地鐵運營隧道加固施工技術研究

陳君

摘 要：隨著城市的高速發(fā)展，軌道交通隧道結構周邊存在不可避免施工作業(yè)，將會對隧道結構產生影響。由于盾構法隧道的力學特性，對外部環(huán)境的擾動非常敏感，周邊基坑開挖，沉降、地層加載或卸荷都會造成隧道結構損傷，產生隧道變形和破損，從而影響軌道交通安全運營。本文對復合腔體構件的結構形式進行了介紹，對復合腔體構件加固施工中的接頭拼裝工藝、注漿工藝等關鍵技術進行了研究，總結形成了復合腔體構件加固盾構隧道的施工技術要點，并在上海地鐵隧道中進行了應用。

關鍵詞：復合腔體構件 盾構隧道加固 施工技術

中圖分類號：U456.3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）10（c）-0026-03

伴隨著城市軌道交通的高速發(fā)展，處在城市中心地帶的軌道交通隧道不可避免的受到遇到周邊建筑施工影響。目前上海軌道交通采用的隧道變形和裂縫修復的方法，大致上分為兩大類：碳纖維或芳綸纖維粘貼法和粘貼鋼板加固法。

由于，上海軌道交通對已營運的地鐵隧道結構加固時，只能利用地鐵停運后時間進行施工，施工時間較短。因此，需要開發(fā)一種施工工期短、加固強度高、使用壽命長的隧道加固工藝。在此基礎上，研究開發(fā)了一種采用復合材料、鋼結構和水泥的結構組合的新型復合腔體的隧道加固方法，并通過試驗分析研究形成一套合理可行的復合腔體構件隧道加固技術，能夠快速、安全的達到隧道加固的目的。

1 復合腔體構件的構成

復合腔體構件由腔體本體、復合材料層、填充物、注漿孔、排氣孔和螺栓孔等組成構成，如圖1所示。

腔體本體的形狀與加固面相吻合，由一根或一根以上的管材組合成腔體本體；腔體本體表面設有復合材料層，由樹脂及纖維組成；腔體本體內灌注填充物；腔體本體為金屬管或非金屬管，如鋼管、塑料管、復合材料管等。復合腔體構件上設有一個或一個以上的注漿孔，通過注漿孔向腔體本體內灌注填充物，以增加加固構件的強度，填充物可以是砂漿或高分子發(fā)泡物等材料。復合腔體構件上設有一個或一個以上的排氣孔，起到灌注填充物時的排氣作用。

2 復合構件加固施工技術

復合構件加固管片內表面布置圖（局部）如圖2所示。

2.1 打磨、定位及預拼裝

2.1.1 打磨

在復合腔體安裝過程中，需要對內部加固面進行打磨處理，使腔體與隧道混凝土面粘結更加牢固。打磨部位大致為復合構件粘貼處，但不小于該粘貼面積。

首先，對管片內部需要粘貼面積進行彈線，明確位置。然后使用打磨機對管片內表面需要處進行打磨，主要去除表面浮漿、塵土，打磨深度應不大于0.5mm。表面磨光后，使用打磨機對表面進行刻線、粗糙化，以加強粘貼效果。刻線后，對管片內表面進行吸塵處理，去除表面浮塵。

2.1.2 定位及預拼裝

在復合腔體正式安裝前，須進行復合腔體構件的定位與預拼裝。一環(huán)混凝土管片安裝四圈復合構件，縱向4圈安裝順序為以管片邊緣為控制邊界，確定每圈復合構件的具體位置，由一端的管片邊界向另一端管片邊界縱向安裝，且避開手孔位置。每圈構件由3個構件組成，每個構件定位點不少于3個。

以第1圈為例，將第1圈中段構件的段中標記對準管片正中，進行試貼合。如較為貼合（間隙不大于1cm），則直接進行后續(xù)操作，如較不貼合（間隙大于1cm），嘗試輕微左右移動，使構件與管片處于較貼合狀態(tài)。將第1圈左右構件插入中斷構件接口，利用頂進裝置推動構件頂緊。檢查第1圈構件與管片的間隙大小。超過1cm或者較大處，予以記錄，并在隨后涂膠時加厚膠水厚度。定位完成后放松構件，依次進行第2、3、4圈構件安裝位置定位。

2.2 接頭研究

復合腔體構件和構件的連接處，是整個構件最薄弱的地方，它需要滿足4個條件，即：強度高；便于安裝；連接牢固；不影響灌漿。

本文經過多次反復試驗和研究，決定用高強度成型鋼管來做接頭，在整環(huán)復合腔體安裝前，先進行復合腔體（單側）接頭安裝。

2.3 拼裝研究

正式拼裝前，需要再次明確預拼裝中出現的間隙較大處的處理。具體拼裝步驟如下。

（1）所有的復合構件在安裝前均用環(huán)氧進行涂刷。

（2）每圈復合構件分3塊，安裝順序是先安裝復合構件的中間塊，然后再安裝復合構件的兩端兩塊。

（3）在安裝復合構件中間塊（位置砼管片頂部位置）前，先在砼管片頂部（正好位于中間塊兩端的位置）安裝兩塊壓板，然后將中間塊復合構件穿過頂部管線利用預先安裝好的壓板及支撐裝置臨時固定于需安裝位置的相鄰位置。

（4）然后將預先拌制好的結構膠均勻的涂抹在需安裝的區(qū)域內，膠體厚度不小于6mm，再將復合構件中間塊平移至安裝區(qū)域，確定安裝位置后將復合構件壓緊，再利用壓板將復合構件固定牢固，然后再次對周邊復腔構件進行結構膠封邊處理。

（5）利用M14的沖擊鉆鉆桿在復合構件預留螺栓孔位置進行打孔，鉆孔完成后立即進行清孔，再孔內注入化學膠，然后植入預先加工好的組合錨栓進行永久固定。

（6）安裝兩端位置的復合構件時，先將復合構件穿過管線后放置于需安裝位置的相鄰位置。

（7）然后將預先拌制好的結構膠均勻的涂抹在需安裝的區(qū)域內，膠體厚度不小于6mm，再將復合構件平移至安裝區(qū)域，將預先制作好的接頭放入復合構件端頭位置，利用另一端底部上頂裝置將兩端需安裝的復合構件與已安裝好的中間塊連接，接頭在連接時需用結構膠將接頭周邊均勻的涂抹，且復合構件連接完成后在接縫處再涂抹一層結構膠，做到有效的密閉連接，然后再次對周邊復腔構件進行結構膠封邊處理。

（8）利用沖擊鉆鉆桿在復合構件預留螺栓孔位置進行打孔，鉆孔完成后立即進行清孔，再孔內注入化學膠，然后植入預先加工好的組合錨栓進行永久固定。endprint

（9）按照以上工藝，逐圈的將剩余3圈進行安裝。

2.4 復合構件注漿

安裝完成后，先對圈1進行注漿作業(yè)。應采用單向管道措施，右端下部注漿至左端出漿，注漿壓力不得大于1MPa，鋼管小腔體出漿即關閉相應出漿孔閥門，直至4個出漿小孔全部關閉后，繼續(xù)保持注漿至壓力達到1MPa，即關閉注漿閥門，注漿量以流量計量表控制。按以下步驟操作。

（1）場邊人工拌漿。

（2）用度量桶倒入壓漿機中。

（3）對第1圈右端向左端單向注漿。

（4）注漿過程嚴格控制壓力與流速。

（5）至右端排氣孔開始噴漿，判斷灌漿量，與構件內腔體積比較。關閉相應出漿孔閥門，直至4個出漿小孔全部關閉后，繼續(xù)保持注漿至壓力達到1MPa，即關閉注漿閥門，完成注漿。

以相同方式依序注完2、3、4圈構件，確保灌漿量與構件空腔體積相近具體流程如圖3、圖4、圖5、圖6所示。

3 工程應用介紹

本示范應用工程為二號線東延伸創(chuàng)新中路-華夏東路區(qū)間隧道上行線第287環(huán)進行施工，287環(huán)管片橫向收斂變形約8cm，基本無滲漏水現象且287環(huán)的周邊隧道正在實施鋼環(huán)加固施工。

根據地質資料本段上行線區(qū)間隧道中心標高約為-15.0～-16.0m，地面標高約為4m，覆土厚度為16.5m左右。隧道所處的主要土層包括：④淤泥質粘土層；⑤1灰色粉質粘土。

主要土層特征及物理力學性質見表1。

整個施工自2016年3月26日開始，至5月19日完成，主要進行了砼管片打磨、劃線、部分管線支架的改移、安裝頂部復合腔體、安裝腰部復合腔體、安裝反力架，復合腔體注漿、整環(huán)涂刷聚脲、道床恢復，加固效果良好，見圖1。

4 結論與展望

本文通過對復合腔體構件加固盾構隧道的施工技術研究，得到以下結論。

（1）復合腔體構件由于采用現場量測、工廠定制構件，使原結構與加固構件之間有效吻合；采用特殊高強度膠粘劑及預膨脹組合錨栓即時壓接工藝，在抑制隧道進一步的變形作用中可使新、舊結構產生共同作用，提高了結構加固的作用，即具有“疊合作用”，大大地提高了原有結構的承載力。

（2）由于地鐵隧道空間狹窄，特別是營運地鐵隧道，每天的施工時間極其有限，而復合腔體構件的加固施工不占空間，可多點、多面地快速安裝，大大提高了施工工藝性。

（3）對于前期準備工作的管片劃線打磨，這是一道非常關鍵且重要的工序之一，為下階段復合構件安裝起到了很好地指導性作用。

（4）每圈復合構件分3塊，安裝順序是先安裝復合構件的中間塊，然后再安裝復合構件的兩端兩塊

（5）進行注漿作業(yè)時，對復合構件小腔單管單注，一端下部注漿至另一端下部出漿，待出漿口出漿量穩(wěn)定后，再關閉出漿孔閥門，進行短時間的保壓，最后關閉注漿口閥門，逐次完成4個小腔注漿。

（6）通過在已建隧道內的示范工程應用，驗證了復合腔體加固的效果和研究復合腔體在隧道內現場加工工藝技術，證明了復合腔體構件隧道加固工藝的有效性。

參考文獻

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[2] 溫鎖林.運營地鐵隧道上方基坑施工技術及保護措施[J].地下空間與工程學報，2011，7（S1）：1465-1469.endprint