桂焱平 胡辛泉 劉 騰

(1.浙江華東測繪與工程安全技術(shù)有限公司，浙江 杭州 311122；2.杭州地鐵集團有限公司，浙江 杭州 310003；3.寧波用躬科技有限公司，浙江 寧波 315032)

0 引言

機械法聯(lián)絡通道包括頂管法和盾構(gòu)法兩種工藝，其適用范圍涵蓋軟土、粉細砂、高富水砂卵石，風化巖層，復合地層等各種不同的地質(zhì)環(huán)境，目前已在寧波，無錫，青島等不同城市完成了20多條聯(lián)絡通道項目，2018年2月，寧波地鐵3號線鄞—南區(qū)間聯(lián)絡通道施工中，首次采用盾構(gòu)法施工技術(shù)，2019年4月，寧波地鐵4號線麗—雙區(qū)間2號聯(lián)絡通道機械法施工貫通，從設備吊裝下井到貫通用時15 d。

傳統(tǒng)礦山法施工聯(lián)絡通道的工期長、工后沉降得不到有效控制、破壞主體結(jié)構(gòu)、周邊影響大、作業(yè)環(huán)境差等缺點，機械法聯(lián)絡通道施工能有效規(guī)避傳統(tǒng)礦山法施工的各類缺陷，是地下隧道工藝發(fā)展的趨勢，具有機械化程度高、施工工期短、成型結(jié)構(gòu)質(zhì)量好、作業(yè)環(huán)境安全可控等諸多優(yōu)點。依托杭州地鐵7號線某區(qū)間聯(lián)絡通道施工進行機械法聯(lián)絡通道的關(guān)鍵技術(shù)總結(jié)。

1 機械法聯(lián)絡通道技術(shù)原理

機械法聯(lián)絡通道基于土壓平衡基本原理，盾構(gòu)機/頂管機進行開挖作業(yè)，利用全斷面切削刀盤，將正面土體切削下來進入刀盤后面的貯留密封倉內(nèi)，并使倉內(nèi)具有適當壓力與開挖面水土壓力平衡。

盾構(gòu)機/頂管機刀盤采用了仿形設計，外凸弧形，中心位置內(nèi)凹，分別應對始發(fā)時的凹面和接收時的凸面接觸滑動，為確保管片隧道結(jié)構(gòu)安全和掘進反力提供，設計了一套隧道內(nèi)支撐系統(tǒng)，對洞門始發(fā)管片形成整體性支撐。

始發(fā)采用全套筒始發(fā)、或半套筒接收技術(shù)，通過盾尾密封刷轉(zhuǎn)換技術(shù)，實現(xiàn)始發(fā)和接收全封閉，保證隧道掘進時始終處于全密閉狀態(tài)。

聯(lián)絡通道防水設計分為5個方面：

1)區(qū)間隧道管片在聯(lián)絡通道位置處鋼混復合管片的防水；2)聯(lián)絡通道管片襯砌結(jié)構(gòu)防水；3)套筒始發(fā)接收密封防水；4)施工過程中的工序防水；5)洞門防水。

2 工程概況

杭州地鐵7號線某區(qū)間共設有2處聯(lián)絡通道。1號聯(lián)絡通道中心里程為右YDK14+100.000(左ZDK14+102.247)，襯砌頂覆土厚度約20.344 m，線間距15.0 m；2號聯(lián) 絡通道中心里程為右YDK14+600.000(左ZDK14+601.672)，襯砌頂覆土厚度約17.575 m，線間距12.0 m。1號、2號聯(lián)絡通道主要地層為③5粉砂夾砂質(zhì)粉土、⑥1淤泥質(zhì)黏土夾粉土。

2.1 設計概況

1)聯(lián)絡通道始發(fā)和接收處分別采用一環(huán)鋼管節(jié)，其余采用鋼筋混凝土管節(jié)；鋼管節(jié)環(huán)寬應控制在600 mm～900 mm,其余采用鋼筋混凝土管節(jié)，管節(jié)寬900 mm。

2)管節(jié)內(nèi)徑為2 760 mm，外徑為3 260 mm，厚度為250 mm，每環(huán)管節(jié)M24縱向螺栓10根，M24環(huán)向螺栓4根。

3)管片采用錯縫拼裝，無楔形量，接縫采用遇水膨脹止水條止水。

4)管節(jié)分上、下兩塊預制，單塊重量最大約3.2 t。

5)鋼筋混凝土管節(jié)，混凝土強度等級C50，抗?jié)B等級P12。

6)鋼筋混凝土管節(jié)連接螺栓機械性能等級為5.8級，螺母機械性能等級為5級，墊圈硬度Hv=140；鋼管節(jié)采用Q235B鋼，連接螺栓機械性能等級為8.8級，螺母機械性能等級為8級，墊圈硬度Hv=300。

2.2 施工過程

2號聯(lián)絡通道2020年4月30日正式始發(fā)，5月10日接收完成，歷時10 d；1號聯(lián)絡通道2020年5月30日正式始發(fā)，6月9日接收完成，歷時11 d。施工過程如下：

1)1號～4號臺車進隧道；2)隧道內(nèi)設備調(diào)試；3)始發(fā)磨管片；4)聯(lián)絡通道掘進；5)接收磨管片；6)洞門封堵、鋼環(huán)拆除；7)設備拆除，運出隧道；8)洞門接頭及防火門結(jié)構(gòu)施工。

3 機械法聯(lián)絡通道施工技術(shù)要點

3.1 設備吊裝

頂管機/盾構(gòu)機由刀盤系統(tǒng)、主驅(qū)動系統(tǒng)、盾體系統(tǒng)、推進系統(tǒng)、導向系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集、渣土輸送系統(tǒng)、注漿系統(tǒng)、后配套系統(tǒng)、泡沫系統(tǒng)、密封潤滑系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)、工業(yè)空氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、動力供電系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、通訊照明與監(jiān)視系統(tǒng)組成，整機布置如圖1所示，1號～5號臺車先后下井由電瓶車單節(jié)運送至隧道內(nèi)，3號臺車為盾構(gòu)機始發(fā)臺車，5號車為盾構(gòu)接收臺車。

刀盤具備土體開挖、穩(wěn)定掌子面、攪拌改良渣土的作用。采用4主梁+4副梁的錐形結(jié)構(gòu)形式，刀盤刀具高度分布呈圓錐形，有利于切削管片過程中頂管機姿態(tài)控制。開口在整個盤面均勻分布，利于土壓傳遞及保持平衡，避免產(chǎn)生泥餅。

3.2 始發(fā)及推進

1)在地面上將主機與套筒對接，隨盾構(gòu)機整體運輸至洞門處；

2)盾構(gòu)機調(diào)整里程位置過程中，套筒隨盾構(gòu)機頂進，在套筒靠緊洞門后對套筒前端進行焊接；

3)焊接方式采用貼板焊接，上下、左右對稱焊接，每條焊縫控制在1 m內(nèi)，保證焊接質(zhì)量；

4)焊接完成后，待其自然冷卻后繼續(xù)頂進盾構(gòu)機，使刀盤抵至管片；

5)通過預留油脂孔，將盾尾油脂注入尾刷空腔中，直至飽滿；

6)通過套筒前端注入孔注入膨潤土或其他流塑性介質(zhì)，直至飽滿，并建立壓力至略大于計算土壓力，檢測螺旋機及套筒密封性，確保不泄露；

7)頂伸支撐體系，調(diào)整支撐體系油缸壓力；

8)測量隊復測套筒軸線，計算套筒與主機姿態(tài)。

3.3 推進及接收

1)姿態(tài)復測。

當盾構(gòu)機刀盤到達接收端管片時，應立即確定盾構(gòu)機頭的坐標位置和姿態(tài)，并根據(jù)測量結(jié)果調(diào)整盾構(gòu)掘進參數(shù)。

2)洞門處理。

接收洞門處理與始發(fā)洞門處理相同，同樣進行洞門微加固、管片焊接、套筒焊接及螺栓吊裝孔拔除。

3)接收裝置安裝。

將接收套筒在端頭井內(nèi)組裝，通過電瓶車運至指定位置，控制支撐系統(tǒng)緩慢接觸管片，連接套筒法蘭，檢查套筒的密閉性，在套筒內(nèi)注入改良渣土或流塑性介質(zhì)。

4)接收套筒保壓。

當?shù)侗P完全進入管片后，出土會造成套筒內(nèi)壓力持續(xù)下降，出土量無法控制，為保證出土過程中地層損失量，在接收端設置智能保壓臺車，通過自動注入膨潤土漿液保證套筒內(nèi)的壓力與外界水土壓力平衡。

3.4 補強注漿

盾構(gòu)機進入接收套筒后，因洞門與管片形成的環(huán)形空隙量較大，容易導致泥水竄入正線隧道內(nèi)，因此洞門附近這部分土體加固是洞門密封的關(guān)鍵。

設計中在進洞與出洞各設兩環(huán)鋼管片，每環(huán)鋼環(huán)包含10個注漿孔，對兩側(cè)洞門位置進行二次止水注漿。注漿完成后在其附近打探孔檢測止水效果，確保無滲漏水及管片結(jié)構(gòu)變形穩(wěn)定后，再拆除負環(huán)。

3.5 負環(huán)拆除及設備撤場

1)在正環(huán)管片與負環(huán)管片之間設置臨時支座并放置機械千斤頂。

2)松開正環(huán)管片與負環(huán)管片之間的連接螺栓，收回推進油缸，通過支撐體系的橫撐油缸與臨時設置的機械千斤頂同時加力，從而使負環(huán)管片與正環(huán)管片脫離。

3)負環(huán)管片脫離后，沿著洞門出焊縫將套筒割除，將套筒、管片、支撐體系隨3號臺車一同運送至隧道外。

4)負環(huán)管片運輸至井口后，將吊帶穿過負環(huán)管片，利用吊車將其吊出井口，完成負環(huán)管片拆除。

3.6 洞門施工

1)接口鋼板焊接。

洞門采用鋼板進行環(huán)向焊接，以提高洞門力學強度，防止焊縫處滲水。鋼板分兩層，第一層為5 mm鋼板，主要目的是封堵大面積漏水，以保證第二道鋼板焊縫質(zhì)量，第二層為20 mm鋼板。

2)環(huán)氧樹脂堵漏。

焊接成型后，接縫處若仍有滲水，注入環(huán)氧樹脂進行堵漏。

3)洞門鋼筋綁扎。

采用HPB300，HRB400鋼筋，均勻設置環(huán)形鋼筋，與骨架鋼筋焊接，固定成型。

4)洞門混凝土澆筑。

洞門混凝土為C40，抗?jié)B等級為P10，鋼筋保護層厚度35 mm。

3.7 頂推過程參數(shù)控制措施

1)為了控制推進軸線，保護刀盤及主隧道管片，頂推速度不宜過快，使頂管機緩慢穩(wěn)步前進，推進速度按照以上要求進行控制。

2)頂管機刀尖開始磨管片階段，應往刀盤內(nèi)注入膨潤土漿液來吸收刀盤因磨管片而產(chǎn)生的熱量，降低刀盤的磨損。

3)頂管機啟動時，必需檢查千斤頂是否靠足，無間隙，開始推進宜緩慢推進，每環(huán)掘進開始時，應逐步提高掘進速度，每環(huán)掘進過程中，掘進速度值應盡量保持恒定，減少波動。

4)頂管機安裝必須對姿態(tài)進行復測，復測無誤后方可進行掘進施工。

5)在始發(fā)階段，要注意推力、扭矩的控制，掘進總推力應控制在后盾支撐承受能力以下，同時確保在此推力下刀具切入地層所產(chǎn)生的扭矩小于頂管機臺車提供的反扭矩。

6)掘進前及過程中，要加強頂管機軸線的控制，出現(xiàn)偏差要嚴格按照糾偏原則進行糾偏。

7)每班掘進必須嚴格按照掘進指令進行，同時根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)動態(tài)調(diào)整施工參數(shù)，掘進參數(shù)的調(diào)整必須經(jīng)技術(shù)主管同意。

8)在掘進過程中對渣土進行體積與重量雙重控制，嚴格控制土體超挖。

4 結(jié)語

機械法施工聯(lián)絡通道在杭州地鐵首次成功運用，機械法施工是一種新的技術(shù)手段，較傳統(tǒng)礦山法具有工期短、對周邊環(huán)境影響小的特點，目前在多個城市累計20多個項目完工，積累了經(jīng)驗，后續(xù)在地鐵、管廊、深埋污水隧洞等工程中推廣運用。