地鐵超限盾構(gòu)隧道暗挖改造設(shè)計(jì)

張恒睿

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，北京　100055)

Reconstruction Design of Subsurface Excavation of Metro Shield in Tunneling Deviate from the Original Line

ZHANG Hengrui

地鐵超限盾構(gòu)隧道暗挖改造設(shè)計(jì)

張恒睿

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司，北京100055)

Reconstruction Design of Subsurface Excavation of Metro Shield in Tunneling Deviate from the Original Line

ZHANG Hengrui

摘要以成都地鐵1號(hào)線南延線華陽(yáng)站—廣都北站區(qū)間右線盾構(gòu)隧道嚴(yán)重超限事故為例，詳細(xì)論述以恢復(fù)原設(shè)計(jì)高程為目的的暗挖改造處理方案、施工步序、重點(diǎn)關(guān)注部位及處理措施。

關(guān)鍵詞盾構(gòu)隧道超限暗挖改造設(shè)計(jì)切割管片

1工程概況

成都地鐵1號(hào)線南延線華陽(yáng)站—廣都北站區(qū)間，自華陽(yáng)站南端頭華廣明挖區(qū)間出發(fā)，以半徑350 m的左轉(zhuǎn)曲線進(jìn)入廣都北站西端頭。沿線下穿天府大道、晉元鴻閣一號(hào)小區(qū)樓、華油集團(tuán)騰龍公司庫(kù)房，側(cè)穿城南名著14、15號(hào)樓，盾構(gòu)區(qū)間左線隧道已施工完成(如圖1)。

圖1　超限隧道縱剖面

2014年3月7日，盾構(gòu)機(jī)從廣都北站西端頭右線始發(fā)，向華陽(yáng)站方向掘進(jìn)，當(dāng)盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)至第59環(huán)時(shí)，對(duì)管片姿態(tài)進(jìn)行測(cè)量發(fā)現(xiàn)，第16～59環(huán)管片均出現(xiàn)不同程度的豎向偏差，最大偏差出現(xiàn)在第59環(huán)，高出設(shè)計(jì)高程2 260 mm。

2處理方案

經(jīng)各方研究討論，提出了兩種解決方案：一是調(diào)線調(diào)坡方案，利用現(xiàn)狀已施工完成的59環(huán)盾構(gòu)隧道，根據(jù)前后技術(shù)條件，調(diào)整線路縱斷面設(shè)計(jì)，盾構(gòu)機(jī)繼續(xù)推進(jìn)；二是恢復(fù)原設(shè)計(jì)線路方案：對(duì)已施工盾構(gòu)段進(jìn)行暗挖改造，恢復(fù)線路至原設(shè)計(jì)高程，新增盾構(gòu)井，盾構(gòu)機(jī)重新始發(fā)。經(jīng)綜合、深入比較，調(diào)線調(diào)坡方案雖能利用現(xiàn)狀已施工完成的隧道，方便施工，節(jié)省投資，有利于工期推進(jìn)，但該方案對(duì)區(qū)間后續(xù)運(yùn)營(yíng)及維護(hù)存在長(zhǎng)期影響，綜合考慮，相關(guān)各方?jīng)Q定采取恢復(fù)原盾構(gòu)區(qū)間縱斷面設(shè)計(jì)高程的改造方案。具體步驟如下：

①在里程GYDK25+507.0～GYDK25+528.233(短鏈6.933m)設(shè)置一座盾構(gòu)接收井，將現(xiàn)有的盾構(gòu)機(jī)解體吊出。

②現(xiàn)有盾構(gòu)機(jī)吊出后，從接收井向廣都北站方向進(jìn)行超限段暗挖改造施工。

圖2　暗挖改造方案示意

③增加一臺(tái)盾構(gòu)機(jī)，從華廣明挖區(qū)間南端頭始發(fā)，施工剩余隧道，到達(dá)盾構(gòu)接收井后解體吊出(如圖2)。新增盾構(gòu)接收井至廣都北站區(qū)間超限隧道暗挖改造段全長(zhǎng)65.987 m，隧道結(jié)構(gòu)形式為單線單洞斷面，線路平面為直線段，區(qū)間左右線線間距15 m。隧道最大線路縱坡為24.872‰，最小縱坡為2.0‰，豎曲線半徑為3 000 m，隧道拱頂埋深為10.3～9.3 m。

根據(jù)隧道超限情況、斷面形式、埋深及所處地質(zhì)條件，為充分利用既有管片的承載能力，將暗挖改造段隧道分為局部拆除管片段和全部拆除管片段：由廣都北站向華陽(yáng)站方向，右線16環(huán)～33環(huán)管片全部拆除；34環(huán)～39環(huán)拱部120°管片保留；40環(huán)～59環(huán)拱部150°管片保留；1環(huán)～15環(huán)管片超限情況在規(guī)范允許范圍，無(wú)需進(jìn)行改造，但需提前對(duì)管片采取縱向拉結(jié)措施，避免改造段施工導(dǎo)致該段管片松弛變形、環(huán)縫增大、滲漏水等情況。

改造段隧道采用淺埋暗挖法及噴錨構(gòu)筑法進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工，提前加固地層，分步破除管片；采用復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，即以錨桿、鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土和鋼架為初期支護(hù)，以模筑鋼筋砼為二次襯砌，初期支護(hù)與二次襯砌間設(shè)全封閉防水隔離層。

3暗挖改造措施及施工步序

3.1　局部拆除管片段

暗挖改造段管片拱部180°范圍提前徑向注漿加固，保留管片范圍注漿管端部設(shè)置墊板，墊板尺寸為150 m×150 m×10 mm。邊墻180°～270°范圍在拆除管片、局部開(kāi)挖、架設(shè)格柵鋼架后，打設(shè)鋼花管并注漿，以穩(wěn)定邊墻，注漿管端部與格柵鋼架焊接牢固。

施工時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況充分利用既有管片拼接接縫，確定管片保留范圍，減少切割線，保證管片的整體性，保留管片以不侵入暗挖隧道二襯結(jié)構(gòu)為原則，在縱向切割線上方40 cm處打設(shè)鎖腳錨管。考慮現(xiàn)場(chǎng)空間條件限制，鎖腳錨管長(zhǎng)度按不小于3 m，角度按不小于10°控制，在可實(shí)施的條件下盡可能加大錨管長(zhǎng)度和角度。錨管與管片開(kāi)孔間空隙需以混凝土填充密實(shí)；錨管端部用槽鋼連接進(jìn)行縱向加強(qiáng)，錨管與槽鋼間需加墊鋼材密貼，使其共同受力。環(huán)向切割步距為半幅(0.75 m)管片。

拆除已切割好的半幅管片，局部開(kāi)挖，初噴，敷設(shè)鋼筋網(wǎng)，架立格柵并打設(shè)鎖腳錨管，復(fù)噴至設(shè)計(jì)厚度。按相同步序拆除另外一側(cè)及底部的半幅管片，架設(shè)橫撐。

臺(tái)階法開(kāi)挖底部土體，架設(shè)格柵，使初支封閉成環(huán)。

鋪設(shè)隧道仰拱底部自粘防水卷材及細(xì)石混凝土保護(hù)層，綁扎鋼筋，澆筑底板及部分邊墻。

沿初支及盾構(gòu)管片內(nèi)側(cè)敷設(shè)防水卷材，分段拆除型鋼橫撐，每次拆除長(zhǎng)度不大于6 m，施做剩余邊墻及拱頂二襯結(jié)構(gòu)。

待二襯強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的100%以上時(shí)，泵送C25、P6防水混凝土，回填隧道拱部與盾構(gòu)管片間的空隙，回填未密實(shí)處，通過(guò)二襯拱部預(yù)埋注漿管注漿回填(如圖3)。

圖3　局部拆除管片斷面

3.2　全部拆除管片段

施工降水，暗挖改造段管片拱部180°范圍提前徑向注漿加固。

分塊拆除拱部及邊墻0.75 m寬度范圍內(nèi)管片，局部開(kāi)挖，打設(shè)雙排超前小導(dǎo)管，進(jìn)行超前注漿加固，初噴，敷設(shè)鋼筋網(wǎng)，架立格柵并打設(shè)鎖腳錨管，復(fù)噴至設(shè)計(jì)厚度。

拆除底部0.75 m寬度范圍管片，局部開(kāi)挖，初支封閉成環(huán)。重復(fù)上述步驟，進(jìn)行下一循環(huán)。

鋪設(shè)隧道仰拱底部自粘防水卷材及細(xì)石混凝土保護(hù)層，綁扎鋼筋，澆筑底板及部分邊墻。

分段拆除型鋼橫撐，每次拆除長(zhǎng)度不大于6 m，施作剩余邊墻及拱頂二襯結(jié)構(gòu)。

通過(guò)二襯拱部預(yù)埋注漿管對(duì)二襯與初支之間空隙進(jìn)行注漿回填(如圖4)。

圖4　全部拆除管片斷面

4需重點(diǎn)關(guān)注部位及處理措施

4.1　管片拆除

本超限隧道暗挖改造段管片拆除遵循“先加固，后拆除；邊拆除，邊支護(hù)”的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。施工前先進(jìn)行施工降水、徑向注漿(注漿管端部設(shè)置墊板)、打設(shè)管片鎖腳錨管等措施，以便改善地層條件，保護(hù)非拆除管片，對(duì)于全拆段，還需先打設(shè)雙排超前小導(dǎo)管并注漿后，方可進(jìn)行管片拆除施工。對(duì)于局部保留段管片，施工時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況充分利用既有管片拼接接縫，確定管片保留范圍，減少切割線，保證管片的整體性，保留管片以不侵入暗挖隧道二襯結(jié)構(gòu)為原則。

開(kāi)始施工時(shí)，每次拆除管片尺寸不得大于0.75 m×2 m，對(duì)于全拆段，拱部不得大于0.75 m×1.5 m，避免因管片背后的附著力太大導(dǎo)致地層塌方。

保留段管片上架設(shè)的工18型鋼支撐水平間距按1 m設(shè)置，施工后可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)情況進(jìn)行調(diào)整，但需經(jīng)參建各方確認(rèn)。

1～15環(huán)為非改造段盾構(gòu)區(qū)間，需提前對(duì)管片采取縱向拉結(jié)措施，避免改造段施工導(dǎo)致該段管片松弛變形、環(huán)縫增大、滲漏水等情況。

4.2　局部保留段既有管片與格柵鋼筋連接

局部保留段既有管片與格柵鋼架通過(guò)L125X80X10角鋼及M24螺栓連接，連接質(zhì)量需滿足相關(guān)規(guī)范要求。

4.3　區(qū)間下穿建筑物及管線

本暗挖改造段在GYDK25+544.5～GYDK25+592.727范圍內(nèi)下穿華油集團(tuán)供應(yīng)站騰龍公司1層辦公樓及車間，該辦公樓及車間為擴(kuò)大基礎(chǔ)。

施工前需對(duì)地面影響范圍內(nèi)建筑物進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，對(duì)其基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)狀況進(jìn)一步核實(shí)，對(duì)其傾斜、裂縫等狀態(tài)進(jìn)行詳細(xì)記錄。現(xiàn)場(chǎng)加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，當(dāng)建筑物的沉降超過(guò)監(jiān)控量測(cè)警戒值(警戒值按照控制值的80%取值)時(shí)，各參建方現(xiàn)場(chǎng)分析判斷后對(duì)建筑物基礎(chǔ)進(jìn)行單排袖閥管跟蹤注漿加固。

燃?xì)夤芫€根據(jù)監(jiān)測(cè)情況確定其加固措施，若管線沉降達(dá)到報(bào)警值需立即分析管線沉降的原因，對(duì)下陷段燃?xì)夤艿劳陂_(kāi)清除周邊覆土、對(duì)燃?xì)夤軆蓚?cè)設(shè)置磚砌擋墻，管道周邊采用填砂處理，恢復(fù)管道到初始高程；同時(shí)加強(qiáng)隧道洞內(nèi)的支護(hù)參數(shù)，確保燃?xì)夤芫€的安全。

4.4　暗挖二襯與新建盾構(gòu)井及盾構(gòu)管片的連接及防水

暗挖二襯與新建盾構(gòu)井環(huán)梁通過(guò)預(yù)留鋼筋接駁器進(jìn)行連接，與盾構(gòu)管片通過(guò)縱向螺栓進(jìn)行連接，同盾構(gòu)管片連接處環(huán)梁和暗挖二襯一次性澆筑。

接縫處防水通過(guò)涂刷高滲透改性環(huán)氧防水涂料、預(yù)埋緩膨型止水膠條、可重復(fù)式注漿管等方式進(jìn)行防水，同時(shí)設(shè)置不銹鋼接水槽，將少量滲水引入?yún)^(qū)間排水溝。

4.5　施工監(jiān)測(cè)

本段隧道采用信息化設(shè)計(jì)和施工，施工中應(yīng)重視和加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)工作，把監(jiān)控量測(cè)工作貫穿于施工過(guò)程的始終，并應(yīng)及時(shí)反饋信息指導(dǎo)設(shè)計(jì)和施工，確保隧道結(jié)構(gòu)施工安全、經(jīng)濟(jì)。

開(kāi)始進(jìn)行管片拆除施工時(shí)，應(yīng)適當(dāng)縮小測(cè)點(diǎn)布置間距，增加測(cè)量頻率。拱頂下沉、洞內(nèi)收斂?jī)身?xiàng)目，在開(kāi)始拆除起點(diǎn)處前后5環(huán)管片時(shí)，每環(huán)均應(yīng)布置。

5方案實(shí)施情況

本方案經(jīng)反復(fù)研究、多方論證，最終順利實(shí)施，施工工期約為6個(gè)月。目前華廣區(qū)間隧道已全面貫通，通過(guò)驗(yàn)收，施工過(guò)程安全可控，洞內(nèi)洞外監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，各沉降及變形指標(biāo)均在允許值范圍內(nèi)。

6結(jié)論

(1)經(jīng)調(diào)查認(rèn)定，此次事故是一起因?qū)肓隋e(cuò)誤的計(jì)劃線數(shù)據(jù)、測(cè)量復(fù)核不到位、教育培訓(xùn)不到位、項(xiàng)目管理不到位等因素造成的責(zé)任事故，可作為盾構(gòu)施工事故典型案例，引起全行業(yè)重視。

(2)本盾構(gòu)隧道超限值2 260 mm，涉及區(qū)間長(zhǎng)度近70 m，屬淺埋隧道，地層條件較差，全范圍采用暗挖法進(jìn)行改造，隧道超限數(shù)值、改造規(guī)模及實(shí)施難度堪稱國(guó)內(nèi)罕見(jiàn)，可為今后類似事故處理提供寶貴經(jīng)驗(yàn)和參考。

(3)超限盾構(gòu)隧道管片拆除應(yīng)遵循“先加固，后拆除；邊拆除，邊支護(hù)”的原則進(jìn)行，嚴(yán)格按既定工序施工，不得冒進(jìn)；拆除過(guò)程需嚴(yán)格控制每次破除管片的尺寸，由小及大，逐步掌握管片破除的經(jīng)驗(yàn)及破除前后管片和地層受力變形規(guī)律，以使整個(gè)施工過(guò)程安全可控。

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中圖分類號(hào)：U457+.6

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-7479(2015)02-0059-03

作者簡(jiǎn)介：張恒睿(1984—)，男，2009年畢業(yè)于北京交通大學(xué)橋梁與隧道工程專業(yè)，工學(xué)碩士，工程師。

收稿日期：2015-01-13