劉成龍

(1.中鐵十四局集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250014；2.北京城鄉(xiāng)建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，北京 100067)

0 引言

新管幕法是全新的暗挖工法，核心思想有異于傳統(tǒng)新奧法，是利用大直徑密集群管頂進(jìn)施工，形成全部或部分永久鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，在此結(jié)構(gòu)支護(hù)下，進(jìn)行暗挖結(jié)構(gòu)土方大開挖，最終完成全部地下結(jié)構(gòu)[1-2]。目前，新管幕法施工只有少數(shù)國家運(yùn)用較多，而在我國起步較晚，運(yùn)用量很少，而其優(yōu)點(diǎn)較多，能很好地適應(yīng)高度發(fā)展的城市化建設(shè)需要。隨著城市化快速發(fā)展，大量公路、鐵路及水利工程建設(shè)中的下穿工程將不斷增加，新管幕法也將得到更廣泛應(yīng)用[3]。

在新管幕法施工中，張鵬等[4]、任高峰等[5]以拱北隧道曲線管幕工程為依托，總結(jié)復(fù)合地層、高地下水壓力及苛刻的周圍環(huán)境下曲線頂管管幕施工關(guān)鍵技術(shù)；朱正國等[6]通過對施工效應(yīng)進(jìn)行模擬分析，預(yù)測車站施工引起的既有隧道沉降量，確定合理的管幕預(yù)支護(hù)參數(shù)和作用效果；劉國生[7]總結(jié)了群管頂進(jìn)技術(shù)在沈陽地鐵2號線新樂遺址站風(fēng)道中的應(yīng)用；郭勇[8-9]研究了大直徑管幕首次下穿特級火車站微擾動施工技術(shù)。

1 工程概況

1.1 項目概況

太原市迎澤大街下穿火車站通道建設(shè)工程是迎澤大街東延的控制性工程，是太原市向東拓展的主通道之一。迎澤大街在太原火車站前分為上、下行，分別從車站南、北兩端下穿。通道平面采用直線形，垂直下穿站場股道。分為南、北2個通道，北通道管幕段全長102.5m，南通道管幕段全長107.5m。

1.2 管幕段概況

管幕法下穿特級火車站屬于國內(nèi)首次，南、北通道管幕段各需頂進(jìn)20根直徑2 000mm、壁厚20mm鋼管，管間距為165～235mm，鋼管頂進(jìn)完成后進(jìn)行鋼管切割支護(hù)焊接、結(jié)構(gòu)鋼筋綁扎、混凝土澆筑施工。道路等級為城市次干路，為兩孔單向四車道，通道凈高設(shè)置為4.5m。管幕段結(jié)構(gòu)全寬18.2m、全高10.5m，設(shè)計車速近期為30km/h、遠(yuǎn)期為50km/h。管幕段橫斷面如圖1所示。

圖1 管幕段橫斷面

1.3 管幕鋼管切割原理

管幕暗挖段施工為重難點(diǎn)，采用新管幕法施工，即采用頂管機(jī)下穿鐵路并敷設(shè)鋼管，沿隧道結(jié)構(gòu)線形成1圈鋼管幕，然后在鋼管內(nèi)分段分區(qū)切割鋼管，橫向澆筑鋼筋混凝土襯砌，在隧道開挖前形成穩(wěn)定的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，最后開挖中間土體，形成隧道。管幕形式為橢圓形體系，將所有已頂進(jìn)鋼管進(jìn)行管間三角區(qū)注漿加固，如圖2所示，并進(jìn)行管間內(nèi)部切割最終實現(xiàn)管間互連，形成一個整體結(jié)構(gòu)。注漿加固主要采用徑向高壓旋噴樁加固。所有管間三角區(qū)注漿加固完成后，進(jìn)行管間切割，采用氣爆切割與等離子切割相結(jié)合的方式，并將整個切割過程分2次。鋼管第1次切割在本結(jié)構(gòu)段內(nèi)由里向外依次跳作，每次嚴(yán)格按規(guī)定尺寸(長1.4m、高1.2m矩形)切割；第2次切割在本結(jié)構(gòu)段內(nèi)由里向外依次將第1次未切割的地方進(jìn)行切割，切割尺寸為長1.0m、高1.2m矩形。切割時先沿主體縱向切割，然后再沿垂直方向切割。切割跳作步序如圖3所示。

圖2 管間三角區(qū)加固范圍示意

圖3 切割跳作步序

2 管幕鋼管切割關(guān)鍵施工技術(shù)

2.1 施工準(zhǔn)備

臨時鋼支撐采用φ180×40鋼管，2節(jié)臨時支撐總長度≤1.5m，中間預(yù)留50t千斤頂空間，兩端焊接300mm×300mm×20mm弧形鋼板，如圖4所示。

圖4 臨時支撐示意

永久支撐規(guī)格為φ114×5.5鋼管，兩端支護(hù)墊鋼板尺寸為160mm×160mm×10mm，支護(hù)墊鋼管尺寸為φ98×4×40，永久支撐長1.25m，支撐內(nèi)填充C25微膨脹細(xì)石混凝土。永久支撐及支護(hù)墊如圖5所示。

圖5 永久支撐及支護(hù)墊示意

將切下的弧形鋼板用壓板機(jī)壓至平整，隨后根據(jù)鋼板下料技術(shù)交底用石筆在壓好的鋼板上畫好尺寸，由焊工將不同尺寸鋼板用等離子切割機(jī)切下，并存放好。待管幕段區(qū)域切割完畢后將鋼板運(yùn)入，嚴(yán)格把握鋼板尺寸，兩側(cè)各超出切割面2cm，以備補(bǔ)充焊接。

2.2 三角區(qū)加固

鋼管切割施工前，對鋼管間三角區(qū)土體進(jìn)行管內(nèi)徑向旋噴加固[10]，單側(cè)徑向旋噴樁φ600@550mm(見圖6)，對側(cè)水平旋噴樁沿鋼管縱向交錯布置，其中A1和A20，A7和A8，A10和A11，A17和A18鋼管間外側(cè)三角區(qū)旋噴樁加固長度為1.5m，其他管間三角區(qū)旋噴樁加固長度為1m。經(jīng)過旋噴加固的土體應(yīng)有很好的均質(zhì)性、自利性。土體加固施工流程為：根據(jù)測量隊測量放樣鋼管切割線，先用薄壁金剛鉆對鋼管進(jìn)行鉆孔，鉆機(jī)就位后，調(diào)平、對孔鉆機(jī)，調(diào)整樁機(jī)垂直度，保證鉆桿與樁位一致，偏差應(yīng)在50mm以內(nèi)，鉆孔垂直度誤差≤0.5%。鉆孔前應(yīng)調(diào)試空壓機(jī)、泥漿泵，使設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常；校驗鉆桿長度，并用紅油漆在鉆桿上標(biāo)注深度線，保證孔深滿足要求，孔口安裝密封膠圈，運(yùn)行設(shè)備旋噴加固。

圖6 三角區(qū)加固示意

2.3 測量放線

切割前進(jìn)行測量放線，要保證一定精度。測量放線由項目部測量隊實施，實行換手測量制度，確保測量放線準(zhǔn)確。對測量儀器進(jìn)行定期校核，保證儀器精度，有異常及時發(fā)現(xiàn)。測量放線時保證光線充足，對管內(nèi)光線較暗處適當(dāng)安排燈光照明。

2.4 臨時支撐安裝

1)測量員放出切割點(diǎn)后，根據(jù)點(diǎn)位拉出切割線，且定好切割1.4，1.0m區(qū)域。

2)根據(jù)切割區(qū)域?qū)⑴R時支撐(切割1.4m區(qū)域需臨時支撐，切割1.0m區(qū)域無需支撐)立在所要切割區(qū)域兩側(cè)，并用千斤頂頂實。

2.5 鋼管切割

1)鋼管切割[11]嚴(yán)格按切割線(先切割1.4m區(qū)域，待1.4m區(qū)域安裝焊接完畢后方可切割中間1.0m區(qū)域)進(jìn)行，保證切割線平直，無鋸齒。

2)嚴(yán)格控制鋼板切割縫處切線質(zhì)量，以保證焊接質(zhì)量。

3)第1次切割長度為1 400mm，第2次切割長度為1 000mm，鋼管采用氣動碳棒切割，雙側(cè)鋼管同時切割，先沿鋼管豎直方向切割，后沿水平方向切割，切割完畢后采用等離子切割機(jī)進(jìn)行切口整平及焊接剖口打設(shè)施工，剖口為30°，常規(guī)段鋼管切割如圖7所示，角部鋼管切割如圖8所示。

圖7 常規(guī)段鋼管切割示意

圖8 角部鋼管切割示意

2.6 鋼管間核心土開挖

1)人工配合電鎬及鐵鍬盡快破除裸露土面，減少土體暴露時間，由推車運(yùn)出洞外。

2)拆卸所切割區(qū)域兩側(cè)鋼板，并將鋼板運(yùn)出洞外，同時將下好料的鋼板運(yùn)進(jìn)洞內(nèi)。

3)連接鋼板安裝部位超挖量≤5mm。

2.7 砂漿找平及鋼板安裝

1)拌好的砂漿(砂、水泥配合比為2∶1)由推車運(yùn)進(jìn)洞內(nèi)，上部鋼板由升降小車配合千斤頂頂至一定距離，將拌好的砂漿放入，填實充分，壓緊鋼板，將鋼板利用電焊點(diǎn)上。

2)下部將砂漿抹平后放入鋼板，為防止變形，利用千斤頂將上、下鋼板頂至密合，并進(jìn)入下一環(huán)節(jié)鋼板焊接。

2.8 永久支撐安裝

1)鋼板安裝后，進(jìn)行支護(hù)安裝，支護(hù)縱向間距為1 200mm，橫向間距為430mm，畫好線后進(jìn)行安裝。

2)永久支撐支護(hù)墊內(nèi)要填充灌漿料，后將支護(hù)墊扣在永久支撐上，移至畫線區(qū)域，進(jìn)行點(diǎn)焊。

3)4個(角部處為6個)永久支撐安裝完畢后，進(jìn)行再次量距，符合后進(jìn)行支護(hù)滿焊，焊縫高度要求為8mm。

2.9 鋼板焊接

1)鋼板安裝完畢后，用鐵刷等徹底清除焊接面水分、鐵銹、油污、灰塵、油漆等，防止對焊接產(chǎn)生不良影響，先將所有焊縫進(jìn)行一次焊接。

2)為減小焊接應(yīng)力及變形，應(yīng)采用合理焊接順序，使焊接熱量分布均勻。

3)焊接作業(yè)時，為達(dá)到好的焊接效果，須選定合適焊條、焊接電流及焊接速度。

4)焊縫高度要求為12mm，臨土面內(nèi)側(cè)焊縫待土體開挖完成后進(jìn)行后期補(bǔ)焊，焊縫高度為8mm。

5)焊接作業(yè)中，待鋼板焊接、支護(hù)焊接完成后方可取下千斤頂，進(jìn)行后續(xù)工序。

6)待1個窗口全部焊接完成、焊縫表面打磨光滑后，方可拆除臨時支撐，卸下千斤頂移至另一個窗口。

3 施工注意事項

1)鋼管采用氣動碳棒切割及氣割，鋼管第1次切割在本結(jié)構(gòu)段內(nèi)由里向外依次跳作。每次嚴(yán)格按規(guī)定尺寸切割。切割時先沿主體縱向切割，然后再沿垂直方向切割。

2)鋼管先由一側(cè)切割，另一側(cè)暫不切割。一側(cè)切割完成，鋼板拆除后在一側(cè)進(jìn)行管間挖土。管間挖土?xí)r固定鋼板挖土面暫保留部分土體不挖。待一側(cè)管間挖土完成后進(jìn)行另一側(cè)鋼管切割。另一側(cè)鋼管切割完成后，挖土修邊，但鋼板安裝部位不得超挖。

3)鋼管切割完成后，管間貫通部位要及時焊接連接鋼板，減少土體暴露時間。鋼管切割分為2次，鋼板設(shè)置依次分2次進(jìn)行。

4)管間土體開挖完成后立即進(jìn)行支護(hù)，安裝鋼板。安裝鋼板時，對超挖部分采用砂漿充填，保證鋼板與土體密貼。安裝支護(hù)過程中，必須用千斤頂作為臨時支撐，直至鋼板焊接、支護(hù)鋼管安裝完畢。

5)采用千斤頂作為臨時支撐后，嚴(yán)格按圖紙要求進(jìn)行焊接。鋼板與鋼管交接處、支護(hù)鋼管與鋼板交接處、鋼板與相鄰鋼板交接處等必須滿焊。焊接時要嚴(yán)格保證焊接質(zhì)量，不得出現(xiàn)夾渣、咬邊等質(zhì)量缺陷。

6)本結(jié)構(gòu)段內(nèi)管間第1次切割完成后，安排進(jìn)行第2次切割，第2次切割要求與上述相同，另需控制好第1，2次切割鋼管連接處焊縫質(zhì)量，焊縫高度要求為8mm。

7)部分支護(hù)鋼管與固定鋼板非垂直設(shè)置，兩者成一定夾角，現(xiàn)場安裝時采用角規(guī)檢查角度，提前加工，以便使用。

8)鄰近洞口處鋼管二次切割時，必須待旁邊洞口二次切割鋼管支護(hù)完畢后，方可進(jìn)行。鋼管切割、焊接時保證管內(nèi)正常通風(fēng)，保持空氣清新。鋼管切割時加強(qiáng)監(jiān)控量測，保證施工質(zhì)量安全。

9)管間土體開挖完成后立即進(jìn)行支護(hù)，安裝連接鋼板。外側(cè)連接鋼板作為結(jié)構(gòu)防水的第1道防線，鋼板與鋼管間焊縫、鋼板第1，2次設(shè)置間焊縫質(zhì)量須滿足設(shè)計強(qiáng)度要求。連接鋼板尺寸應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場鋼管切割后具體尺寸設(shè)置，但必須確保鋼板設(shè)置達(dá)到設(shè)計要求。連接鋼板安裝部位超挖量≤5mm，對超挖部分采用砂漿充填，保證鋼板與土體密貼。

10)連接鋼板安裝過程中，必須用千斤頂作為臨時支撐，直至連接鋼板焊接、安裝完畢。支護(hù)鋼管在主體結(jié)構(gòu)施工前起支撐穩(wěn)定管內(nèi)空間作用，因此，支護(hù)鋼管設(shè)置應(yīng)牢固，并垂直設(shè)置。焊接時要嚴(yán)格保證焊接質(zhì)量，不得出現(xiàn)夾渣、咬邊等質(zhì)量缺陷。

11)鋼管切割、焊接時采用壓入式通風(fēng)，風(fēng)機(jī)和啟動裝置安裝在距離管口30m以外的新鮮空氣處，風(fēng)機(jī)將新鮮風(fēng)流經(jīng)風(fēng)管壓送至施工工作面，污風(fēng)沿鋼管排出。

4 結(jié)語

1)管間三角區(qū)注漿加固，使?jié){液與土中水、泥等物質(zhì)有效凝結(jié)，充分固化，極大地控制了變形。

2)臨時支撐+永久支撐的方式，可保證管幕支護(hù)結(jié)構(gòu)一體化穩(wěn)定性及施工質(zhì)量。

3)切割跳作方式不僅保證了施工過程中的安全性，而且提高了工作效率，縮短了工期。

4)鋼管間切割利用氣爆切割結(jié)合等離子切割方式，針對不同切割難度采用不同切割手法，施工質(zhì)量高，縮短了工期。