鄭國棟

（大慶市城市管理事業(yè)發(fā)展中心，黑龍江 大慶 163000）

蘇通管廊隧道連接蘇州與南通，全長5.54km，管廊外徑11.6m，斷面為105.7m2；內(nèi)徑10.5m，斷面為86.6m2。上部覆蓋土層的最大厚度為48.6m，最小厚度為12.3m。工程所在位置為長三角平原的開闊地帶,南北兩側(cè)有長江大堤,南側(cè)約120m處有一條公路，距離蘇通大橋展覽館約70m。部分區(qū)域風(fēng)化嚴(yán)重，巖層結(jié)構(gòu)破碎，使得施工難度增大，具有一定的安全隱患。

1 城市綜合管廊盾構(gòu)法的施工設(shè)計(jì)

1.1 盾構(gòu)始發(fā)通道及始發(fā)井基坑設(shè)計(jì)

1.1.1 盾構(gòu)始發(fā)井設(shè)計(jì)

結(jié)合前期地質(zhì)調(diào)查結(jié)果，確定盾構(gòu)始發(fā)井的施工采用“高壓旋噴+凍結(jié)法+攪拌樁加固”的方案。參考設(shè)計(jì)方案，確定加固寬度為12m，隧道兩側(cè)各6m；加固深度為10m，分為兩段，上段從拱頂開始向下5m，下端從隧道底部向上5m。在始發(fā)井一側(cè)3m處，提前開挖2處降水井，為施工創(chuàng)造良好條件，進(jìn)行地表整平后，架設(shè)鉆機(jī)，垂直向下鉆孔至指定深度。檢查鉆孔不存在偏斜、坍塌、開裂等問題后，將旋噴頭沿著鉆孔放入，啟動(dòng)旋噴機(jī)完成高壓旋噴。泥漿與土體結(jié)合后形成堅(jiān)硬的樁體，可以起到支撐、加固的效果。盾構(gòu)始發(fā)井加固平面如圖1所示。

圖1 盾構(gòu)始發(fā)井加固平面圖

1.1.2 施工通道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了保證盾構(gòu)機(jī)正常作業(yè)，通道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則：其一是環(huán)境適應(yīng)性原則。既要保證工程作業(yè)環(huán)境的安全，又要保證盾構(gòu)施工不會(huì)對周邊環(huán)境造成破壞影響；其二是性能協(xié)調(diào)性原則。綜合考慮通道結(jié)構(gòu)的多種性能，并保證這些性能協(xié)調(diào)，包括強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性等；其三是參數(shù)精確性原則。測量誤差、結(jié)構(gòu)變形、施工誤差等都要考慮在內(nèi)，并對最大誤差作出明確要求，提高設(shè)計(jì)方案的指導(dǎo)作用。始發(fā)井及施工通道的工程參數(shù)如表1所示。

表1 始發(fā)井及施工通道工程規(guī)模表

（1）圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)前期地質(zhì)勘察可知，項(xiàng)目所在區(qū)域有不同程度的圍巖破碎情況，因此在管廊隧道施工中，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)也是需要關(guān)注的重點(diǎn)。根據(jù)現(xiàn)行的《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ 120-2012），該工程的支護(hù)結(jié)構(gòu)安全等級應(yīng)達(dá)到3級，支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全等級支護(hù)結(jié)構(gòu)失效、土體過大變形對基坑周邊環(huán)境或主體結(jié)構(gòu)施工安全影響不嚴(yán)重。

（2）圍護(hù)結(jié)構(gòu)型式的選擇

從受力形式上來看，圍護(hù)結(jié)構(gòu)主要承受來自外側(cè)土體帶來的壓力，以及部分地下水壓力。綜合來看，地下連續(xù)墻兼具了加固和防滲兩種效果，可以作為本次工程中的圍護(hù)結(jié)構(gòu)。在具體的參數(shù)設(shè)計(jì)上，地下連續(xù)墻的深度為16.0m，厚度為1.0m，采用逆作法施工，開槽之后下放鋼筋籠，固定鋼筋籠后澆筑混凝土，養(yǎng)護(hù)成型后進(jìn)行強(qiáng)度測試，強(qiáng)度達(dá)標(biāo)后即可保障管廊隧道的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和現(xiàn)場施工安全。

1.1.3 工作井防水設(shè)計(jì)

工作井防水主要分為兩部分，即主體結(jié)構(gòu)自防水和結(jié)構(gòu)外防水。前者使用C40防水混凝土，混凝土制備過程中摻加防滲劑、引氣劑，保證工作井的主體結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的抗?jié)B能力、抗凍能力。水膠比方面，設(shè)計(jì)最大值為0.5。水泥選擇普通硅酸鹽水泥，II級粉煤灰，其品質(zhì)需達(dá)到《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T 1596-2015）中的相關(guān)要求。骨料方面，粗骨料的粒徑不超過30mm，細(xì)骨料的粒徑不超過10mm。拌和各類物料的水需要符合《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ 63-2006）。后者為疊合結(jié)構(gòu)，連續(xù)墻接縫不得超過5mm，連續(xù)墻與主題結(jié)構(gòu)之間需要做密封處理，防止接縫處滲水。

1.2 盾構(gòu)隧道線位選擇及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.2.1 線位選擇

在線路設(shè)計(jì)方面，需要從兩個(gè)角度考慮：（1）平面設(shè)計(jì)。將起始點(diǎn)設(shè)立在位于長江南側(cè)的始發(fā)井，橫跨江面向北走行。在距離蘇通大橋展覽館最短距離達(dá)到400m后，開始向東偏斜30°，下穿長江大堤后進(jìn)入長江河道，達(dá)到北岸后，沿最短距離達(dá)到北岸工作井，線路總長度5122.5m。（2）斷面設(shè)計(jì)。仍然將起始點(diǎn)設(shè)立在長江南側(cè)的始發(fā)井，按照6%的坡度下行400m；然后調(diào)整坡度，繼續(xù)以2.5%的坡度下行750m；調(diào)整坡度為0.8%，下行360m后達(dá)到隧道最低點(diǎn)。之后以“U”字型開始連續(xù)上坡，分別是0.5%坡度上行400m，1%坡度上行180m，最后是5%坡度上行440m，達(dá)到北岸接收井。

1.2.2 隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

此部分的設(shè)計(jì)內(nèi)容，主要考慮材料的選擇、斷面的布置、管片設(shè)計(jì)等。其中，盾構(gòu)隧道管片是重點(diǎn)，需要引起高度重視。本次工程中選擇了楔型管片，并對管片的具體參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。具體參數(shù)如表2所示。

表2 楔型管片的具體參數(shù)

接頭連接方式也是隧道管廊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要重視的問題。結(jié)合以往的施工經(jīng)驗(yàn)，斜螺栓具有明顯優(yōu)勢?；谛甭菟ǖ慕宇^連接方式如圖2、圖3所示。

圖2 斜螺栓的縱向連接構(gòu)造圖

圖3 斜螺栓環(huán)線連接構(gòu)造圖

另外，在管片的制作精度方面，也有嚴(yán)格的要求。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)遵循相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，保證進(jìn)度達(dá)標(biāo)。例如，單塊管片在寬度方面的允許誤差為±0.5mm，在弧長、弦長方面的允許誤差為±1.0mm，內(nèi)、外徑的最大允許誤差為1mm。對于拼裝完成后的管片結(jié)構(gòu)，相鄰兩片之間的間隙誤差不得超過1.0mm，環(huán)向螺栓孔不同軸度的高度差應(yīng)當(dāng)控制在1mm以內(nèi)。

1.2.3 隧道防水設(shè)計(jì)

盾構(gòu)段需要做防水處理的部分主要包括管片自防水、襯砌外注漿防水、襯砌接縫防水以及襯砌盲點(diǎn)防水等。各處的防水設(shè)計(jì)和具體要求各有不同。

管片自防水方面，可以通過優(yōu)化材料的方式達(dá)到該目的。由于隧道管片的主要材料為混凝土，在制備混凝土?xí)r可以選擇抗水性能優(yōu)良的中熱硅酸鹽水泥，提高混凝土的密實(shí)度，降低管片結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的概率，從而達(dá)到較為理想的防水、防滲效果。

襯砌接縫防水方面，是整個(gè)管片防水的關(guān)鍵。為了保證良好的防滲效果，在設(shè)計(jì)中使用了3重防滲方案，如圖4所示。

圖4 襯砌接縫三重防水結(jié)構(gòu)圖

第一層為彈性密封墊。材料為橡膠，通過管片擠壓實(shí)現(xiàn)密封，進(jìn)而達(dá)到預(yù)期的防水效果。該部位設(shè)計(jì)時(shí)要注意檢查管片與橡膠墊接觸的內(nèi)端面是否順滑，如果有裂縫、缺口，可能會(huì)劃傷橡膠墊而導(dǎo)致密封效果變差。還有就是完成安裝后，必須進(jìn)行閉水試驗(yàn)，以檢查密封性是否良好。第二層為聚乙型氨酯彈性體，此類材料的特性是遇水后體積膨脹，完全充填襯砌接縫，以提高防滲能力。第三層為氯丁海綿橡膠，除了防水、防滲的功能外，還可以防止雜物進(jìn)入。

2 結(jié)合新技術(shù)的盾構(gòu)施工操作

2.1 基于隧道情況選擇盾構(gòu)機(jī)性能

結(jié)合調(diào)查資料和設(shè)計(jì)方案，本次工程中選擇氣墊式泥水平衡盾構(gòu)機(jī)，自帶刀盤、刀具磨損報(bào)警功能，可以提醒現(xiàn)場施工人員及時(shí)更換刀盤、刀具，降低掘進(jìn)阻力。同時(shí)具有自動(dòng)更換刀具的功能，解決了狹小空間內(nèi)人工更換不便的問題。

2.2 盾構(gòu)掘進(jìn)

首先進(jìn)行試掘進(jìn)段，在這一過程中注意觀察盾構(gòu)機(jī)各項(xiàng)參數(shù)是否穩(wěn)定、掘進(jìn)效果是否符合施工要求。確定不存在問題后繼續(xù)向前掘進(jìn)。掘進(jìn)過程中密切做好隧道內(nèi)的滲水監(jiān)測、變形監(jiān)測，要求每100m3的滲漏量不超過0.2L/m3，每24h的變形量不超過0.02mm，隧道軸線和折角變化不能超過0.5%。另外，做好盾構(gòu)推進(jìn)壓力、盾構(gòu)掘進(jìn)速度、盾構(gòu)刀盤壓力、刀盤轉(zhuǎn)速、泥水倉壓力、泥漿流量、注脂壓力、注漿壓力、盾構(gòu)豎直及水平偏差及盾勾機(jī)各設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等施工記錄。盾構(gòu)機(jī)的操作人員需要嚴(yán)格遵循操作規(guī)程，對于盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程中出現(xiàn)偏差的情況，應(yīng)及時(shí)報(bào)告給現(xiàn)場負(fù)責(zé)人，采取糾偏措施，確認(rèn)誤差符合標(biāo)準(zhǔn)后再繼續(xù)向前掘進(jìn)。

2.3 盾構(gòu)到達(dá)施工

盾構(gòu)到達(dá)施工是指從盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)到達(dá)接收井之前50m到盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)貫通進(jìn)入接收井被推上盾構(gòu)接收基座的整個(gè)施工過程。該部分的工作內(nèi)容包括：（1）到達(dá)端頭加固；（2）盾構(gòu)機(jī)定位及到達(dá)端洞口位置復(fù)核測量；（3）洞口處理；（4）盾構(gòu)到達(dá)段掘進(jìn)；（5）碴士清理及洞門臨時(shí)密封裝置安裝；（6）接收基座安裝及盾構(gòu)機(jī)步上接收基座；（7）洞門圈封堵。

2.4 盾構(gòu)機(jī)拆卸

上述工作結(jié)束后，按照既定的操作方案將盾構(gòu)機(jī)逐步拆解，拆解后的大件零件、設(shè)備等需要使用汽車依次運(yùn)出，并做好現(xiàn)場清理。

3 結(jié)束語

盾構(gòu)法已經(jīng)被廣泛運(yùn)用于管道當(dāng)前的市政工程建設(shè)中，并且在實(shí)際應(yīng)用中表現(xiàn)出了噪音低、揚(yáng)塵少等生態(tài)效益，以及效率高、成本低等經(jīng)濟(jì)效益。雖然盾構(gòu)法具有諸多優(yōu)勢，但是對施工技術(shù)與現(xiàn)場管理也提出了嚴(yán)格的要求。施工單位需要提前開展周密的勘察和做好科學(xué)的設(shè)計(jì)，尤其是在始發(fā)井設(shè)計(jì)、通道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工作井防水設(shè)計(jì)等方面，要保證設(shè)計(jì)方案詳細(xì)、可行。在具體施工時(shí)，還要樹立全過程質(zhì)量管控理念，才能讓盾構(gòu)施工安全、高效進(jìn)行，在保障工程質(zhì)量的前提下，維護(hù)企業(yè)自身的經(jīng)濟(jì)效益。