盾構擴徑后的配套系統和施工工藝的優化

趙 培 柯奕健

上海市機械施工集團有限公司 上海 200072

隨著我國市場經濟的逐漸深入，建設項目向大型化的發展，以及業主對建設工程需求的綜合性和集成性越來越高，大量的新技術、新工藝、新材料在建設工程中得到廣泛應用，以上海市軌道交通9號線11標段區間盾構工程為例，盾構的直徑由原先的6 340 mm擴大至6 760 mm，雖然只增加了42 cm，但其所帶來的后配套的改變是巨大的。在本次盾構擴徑的影響下，相關科技工藝、新型材料、設備創新、鋼負環、干粉砂漿、整圓器的更新、隧道拉緊裝置的進化等都是全新的挑戰。

1 工程概況

上海軌道交通9號線11標申江路—金海路—顧唐路區間位于浦東新區。掘進時土層主要在第④層淤泥質黏土、第⑤1-1層黏土和第⑤1-2層粉質黏土中，部分涉及第③層淤泥質粉質黏土及第⑤2層粉砂夾粉質黏土。該工程在土質、穿越物、長度等方面均屬于上海地區較為典型的軟土、常規盾構施工，且長度較長。

2 研究內容

本文對擴徑后的配套所產生的影響，新型設備和材料在初次使用過程中所存在的問題、矛盾以及不足進行的研究總結如下：擴徑后原反力系統的改進研究；水平垂直運輸工具改進技術、工藝研究；突變覆土土壓力研究；干粉砂漿技術、工藝研究。總結新一輪盾構擴徑后新工序、新設備、新材料的使用經驗，希望為上海地區在盾構擴徑轉變的工程提供借鑒[1-3]。

2.1 原反力架的改進和研究

2.1.1 因盾構擴徑引起的反力架修改

因盾構擴徑導致負環直徑由6 200 mm增加至6 600 mm，原螺栓連接式反力架如按原設計安裝，將導致受力不合理。根據受力分析，橫梁主要起到受力穩定的作用，其本身不受較大盾構推力，故利用原上橫梁180°翻轉后，擱置于立柱原螺栓對接口上，并加以焊接，如原橫梁無法滿足現場要求長度，可利用適合的箱梁替代。下橫梁則在與立柱有效焊接后，下墊鋼墩，或根據現場情況進行高程墊實。

2.1.2 因異形車站層高引起的現有反力架修改

因本工程底板—中板高度較常規車站高3 m，導致原反力架高度不符合原受力體系。為增加高度，本項目將反力架接長了一段，并為滿足接縫處與車站站臺層的可靠后靠（接縫處不應懸空）計算了長度，接長段利用原報廢反力架，其加筋板強度滿足受力要求，接縫處坡口焊接，內部沿受力方向進行雙向鋼板設置，四周外覆鋼板，靠墻面鋼板應滿足支撐焊接要求，適當加長。

綜上所述，在新一輪上海地區盾構推進工程中，原反力架水平橫梁已無法按現尺寸進行螺栓連接，且為應對各類異形的車站，反力架需在保持滿足受力的條件下，便于靈活調整其尺寸。

2.1.3 對于反力架的改造建議

1）可在原反力架的基礎上，對橫梁進行斷開接長，因橫梁起到穩定框架的作用，故接長受力要求不高，建議同時進行多排螺栓孔的布設以調整反力架寬度。

2）同理，在原反力架的基礎上對立柱進行加長，加長位置設置在立柱上方，因起到固定、后靠中板的作用，且受力主要通過中部2根斜撐傳于底板，故對此處受力要求不高，建議進行高強螺栓式連接，建議加長段數為1段，以滿足受力安全。

2.2 新型機械連接式反力支撐的改進和研究

通過自主創新，進行了新型機械連接式傳力支撐的發明（圖1、圖2），用以替換盾構出洞反力系統中原本老舊笨重落后的傳力支撐。該支撐系統一套共計4根主撐、若干接長段、半月環一件及相關附件若干，其設計理念為全機械連接，科學有效傳力，“放砂”卸力松撐，以及靈活轉換長度。

圖1 新型機械連接式傳力支撐安裝成果和傳力支撐單件

圖2 新型機械連接式傳力支撐

1）如圖2中8及9所示，此處使用螺紋法蘭及螺桿的連接方式，使機械式反力支撐在吊放至安裝位置時根據現場情況進行伸長縮短的微調。

2）如圖2中1所示，此處軸承連接采用的是鉸接的形式，可以滿足安裝時角度的微調。

3）如圖2中4及5所示，此處為支撐調節裝置，可以通過螺栓連接的方式進行支撐的加長及縮短處理。

4）如圖2中7所示，此處為一卸載支座，機械式反力支撐主要使用放鐵砂的方式進行卸載，需要加載時，只需將鐵砂回灌。

綜上所述，機械式反力支撐相對原先反力支撐在安裝及拆卸方面更加輕松快速，其伸縮自如的特性也使其更具通用性及可重復利用性。

2.3 鋼負環的改進和研究

鋼負環與配套設備的開發可滿足一定斷面尺寸的地鐵盾構施工，實現負環管片的標準化及耐用性，同時可減少負環管片由于材料性能與長期使用導致的對盾構推進軸線的影響。

較之常規混凝土負環管片，鋼負環及配套設備的優勢主要體現在：具有較強的通用性，可適用于各類地層施工；具有較強的剛度，安全性能好；穩定的傳力性能減小盾構推進施工對土體的擾動，并且減小進出洞施工的風險；鋼負環及配套設備可回收利用，經濟性好；可操作性較強，易于控制工程質量。

在本工程實際施工過程中，鋼負環也順利地進行了安裝使用，并較以往混凝土管片的優勢體現明顯，于全面推廣時，在借鑒參考了其他公司鋼負環后提出以下幾點改進：

1）在鋼負環180°以下的內表面增加焊條來進行防滑處理。因現場施工、雨水、泥漿加之鋼負環光滑的涂裝容易產生打滑、人員滑倒等情況。

2）鋼負環拱底塊上應加設排水孔。因施工現場端頭井需要進行管片、泥漿的運輸，無法在洞口進行遮掩，如遇大雨天氣，拼裝完后的鋼負環易產生大量積水。

2.4 行車、電瓶車技術的改進和研究

2.4.1 行車與電瓶車的組合施工過程

根據現場施工情況，金海路站被軌交12號線分割為東西兩側，50 t行車位于東端頭井處東西向布置，16 t及32 t行車位于西端頭井分別以東西向及南北向布置。考慮到50 t行車的起重質量更大，出土效率更高，所以50 t行車用于出土，而32 t及16 t行車用于吊裝管片、潤滑油等。45 t電瓶車開出洞口后首先來到東端頭井處進行出土，之后來到西端頭井吊裝管片，這樣的流水線施工更提高了施工的效率。

2.4.2 新體系的工效分析

新體系采用18 m3土箱，較原體系的8 m3土箱，出土次數由2次減少至1次，施工時間從2 h/環縮短至1 h/環。

2.4.3 50 t行車的總結及優化建議

50 t行車在32 t及16 t行車的配合下，使現場施工更加條理化、流水線化。但在50 t行車的使用中仍然存在一些需要改進的方面：

1）50 t行車鋼絲繩卷筒過長，導致在使用過程中容易發生鋼絲繩滑槽現象（圖3），建議改造鋼絲繩卷筒，來減少滑槽現象的產生。

圖3 鋼絲繩滑槽現象

2）50 t行車電纜線卷筒開口過窄，電纜線在回收時稍有偏位即容易發生電纜線割斷的情況，建議采用喇叭口形式的電纜卷筒來改善這一現象。

2.5 干粉砂漿的應用

針對原預拌同步注漿布點生產有限、產能及運輸半徑有限、運輸過程產品質量受控有限、受運距或交通不暢的限制無法隨叫隨到，易導致漿液質量不穩定的問題，可通過采用干粉型同步注漿材料來解決。并且改用干粉砂漿后在隧道工程項目施工應用中的漿液質量可控，使用方便，隨需隨開，隨用隨放，綠色環保。

本工程項目將干粉型同步注漿全面應用于盾構法隧道施工項目。由于干粉型同步注漿生產企業缺少盾構法隧道施工的實戰經驗，致使在使用初期發生堵管、環境沉降和管片上浮等現象。

為及時了解、分析和尋找問題原因，項目部結合供應單位技術、生產和設備等負責人認真聽取施工人員堵管情況描述，與施工技術人員一起對問題進行原因分析，很快找到了問題的根源。對如何確保同步注漿和易性以滿足工地現場儲漿、灌漿設備對坍落度等技術要求有了充分了解，通過及時調整配合比及添加劑等技術措施，并對儲漿罐進行改造及布置調整，使其攪拌效果更好，保證漿液質量和技術指標要求。尤其在泵送的和易性和低的泌水率情況下，保證漿液在泵送壓力作用下不出現堵管現象，以及保證漿液在注入管片壁后有良好的充填效果等；其次，在漿液未初凝前，具有較高的剪切力以抵抗周圍土體的變形收縮；最后，漿液在固結后又要保證較低的收縮率以及適當的后期強度，通過抵抗土體的剪切力更好地控制隧道，尤其是大型隧道的上浮與沉降，在提高隧道的防水性能上做好深入細致的研發工作。

最終，上海軌交9號線11標段項目不僅未出現堵管等情況，而且所有監測數據正常，也未出現各類異常現象。

3 結語

通過本項目研究，在本次盾構推進結束后已為新一輪地鐵施工建設所產生的相應新工藝、新材料、新設備提供首次實例經驗，為盾構施工單位在施工工藝、材料、設備的選型及優化上提供寶貴經驗。同時在上海軌交17號線8標、13號線107標的施工建設上提供了幫助及參照經驗，并取得了良好的效果。