個方面決定最后具體所要采取的風險源控制措施，該過程是為風險應急小組提供應急處理方向的重要基礎，由此可見其實際價值及意義。

4結論

綜上所述，城市地下隧道建設的發展必定會使原有城市的交通更加順暢，而更多的新型施工方法也同樣會在施工方案中有所應用。因此，充分了解地表建筑設施、地下公用設施、地質介質環境，保證安全的情況下選擇隧道鋼環加固方法則尤其重要。

參考文獻

[1]蔣海軍.明挖區間隧道施工對臨近明挖高鐵隧道影響的研究[J].中國市政工程，2019（5）：77-80.

[2]王剛.雙線明挖區間隧道全斷面整體自行式襯砌臺車施工技術[J].科學與財富，2019（12）：52.

[3]阮小賽，劉曉毅.既有成型盾構隧道上新增明挖車站施工技術[J].建筑技術，2019，50（11）：4-8.

[4]王喜桃.明挖法地鐵車站施工安全風險及處理措施分析[J].冶金管理，2020（9）：68-69.

收稿日期：2020-12-10

作者簡介：俞鴻憲（1983—），男，青海海東人，本科，工程師，從事工程施工工作。

Research on Construction Technology for Steel Ring Reinforcement of Metro Tunnel

YU? Hongxian

（China Railway Fourth Bureau Group Fifth Engineering Co.， Ltd.， Jiujiang Jiangxi? 332000）

Abstract： In the current process of urban development， the contradiction between traffic and the environment has become increasingly obvious. The spatial intersection of urban tunnel projects has become the key to alleviating this contradiction. In this context， the reinforcement construction of the existing tunnel at the intersection has become one of the key construction plans. This article will combine the specific project of the 15th Middle School Station to Wuchang Railway Station's open-cut section （referred to as "open-cut section"） to analyze the scope design， construction process and related construction safeguard measures of the steel ring reinforcement of the existing tunnel in the section of the open-cut section.

Keywords： the section between the 15th Middle School Station and Wuchang Railway Station; the reinforcement of the steel ring of the open-cut section of the tunnel; the construction plan