地鐵盾構(gòu)維修通道施工方法分析
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摘要:盾構(gòu)法施工因其具有安全、快速、環(huán)保等優(yōu)勢(shì)在城市地鐵施工中發(fā)展迅猛，但盾構(gòu)施工過(guò)程中存在發(fā)生故障的風(fēng)險(xiǎn)。介紹了石家莊地鐵區(qū)間盾構(gòu)維修通道施工方法，由已完工右線(xiàn)區(qū)間向左線(xiàn)開(kāi)挖導(dǎo)洞。維修人員在正洞內(nèi)進(jìn)行盾構(gòu)維修。該方法結(jié)合工程實(shí)際并充分研究現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境，達(dá)到了對(duì)故障盾構(gòu)及時(shí)維修的目的。對(duì)盾構(gòu)施工相關(guān)技術(shù)人員有所參考和借鑒。
關(guān)鍵詞:石家莊地鐵盾構(gòu)，維修通道，施工方法
當(dāng)今在我國(guó)城市建設(shè)中，地鐵工程建設(shè)發(fā)展在一定程度上代表了城市現(xiàn)代化發(fā)展水平。因盾構(gòu)施工在地鐵區(qū)間施工中安全、快速、對(duì)地面環(huán)境無(wú)影響等優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)在多數(shù)地鐵區(qū)間施工中采用［1］。由于盾構(gòu)掘進(jìn)施工過(guò)程中存在技術(shù)復(fù)雜等風(fēng)險(xiǎn)因素，地質(zhì)條件不確定性或盾構(gòu)機(jī)自身機(jī)械方面及刀盤(pán)磨損等原因，因此盾構(gòu)機(jī)發(fā)生故障的風(fēng)險(xiǎn)在施工中是客觀(guān)存在的，故障盾構(gòu)維修是必要的。結(jié)合石家莊市城市軌道交通3號(hào)線(xiàn)地鐵工程?hào)|廣場(chǎng)站—孫村站區(qū)間左線(xiàn)盾構(gòu)出現(xiàn)故障后，根據(jù)工程施工環(huán)境，在不影響地面環(huán)境下提出在區(qū)間右線(xiàn)開(kāi)挖橫導(dǎo)洞至左線(xiàn)隧道內(nèi)，然后施作正洞維修空間，從而進(jìn)行盾構(gòu)維修，達(dá)到盾構(gòu)快速維修和盾構(gòu)繼續(xù)順利掘進(jìn)的目的。
1工程概況
本地鐵東廣場(chǎng)站—孫村站區(qū)間線(xiàn)路整體呈東西走向，沿線(xiàn)地表建構(gòu)筑物為磚混結(jié)構(gòu)類(lèi)低矮房屋、高層商業(yè)及住宅樓。盾構(gòu)機(jī)故障區(qū)間為東廣場(chǎng)站—孫村站區(qū)間左線(xiàn)，東西走向，該區(qū)間盾構(gòu)機(jī)均從孫村站始發(fā)，東廣場(chǎng)站接收。
2故障盾構(gòu)機(jī)所處位置及地質(zhì)情況
2．1盾構(gòu)機(jī)故障位置
盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時(shí)刀盤(pán)扭矩突然增大，無(wú)法正常掘進(jìn)，需要停機(jī)維修。該區(qū)間共741環(huán)，自東向西掘進(jìn)至575環(huán)，剩余166環(huán)處盾構(gòu)機(jī)因故障停機(jī)。該處上方地面為圣安駕校訓(xùn)練場(chǎng)，盾構(gòu)機(jī)頂覆土厚度約13．5m。
2．2地質(zhì)情況
洞身及洞頂為粉質(zhì)黏土，洞底為粉質(zhì)黏土局部夾薄層細(xì)砂。粉質(zhì)黏土:黃褐色，可塑～堅(jiān)硬，土質(zhì)均勻，局部含少量姜石及鈣質(zhì)結(jié)核。細(xì)砂:褐黃色，中密～密實(shí)，稍濕，以石英、長(zhǎng)石為主，含云母。該地質(zhì)情況描述依據(jù)經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘察后提供的區(qū)間地質(zhì)剖面見(jiàn)圖1。
3方案選擇
維修通道土建施工及盾構(gòu)機(jī)維修為區(qū)間左線(xiàn)盾構(gòu)機(jī)。區(qū)間右線(xiàn)已貫通，左線(xiàn)盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)至第575環(huán)時(shí)出現(xiàn)機(jī)械故障停機(jī)。因盾構(gòu)機(jī)停機(jī)位置上方地面為圣安駕校訓(xùn)練場(chǎng)，在不影響駕校正常訓(xùn)練前提下經(jīng)綜合研究確定，采用在區(qū)間右線(xiàn)開(kāi)挖橫導(dǎo)洞至左線(xiàn)隧道內(nèi)，然后施作正洞維修空間，進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)維修的方案。維修通道由橫向?qū)Ф醇翱v向主洞構(gòu)成，導(dǎo)洞斷面形式采用矩形，頂部設(shè)拱，由單層初支構(gòu)成，無(wú)二次襯砌。正洞斷面形式采用圓形，雙層初支結(jié)構(gòu)四周預(yù)留安全距離。正洞縱向長(zhǎng)度為從盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)前方沿盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)方向3m。盾構(gòu)維修完成后進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)調(diào)試、通道回填、盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)及洞門(mén)恢復(fù)。
4維修通道施工方法
4．1維修通道總體施工流程
架設(shè)維修通道管片臨時(shí)支架→導(dǎo)洞洞門(mén)兩側(cè)采用深孔注漿對(duì)土體進(jìn)行加固→擴(kuò)大開(kāi)挖斷面→正洞施工采用水泥—水玻璃進(jìn)行深孔注漿加固，采用小導(dǎo)洞法開(kāi)挖→在初期支護(hù)全部封閉成環(huán)后進(jìn)行背后注漿→正洞土方開(kāi)挖施工時(shí)進(jìn)行刀盤(pán)臨時(shí)固定。待圍巖及初支基本穩(wěn)定后進(jìn)入通道內(nèi)進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)維修→安裝盾體支撐架，盾構(gòu)機(jī)帶刀盤(pán)空推1m，形成作業(yè)空間→進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)維修及調(diào)試→施作盾構(gòu)機(jī)導(dǎo)臺(tái)，并進(jìn)行正洞土方回填→盾構(gòu)機(jī)在正洞內(nèi)進(jìn)行空推，空推至正洞與導(dǎo)洞交界處(馬頭門(mén)處)停止→破除導(dǎo)洞的臨時(shí)仰拱→盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)→導(dǎo)洞回填及洞門(mén)恢復(fù)。
4．2維修通道開(kāi)洞門(mén)施工
4．2．1深孔注漿根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙說(shuō)明和開(kāi)挖掌子面素描，維修通道開(kāi)挖斷面主要為粉質(zhì)黏土，局部夾薄層細(xì)砂，含少量姜石及鈣質(zhì)結(jié)核，土質(zhì)均勻，土質(zhì)條件較好。為了保證開(kāi)挖過(guò)程中土體的穩(wěn)定，保證周邊道路安全，在管片割除之前，采用全斷面深孔注漿方案。
4．2．2洞門(mén)破除深孔注漿達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，對(duì)洞門(mén)管片進(jìn)行拆除。洞門(mén)破除使用取芯鉆機(jī)分塊切割，切割前將管片的切割范圍用紅油漆明顯標(biāo)識(shí)出來(lái)，切割時(shí)嚴(yán)格按標(biāo)識(shí)線(xiàn)進(jìn)行管片切割，切割時(shí)從上到下進(jìn)行，將切割下來(lái)的管片運(yùn)出隧道，然后清理管片切割面。洞門(mén)形狀為矩形，總體切割寬度為1．8m，高為2．5m，進(jìn)洞后進(jìn)行擴(kuò)挖。切割分2步進(jìn)行:切割上臺(tái)階范圍管片，切割寬度為1．8m，高為1．5m，切割完成后，拉除管片，進(jìn)洞后進(jìn)行擴(kuò)挖，開(kāi)挖上臺(tái)階，噴射35mm厚混凝土，打設(shè)超前小導(dǎo)管，進(jìn)行3榀格柵拱架聯(lián)立，完成拱部及邊墻的初期支護(hù)，管片邊緣與第一榀格柵間隔處，及時(shí)布置150×150的HRB400直徑22mm鋼筋，完成噴錨支護(hù)。
4．3維修通道初支施工
4．3．1土方開(kāi)挖總體方案導(dǎo)洞采用臺(tái)階法進(jìn)行開(kāi)挖，按截面高度分2個(gè)～4個(gè)臺(tái)階進(jìn)行，進(jìn)洞時(shí)按兩個(gè)臺(tái)階進(jìn)行開(kāi)挖，隨著截面高度變大，臺(tái)階數(shù)量變?yōu)?個(gè)～4個(gè)，其中，第2，3個(gè)臺(tái)階以臨時(shí)仰拱為分界。導(dǎo)洞臺(tái)階分布如圖2所示。正洞按小導(dǎo)洞法進(jìn)行開(kāi)挖，以十字中隔壁為界分4個(gè)小導(dǎo)洞進(jìn)行，每個(gè)小導(dǎo)洞分別整體開(kāi)挖，預(yù)留核心土。正洞小導(dǎo)洞按編號(hào)①→②→③→④的順序分部進(jìn)行開(kāi)挖，具體開(kāi)挖順序如圖3所示。暗挖施工嚴(yán)格遵循“管超前、嚴(yán)注漿、短開(kāi)挖、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測(cè)”的十八字方針。嚴(yán)格控制每循環(huán)進(jìn)尺，盡快封閉初期支護(hù)，減少地層松弛。施作混凝土小導(dǎo)管前，上半部掌子面應(yīng)做噴錨封閉。遇掌子面不穩(wěn)定時(shí)，應(yīng)及時(shí)噴混凝土封閉;遇開(kāi)挖面有水時(shí)，應(yīng)進(jìn)行掌子面注漿封閉。
4．3．2導(dǎo)洞初支施工流程為:導(dǎo)洞土體上方打設(shè)超前小導(dǎo)管注漿加固→導(dǎo)洞上部土方開(kāi)挖→初噴混凝土→架設(shè)側(cè)墻及拱頂格柵拱架→打設(shè)邊墻土釘→掛網(wǎng)錨噴混凝土→土釘注漿→隧道導(dǎo)洞下部土方開(kāi)挖→初噴混凝土→架設(shè)側(cè)墻及底部鋼格柵→打設(shè)邊墻土釘→掛網(wǎng)錨噴混凝土(隧道土方開(kāi)挖循環(huán)施作混凝土)→土釘注漿。
4．3．3正洞初支正洞斷面形式采用圓形，雙層初支結(jié)構(gòu)，外層初支結(jié)構(gòu)厚度為35cm，內(nèi)層初支結(jié)構(gòu)厚度為30cm，內(nèi)層初支形成的凈空半徑為3440mm，盾構(gòu)機(jī)半徑為3140mm，四周預(yù)留300mm安全距離。正洞縱向長(zhǎng)度為從盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)前方沿盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)方向3m。施工流程為:正洞開(kāi)挖時(shí)以十字中隔壁為界分4個(gè)小導(dǎo)洞進(jìn)行開(kāi)挖，每個(gè)小導(dǎo)洞整體開(kāi)挖，開(kāi)挖過(guò)程中及時(shí)支護(hù)并封閉成環(huán)。每個(gè)小導(dǎo)洞開(kāi)挖時(shí)，每步進(jìn)尺0．5m，同格柵間距，水平中隔壁上部小導(dǎo)洞(編號(hào)①②小導(dǎo)洞)開(kāi)挖時(shí)需預(yù)留核心土，核心土兩側(cè)預(yù)留格柵及中隔壁安裝、噴錨施工的工作空間。每個(gè)小導(dǎo)洞施工時(shí)首先架設(shè)外層初支格柵鋼架并掛網(wǎng)噴射35cm厚C25混凝土，施作混凝土豎向中隔壁并噴射30cm厚C25混凝土。隨后挖除核心土，施作混凝土水平中隔壁并噴射30cm厚C25混凝土(編號(hào)③④小導(dǎo)洞施工時(shí)此步驟為施作混凝土外層底部初支格柵鋼架并掛網(wǎng)噴射35cm厚C25混凝土)，使小導(dǎo)洞外層初支及時(shí)封閉成環(huán)。隨后架設(shè)內(nèi)層初支格柵鋼架并掛網(wǎng)噴射30cm厚C25混凝土。上一小導(dǎo)洞施工完畢后進(jìn)行下一小導(dǎo)洞施工。正洞中編號(hào)①②的小導(dǎo)洞進(jìn)行外層格柵鋼架架設(shè)時(shí)需打設(shè)鎖腳錨桿，外層初支混凝土噴射完成后進(jìn)行土釘注漿。安裝外層初支格柵及中隔壁時(shí)預(yù)留連接筋，連接筋與外層初支格柵及中隔壁型鋼焊接，作為內(nèi)層初支施工時(shí)的連接措施。
4．3．4正洞十字中隔壁的安裝和拆除1)正洞十字中隔壁安裝。十字中隔壁采用Ⅰ18型鋼+連接筋+C25早強(qiáng)網(wǎng)噴混凝土形式，厚度為300mm，型鋼與邊墻格柵做可靠焊接連接。正洞外層初支施工時(shí)，格柵安裝完成后，Ⅰ18型鋼與正洞外層初支格柵采用雙層鋼板+螺栓的形式進(jìn)行連接，鋼板厚度為10mm，兩層鋼板中間加設(shè)橡膠墊板，聯(lián)接螺栓為M24，螺母為M24，每個(gè)螺栓螺母配兩個(gè)平墊圈。型鋼與鋼板采用焊接連接，所有接觸點(diǎn)均要滿(mǎn)焊。具體如圖4所示。連接完成后噴射正洞初支及中隔壁混凝土。Ⅰ18型鋼間距為500mm，同正洞外層初支格柵間距，型鋼外設(shè)置鋼筋網(wǎng)，與型鋼焊接固定。上下兩段Ⅰ18型鋼采用焊接進(jìn)行連接，同時(shí)采用10mm厚鋼板進(jìn)行幫焊。Ⅰ18型鋼與正洞內(nèi)層初支格柵采用HRB400，直徑22連接筋進(jìn)行焊接連接。2)正洞十字中隔壁拆除。a．搭設(shè)鋼管簡(jiǎn)易平臺(tái)并防護(hù);b．布置變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)，確保安全;c．鑿除臨時(shí)型鋼間的噴混凝土及鋼筋網(wǎng);d．拆除中隔壁鋼架。
5盾構(gòu)機(jī)預(yù)推進(jìn)、二次始發(fā)
盾構(gòu)機(jī)維修調(diào)試完成后，盾構(gòu)機(jī)在正洞范圍內(nèi)進(jìn)行空推?？胀七^(guò)程中，盾體兩側(cè)及底部填充沙袋。盾構(gòu)空推過(guò)程中初支與盾構(gòu)管片之間空隙，可通過(guò)刀盤(pán)周邊逆向充填或采用高壓風(fēng)從吊裝孔填入細(xì)砂，充實(shí)空隙。加強(qiáng)同步注漿與二次注漿，確?；靥蠲軐?shí)。在檢修通道區(qū)間正洞范圍，在盾構(gòu)推進(jìn)前先對(duì)管片范圍外側(cè)采用黏土進(jìn)行回填，并確保回填效果。導(dǎo)洞土方回填完成后，盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行二次始發(fā)。
6結(jié)語(yǔ)
盾構(gòu)維修通道施工方法應(yīng)考慮實(shí)際工程地質(zhì)和水文地質(zhì)、地面施工環(huán)境等綜合因素影響最終確定。通過(guò)對(duì)石家莊東廣場(chǎng)站—孫村站區(qū)間盾構(gòu)機(jī)維修通道施工方法進(jìn)行闡述，在施工過(guò)程中監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與預(yù)測(cè)值相比較，判斷前一步施工工藝和支護(hù)參數(shù)是否符合預(yù)期要求，以確定和調(diào)整下一步施工，確保施工安全和地表建筑物、地下管線(xiàn)的安全。通過(guò)采取以上施工方法及措施并實(shí)施后，有效控制了維修通道施工進(jìn)度、安全和質(zhì)量，保證了盾構(gòu)機(jī)順利維修和繼續(xù)掘進(jìn)，為保證其地鐵工程建設(shè)進(jìn)度和質(zhì)量起到一定作用。該施工方法既解決了城市地鐵盾構(gòu)施工檢修占地難、影響地面環(huán)境等問(wèn)題，又確保了盾構(gòu)維修人員安全，為今后地鐵施工類(lèi)似地層中盾構(gòu)維修通道施工方法積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)［2］。為在本施工方法上進(jìn)行改進(jìn)和提高打下基礎(chǔ)，拓展了研究盾構(gòu)維修施工通道解決方案思路。希望對(duì)于類(lèi)似工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件下的維修通道施工有所借鑒。
參考文獻(xiàn):
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［2］趙國(guó)，馬安紅．淺談小豎井法檢修盾構(gòu)刀具［J］．市政技術(shù)，2013，5(9):74-76.
作者：解炳烈 孫斌 王躍 張魚(yú) 單位：中土大地國(guó)際建筑設(shè)計(jì)有限公司
