趙 培 柯奕健

上海市機(jī)械施工集團(tuán)有限公司 上海 200072

隨著我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的逐漸深入，建設(shè)項(xiàng)目向大型化的發(fā)展，以及業(yè)主對(duì)建設(shè)工程需求的綜合性和集成性越來(lái)越高，大量的新技術(shù)、新工藝、新材料在建設(shè)工程中得到廣泛應(yīng)用，以上海市軌道交通9號(hào)線11標(biāo)段區(qū)間盾構(gòu)工程為例，盾構(gòu)的直徑由原先的6 340 mm擴(kuò)大至6 760 mm，雖然只增加了42 cm，但其所帶來(lái)的后配套的改變是巨大的。在本次盾構(gòu)擴(kuò)徑的影響下，相關(guān)科技工藝、新型材料、設(shè)備創(chuàng)新、鋼負(fù)環(huán)、干粉砂漿、整圓器的更新、隧道拉緊裝置的進(jìn)化等都是全新的挑戰(zhàn)。

1 工程概況

上海軌道交通9號(hào)線11標(biāo)申江路—金海路—顧唐路區(qū)間位于浦東新區(qū)。掘進(jìn)時(shí)土層主要在第④層淤泥質(zhì)黏土、第⑤1-1層黏土和第⑤1-2層粉質(zhì)黏土中，部分涉及第③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土及第⑤2層粉砂夾粉質(zhì)黏土。該工程在土質(zhì)、穿越物、長(zhǎng)度等方面均屬于上海地區(qū)較為典型的軟土、常規(guī)盾構(gòu)施工，且長(zhǎng)度較長(zhǎng)。

2 研究?jī)?nèi)容

本文對(duì)擴(kuò)徑后的配套所產(chǎn)生的影響，新型設(shè)備和材料在初次使用過(guò)程中所存在的問(wèn)題、矛盾以及不足進(jìn)行的研究總結(jié)如下：擴(kuò)徑后原反力系統(tǒng)的改進(jìn)研究；水平垂直運(yùn)輸工具改進(jìn)技術(shù)、工藝研究；突變覆土土壓力研究；干粉砂漿技術(shù)、工藝研究。總結(jié)新一輪盾構(gòu)擴(kuò)徑后新工序、新設(shè)備、新材料的使用經(jīng)驗(yàn)，希望為上海地區(qū)在盾構(gòu)擴(kuò)徑轉(zhuǎn)變的工程提供借鑒[1-3]。

2.1 原反力架的改進(jìn)和研究

2.1.1 因盾構(gòu)擴(kuò)徑引起的反力架修改

因盾構(gòu)擴(kuò)徑導(dǎo)致負(fù)環(huán)直徑由6 200 mm增加至6 600 mm，原螺栓連接式反力架如按原設(shè)計(jì)安裝，將導(dǎo)致受力不合理。根據(jù)受力分析，橫梁主要起到受力穩(wěn)定的作用，其本身不受較大盾構(gòu)推力，故利用原上橫梁180°翻轉(zhuǎn)后，擱置于立柱原螺栓對(duì)接口上，并加以焊接，如原橫梁無(wú)法滿足現(xiàn)場(chǎng)要求長(zhǎng)度，可利用適合的箱梁替代。下橫梁則在與立柱有效焊接后，下墊鋼墩，或根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行高程墊實(shí)。

2.1.2 因異形車(chē)站層高引起的現(xiàn)有反力架修改

因本工程底板—中板高度較常規(guī)車(chē)站高3 m，導(dǎo)致原反力架高度不符合原受力體系。為增加高度，本項(xiàng)目將反力架接長(zhǎng)了一段，并為滿足接縫處與車(chē)站站臺(tái)層的可靠后靠（接縫處不應(yīng)懸空）計(jì)算了長(zhǎng)度，接長(zhǎng)段利用原報(bào)廢反力架，其加筋板強(qiáng)度滿足受力要求，接縫處坡口焊接，內(nèi)部沿受力方向進(jìn)行雙向鋼板設(shè)置，四周外覆鋼板，靠墻面鋼板應(yīng)滿足支撐焊接要求，適當(dāng)加長(zhǎng)。

綜上所述，在新一輪上海地區(qū)盾構(gòu)推進(jìn)工程中，原反力架水平橫梁已無(wú)法按現(xiàn)尺寸進(jìn)行螺栓連接，且為應(yīng)對(duì)各類(lèi)異形的車(chē)站，反力架需在保持滿足受力的條件下，便于靈活調(diào)整其尺寸。

2.1.3 對(duì)于反力架的改造建議

1）可在原反力架的基礎(chǔ)上，對(duì)橫梁進(jìn)行斷開(kāi)接長(zhǎng)，因橫梁起到穩(wěn)定框架的作用，故接長(zhǎng)受力要求不高，建議同時(shí)進(jìn)行多排螺栓孔的布設(shè)以調(diào)整反力架寬度。

2）同理，在原反力架的基礎(chǔ)上對(duì)立柱進(jìn)行加長(zhǎng)，加長(zhǎng)位置設(shè)置在立柱上方，因起到固定、后靠中板的作用，且受力主要通過(guò)中部2根斜撐傳于底板，故對(duì)此處受力要求不高，建議進(jìn)行高強(qiáng)螺栓式連接，建議加長(zhǎng)段數(shù)為1段，以滿足受力安全。

2.2 新型機(jī)械連接式反力支撐的改進(jìn)和研究

通過(guò)自主創(chuàng)新，進(jìn)行了新型機(jī)械連接式傳力支撐的發(fā)明（圖1、圖2），用以替換盾構(gòu)出洞反力系統(tǒng)中原本老舊笨重落后的傳力支撐。該支撐系統(tǒng)一套共計(jì)4根主撐、若干接長(zhǎng)段、半月環(huán)一件及相關(guān)附件若干，其設(shè)計(jì)理念為全機(jī)械連接，科學(xué)有效傳力，“放砂”卸力松撐，以及靈活轉(zhuǎn)換長(zhǎng)度。

圖1 新型機(jī)械連接式傳力支撐安裝成果和傳力支撐單件

圖2 新型機(jī)械連接式傳力支撐

1）如圖2中8及9所示，此處使用螺紋法蘭及螺桿的連接方式，使機(jī)械式反力支撐在吊放至安裝位置時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行伸長(zhǎng)縮短的微調(diào)。

2）如圖2中1所示，此處軸承連接采用的是鉸接的形式，可以滿足安裝時(shí)角度的微調(diào)。

3）如圖2中4及5所示，此處為支撐調(diào)節(jié)裝置，可以通過(guò)螺栓連接的方式進(jìn)行支撐的加長(zhǎng)及縮短處理。

4）如圖2中7所示，此處為一卸載支座，機(jī)械式反力支撐主要使用放鐵砂的方式進(jìn)行卸載，需要加載時(shí)，只需將鐵砂回灌。

綜上所述，機(jī)械式反力支撐相對(duì)原先反力支撐在安裝及拆卸方面更加輕松快速，其伸縮自如的特性也使其更具通用性及可重復(fù)利用性。

2.3 鋼負(fù)環(huán)的改進(jìn)和研究

鋼負(fù)環(huán)與配套設(shè)備的開(kāi)發(fā)可滿足一定斷面尺寸的地鐵盾構(gòu)施工，實(shí)現(xiàn)負(fù)環(huán)管片的標(biāo)準(zhǔn)化及耐用性，同時(shí)可減少負(fù)環(huán)管片由于材料性能與長(zhǎng)期使用導(dǎo)致的對(duì)盾構(gòu)推進(jìn)軸線的影響。

較之常規(guī)混凝土負(fù)環(huán)管片，鋼負(fù)環(huán)及配套設(shè)備的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在：具有較強(qiáng)的通用性，可適用于各類(lèi)地層施工；具有較強(qiáng)的剛度，安全性能好；穩(wěn)定的傳力性能減小盾構(gòu)推進(jìn)施工對(duì)土體的擾動(dòng)，并且減小進(jìn)出洞施工的風(fēng)險(xiǎn)；鋼負(fù)環(huán)及配套設(shè)備可回收利用，經(jīng)濟(jì)性好；可操作性較強(qiáng)，易于控制工程質(zhì)量。

在本工程實(shí)際施工過(guò)程中，鋼負(fù)環(huán)也順利地進(jìn)行了安裝使用，并較以往混凝土管片的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)明顯，于全面推廣時(shí)，在借鑒參考了其他公司鋼負(fù)環(huán)后提出以下幾點(diǎn)改進(jìn)：

1）在鋼負(fù)環(huán)180°以下的內(nèi)表面增加焊條來(lái)進(jìn)行防滑處理。因現(xiàn)場(chǎng)施工、雨水、泥漿加之鋼負(fù)環(huán)光滑的涂裝容易產(chǎn)生打滑、人員滑倒等情況。

2）鋼負(fù)環(huán)拱底塊上應(yīng)加設(shè)排水孔。因施工現(xiàn)場(chǎng)端頭井需要進(jìn)行管片、泥漿的運(yùn)輸，無(wú)法在洞口進(jìn)行遮掩，如遇大雨天氣，拼裝完后的鋼負(fù)環(huán)易產(chǎn)生大量積水。

2.4 行車(chē)、電瓶車(chē)技術(shù)的改進(jìn)和研究

2.4.1 行車(chē)與電瓶車(chē)的組合施工過(guò)程

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況，金海路站被軌交12號(hào)線分割為東西兩側(cè)，50 t行車(chē)位于東端頭井處東西向布置，16 t及32 t行車(chē)位于西端頭井分別以東西向及南北向布置?？紤]到50 t行車(chē)的起重質(zhì)量更大，出土效率更高，所以50 t行車(chē)用于出土，而32 t及16 t行車(chē)用于吊裝管片、潤(rùn)滑油等。45 t電瓶車(chē)開(kāi)出洞口后首先來(lái)到東端頭井處進(jìn)行出土，之后來(lái)到西端頭井吊裝管片，這樣的流水線施工更提高了施工的效率。

2.4.2 新體系的工效分析

新體系采用18 m3土箱，較原體系的8 m3土箱，出土次數(shù)由2次減少至1次，施工時(shí)間從2 h/環(huán)縮短至1 h/環(huán)。

2.4.3 50 t行車(chē)的總結(jié)及優(yōu)化建議

50 t行車(chē)在32 t及16 t行車(chē)的配合下，使現(xiàn)場(chǎng)施工更加條理化、流水線化。但在50 t行車(chē)的使用中仍然存在一些需要改進(jìn)的方面：

1）50 t行車(chē)鋼絲繩卷筒過(guò)長(zhǎng)，導(dǎo)致在使用過(guò)程中容易發(fā)生鋼絲繩滑槽現(xiàn)象（圖3），建議改造鋼絲繩卷筒，來(lái)減少滑槽現(xiàn)象的產(chǎn)生。

圖3 鋼絲繩滑槽現(xiàn)象

2）50 t行車(chē)電纜線卷筒開(kāi)口過(guò)窄，電纜線在回收時(shí)稍有偏位即容易發(fā)生電纜線割斷的情況，建議采用喇叭口形式的電纜卷筒來(lái)改善這一現(xiàn)象。

2.5 干粉砂漿的應(yīng)用

針對(duì)原預(yù)拌同步注漿布點(diǎn)生產(chǎn)有限、產(chǎn)能及運(yùn)輸半徑有限、運(yùn)輸過(guò)程產(chǎn)品質(zhì)量受控有限、受運(yùn)距或交通不暢的限制無(wú)法隨叫隨到，易導(dǎo)致漿液質(zhì)量不穩(wěn)定的問(wèn)題，可通過(guò)采用干粉型同步注漿材料來(lái)解決。并且改用干粉砂漿后在隧道工程項(xiàng)目施工應(yīng)用中的漿液質(zhì)量可控，使用方便，隨需隨開(kāi)，隨用隨放，綠色環(huán)保。

本工程項(xiàng)目將干粉型同步注漿全面應(yīng)用于盾構(gòu)法隧道施工項(xiàng)目。由于干粉型同步注漿生產(chǎn)企業(yè)缺少盾構(gòu)法隧道施工的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，致使在使用初期發(fā)生堵管、環(huán)境沉降和管片上浮等現(xiàn)象。

為及時(shí)了解、分析和尋找問(wèn)題原因，項(xiàng)目部結(jié)合供應(yīng)單位技術(shù)、生產(chǎn)和設(shè)備等負(fù)責(zé)人認(rèn)真聽(tīng)取施工人員堵管情況描述，與施工技術(shù)人員一起對(duì)問(wèn)題進(jìn)行原因分析，很快找到了問(wèn)題的根源。對(duì)如何確保同步注漿和易性以滿足工地現(xiàn)場(chǎng)儲(chǔ)漿、灌漿設(shè)備對(duì)坍落度等技術(shù)要求有了充分了解，通過(guò)及時(shí)調(diào)整配合比及添加劑等技術(shù)措施，并對(duì)儲(chǔ)漿罐進(jìn)行改造及布置調(diào)整，使其攪拌效果更好，保證漿液質(zhì)量和技術(shù)指標(biāo)要求。尤其在泵送的和易性和低的泌水率情況下，保證漿液在泵送壓力作用下不出現(xiàn)堵管現(xiàn)象，以及保證漿液在注入管片壁后有良好的充填效果等；其次，在漿液未初凝前，具有較高的剪切力以抵抗周?chē)馏w的變形收縮；最后，漿液在固結(jié)后又要保證較低的收縮率以及適當(dāng)?shù)暮笃趶?qiáng)度，通過(guò)抵抗土體的剪切力更好地控制隧道，尤其是大型隧道的上浮與沉降，在提高隧道的防水性能上做好深入細(xì)致的研發(fā)工作。

最終，上海軌交9號(hào)線11標(biāo)段項(xiàng)目不僅未出現(xiàn)堵管等情況，而且所有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)正常，也未出現(xiàn)各類(lèi)異?，F(xiàn)象。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本項(xiàng)目研究，在本次盾構(gòu)推進(jìn)結(jié)束后已為新一輪地鐵施工建設(shè)所產(chǎn)生的相應(yīng)新工藝、新材料、新設(shè)備提供首次實(shí)例經(jīng)驗(yàn)，為盾構(gòu)施工單位在施工工藝、材料、設(shè)備的選型及優(yōu)化上提供寶貴經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)在上海軌交17號(hào)線8標(biāo)、13號(hào)線107標(biāo)的施工建設(shè)上提供了幫助及參照經(jīng)驗(yàn)，并取得了良好的效果。