顧沉穎

(上海市地下空間設計研究總院有限公司，上海 200020)

0 引言

上海地區(qū)地鐵隧道及市政公路隧道的聯(lián)絡通道大都采用隧道內水平凍結加固土體后開挖構筑內襯結構，即“水平凍結、人工暗挖”的施工方法。但在施工期間土體凍結加固失效或者遇到流沙等險情，將產(chǎn)生很大的危險［1－6］。2003年7月1日，上海軌道交通4號線在聯(lián)絡通道施工過程中發(fā)生管涌坍塌事故，大量水、流沙涌入旁通道，引起隧道結構破壞及周邊地區(qū)地面沉降、建筑物嚴重傾斜。

頂管法是廣泛應用于軟土地區(qū)地下通道、綜合管廊等短距離隧道的成熟技術［7－9］，上海、南京等少數(shù)地鐵隧道工程中也有采用頂管法建造聯(lián)絡通道的施工案例。具體的做法是首先在聯(lián)絡通道位置的鋼管片上開孔對地層進行注漿加固，待加固體達到設計強度后，再逐漸打開鋼管片進行頂管推進［10］。該工法同樣對土體加固效果要求很高，且傳統(tǒng)的頂管不具備切削管片的能力，需要通過人工切割的方式打開鋼管片，施工過程緩慢，缺少必要的風險方法措施，因此并未得到推廣。

針對聯(lián)絡通道施工的風險與難題，提出了隧道聯(lián)絡通道施工新技術——頂管直接切削管片聯(lián)絡通道施工方法。該工藝采用特殊設計的頂管機直接切削貫穿上下行線隧道管片形成聯(lián)絡通道結構，并在頂管始發(fā)和接收過程中設置止水框體和整體接收裝置，可大大降低施工聯(lián)絡通道施工過程中的風險，簡化聯(lián)絡通道施工的工序。

文章結合直徑6.2 m的常規(guī)地鐵盾構法隧道，重點介紹該工藝的工藝流程及設計施工關鍵技術。針對本技術專門研發(fā)的刀盤頂管機可實現(xiàn)矩形斷面的無盲區(qū)切削，并通過試驗驗證對于C30、C45和C60混凝土的切削能力。

1 NOMJS聯(lián)絡通道施工工藝流程

施工準備階段，需完成頂管始發(fā)平臺、頂管始發(fā)與接收密封裝置、頂管機組裝與調試等施工準備。準備階段結束后，頂管機在密封裝置保護下，直接切削主隧道的可切削復合管片始發(fā);在刀盤貫穿管片后，從頂管機內預留的注漿孔向頂管機外注漿，對切削間隙進行臨時封堵;之后繼續(xù)至接收隧道，并切削接收隧道的可切削復合管片進入整體接收裝置;利用第1環(huán)和最后1環(huán)特殊管節(jié)上預留的安全措施對洞門實施臨時封堵;在確認所有密封措施可靠有效后，打開整體接收裝置，拆除頂管機及接收平臺等，最后進行聯(lián)絡通道與主隧道的接頭施工。NOMJS聯(lián)絡通道施工工藝流程如圖1所示。

圖1 NOMJS聯(lián)絡通道施工工藝流程圖Fig.1 Technological process of NOMJS

2 可切削復合管片設計

2.1 可切削復合管片形式

可切削復合管片的形式如圖2所示，其由可切削部和不可切削部構成，可切削部主要使用可切削混凝土和玻璃纖維筋澆筑。

圖2 復合管片形式示意圖Fig.2 Schematic diagram of cuttable composite segments

2.2 可切削復合管片材料

常規(guī)管片混凝土為C55，抗?jié)B等級為P10?？汕邢鲝秃瞎芷牟豢汕邢鞑坎牧蠟镼235B鋼，可切削部填充混凝土強度為C30，筋材選用玻璃纖維鋼，與普通管片連接采用機械性能等級為5.8級的螺栓。

3 聯(lián)絡通道管節(jié)設計

聯(lián)絡通道管節(jié)形式為鋼管節(jié)，由鋼殼和內襯混凝土組成。鋼殼背板涂有環(huán)氧瀝青漆2度。鋼殼內襯澆注的混凝土等級為C30，抗?jié)B強度為0.8 MPa，混凝土保護層為30 mm，要求澆注的內襯混凝土具有設計規(guī)定的平整度和密實量，并預留壓漿孔。管節(jié)分為始發(fā)與接收管節(jié)、常規(guī)管節(jié)和特殊管節(jié)組成，如圖3所示。

圖3 聯(lián)絡通道管節(jié)示意圖Fig.3 Schematic diagram of jacked pipes

3.1 始發(fā)與接收管節(jié)

始發(fā)與接收管節(jié)結構相同，由主管節(jié)和補償塊組成，如圖4所示。主管節(jié)一端為平面，另一端為弧面，與主隧道內弧面一致。主管節(jié)外側開有2圈凹槽，靠近內弧面的凹槽內放置10 cm寬的橡膠氣囊，用于接收階段切削間隙的臨時封堵;2道凹槽之間設置若干注漿孔，可在接收階段從管節(jié)內部向外注漿;外側凹槽內設置1圈凍結管，可作為臨時封堵失效時的應急措施。補償塊與主管節(jié)之間通過內法蘭連接，可以與主管節(jié)組成一個完整的方形管節(jié)，便于施工頂進，而在結構施工階段可以快速拆除，進行通道與主隧道的結構連接。

圖4 始發(fā)與接收管節(jié)結構示意圖Fig.4 Schematic diagram of launching pipe and receiving pipe

3.2 常規(guī)管節(jié)與特殊管節(jié)

常規(guī)管節(jié)長度為2.5 m，下部預留泵房施工開孔(見圖5)。特殊管節(jié)長度根據(jù)整條通道的長度確定，使之可與常規(guī)管節(jié)、始發(fā)接收管節(jié)任意組合適應不同長度的通道需要(見圖6)。鋼管節(jié)選用Q235B鋼鑄成，鋼管片內腔填充混凝土為C30。

圖5 常規(guī)管節(jié)示意圖Fig.5 Conventional pipe

圖6 特殊管節(jié)示意圖Fig.6 Special pipe

4 始發(fā)與到達施工

4.1 始發(fā)階段

頂管始發(fā)止水箱體(見圖7)是尺寸比頂管機略大的兩端開口的整體焊接箱體，其一側開口端為平面，另一側為弧面，弧面半徑與主隧道半徑一致，與主隧道結構特殊管片環(huán)預留洞門外緣的不可切削部通過螺栓連接。止水箱體內部一圈安裝有“Y形橡膠密封條”，開口端指向隧道結構外側，通過壓條固定于止水箱體內。止水箱體安裝時必須保證其中心線與聯(lián)絡通道平行。

由于切削面為弧面，因此頂管機刀盤會在不同時間段切削管片(如圖8所示)，會產(chǎn)生受力不均的現(xiàn)象，不利于頂管軸線的控制。因此必須進行機頭姿態(tài)的實時測量，如果出現(xiàn)姿態(tài)偏差，應立即控制頂進千斤頂推力分布。由于頂管機尺寸略大于管節(jié)尺寸，頂管機貫穿管片后，應立即從頂管機內置的注漿管向外注漿，對切削間隙進行臨時封堵。

圖7 始發(fā)階段臨時封堵示意圖Fig.7 Temporary sealing in launching stage

圖8 始發(fā)與止水框示意圖Fig.8 Launching sealing frame

4.2 到達階段

如圖9所示，與始發(fā)階段類似，在接收隧道設置止水框體，并在止水框體外再安裝頂管機整體接收裝置，裝置內設有注漿孔、排漿孔以及應急凍結管。在頂管切削貫通接收隧道管片前，先在整體接收裝置內注入水或者膨潤土漿液，以平衡管片貫通過程中地層的土水壓力，并把可能發(fā)生的滲漏風險隔絕在整體接收裝置內。

圖9 接收隧道止水框體與整體接收裝置Fig.9 Receiving sealing frame and overall receiving device

在切削接收隧道管片進入接收裝置的過程中，頂管機也會由于切削管片位置不同而產(chǎn)生受力不均，而在此階段由于沒有始發(fā)基座的限制，頂管機極易由于受力不均而發(fā)生姿態(tài)或軸線的偏差，必須嚴格控制各組千斤頂?shù)男谐毯屯屏ψ兓?，并根?jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)實時調整。

在切削接收隧道管片的過程中，頂管機土艙應保持欠壓推進的狀態(tài)，并實時監(jiān)測主隧道結構和已成型通道結構的變形、張角等數(shù)據(jù)，觀察滲漏水情況，一旦發(fā)現(xiàn)超標或其他異常情況，則應立即停止施工，完善施工方案。

頂管機進入整體接收裝置后，首先向始發(fā)與接收端以及接收箱體內預留的氣囊進行充氣，封堵可能存在的滲漏間隙，再通過始發(fā)與接收管節(jié)上預留的注漿管進行注漿臨時封堵，如圖10和圖11所示。待確認所有的封堵措施有效，滲漏風險排除后拆除整體接收裝置、兩端隧道止水框體、頂管機以及配套設備，再進行通道與隧道結構的接頭封口施工。

圖10 到達階段始發(fā)端密封Fig.10 Permanent sealing of launching tunnel in receiving stage

圖11 到達階段接收端密封Fig.11 Permanent sealing of receiving tunnel in receiving stage

5 結論與討論

針對盾構法隧道聯(lián)絡通道施工技術的難題，研究提出了頂管法直接切削管片建造隧道聯(lián)絡通道(NOMJS)新技術，利用頂管機直接切削隧道管片實現(xiàn)聯(lián)絡通道結構的一次性貫通，并利用始發(fā)止水框、整體接收裝置和管節(jié)結構特殊設計等措施保證施工過程的安全。該施工方法適用于含水量大、自立性差的軟土地層以及埋深大或加固條件不佳的施工條件，對地層和地下水無污染，地表沉降易于控制。由于頂管機、整體接收裝置等可回收重復使用，頂管管節(jié)與可切削復合管片可采用標準化設計，便于量化生產(chǎn)，因此能有效降低施工成本，具有極高的經(jīng)濟性和普遍的工程適用性。

由于聯(lián)絡通道的距離較短，軸線控制進度要求較高，關于該方法在始發(fā)、推進與接收過程中的姿態(tài)控制措施還有待結合實際工程應用加以驗證。

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