盾構法隧道內部雙層結構預制拼裝施工工藝分析

王俊生，何煒

（1.上海市交通建設工程安全質量監督站，上海 200030；2.上海隧道工程有限公司，上海 200032）

1 引言

我國城市地下空間開發迅猛發展，不斷劇增的交通流量需求使得道路隧道的規劃與建設日益迫切，地下道路隧道已成為解決城市交通壓力的重要途徑。但地下道路隧道建設成本較高，借助大直徑盾構隧道技術逐漸成熟的契機，大直徑盾構法隧道內部雙層結構在城市地下空間利用、成本投入、建設效率等方面具有顯著優勢，已成為發展趨勢。

在隧道局限空間內若采用現澆模筑法施工雙層車道結構，施工效率低、作業環境惡劣、質量控制難、施工工序多，嚴重影響工期。而預制結構工業化和標準化程度高，采用智能機械化拼裝施工，可實現內部雙層車道結構與盾構推進同步進行，有效提高施工速度與質量，大大節約臨時工作量，同時也可有效縮短整個工程的建設周期，節約建設成本。

2 工程概況

2.1 工程主體概況

圖1 諸光路通道新建工程平面、縱斷面圖

諸光路通道新建工程位于上海市西部大虹橋地區，工程主要服務于國家會展中心，為西虹橋地區和國家會展中心提供了一條對外聯系的快速通道。工程南起崧澤大道，北至北青公路，全長約2.8km，采用盾構法和明挖法施工。盾構施工采用Ф14.45m的土壓平衡盾構進行掘進，這也是目前國內直徑最大的土壓平衡盾構機。盾構段全長約1390m，共696環。隧道襯砌結構外徑14m，內徑12.8m。

2.2 內部結構施工概況

圓隧道內部雙層結構由隧道管片襯砌、下層車道“π”型構件，兩側填充，下層防撞側石及現澆基座、立柱、上層車道板、后澆梁、兩側隔板和上層防撞側石組成，如圖2所示。其中，管片、“π”型構件、上層車道板、兩側隔板和上層防撞側石，均采用預制拼裝施工工藝。圓隧道內部雙層結構預制裝配率達到了90%以上（含襯砌管片），預制構件工廠化、標準化生產，輔以項目團隊自主研發的專用設備在現場安裝，實現“樂高式”的智能建造。

圖2 圓隧道段內部結構示意圖

3 內部雙層結構施工流程

圓隧道內部雙層結構施工從下而上逐步進行，分為下層結構同步施工和上層預制構件拼裝2個階段，具體施工步驟如圖3所示。

圖3 隧道內部雙層結構施工工藝流程圖

3.1 下層結構施工

根據工程大直徑隧道的特點，該階段內部結構施工采用流水化同步施工作業。在盾構推進過程中，以“π”型構件同步吊裝為核心，有助于解決盾構隧道施工期間抗浮問題，并提供隧道內運輸道路，實現快速施工。

同步施工分3階段實施：

第一階段：在盾構機推進的同時，進行預制“π”型構件安裝；

第二階段：在預制“π”型構件安裝50m后，進行兩側混凝土填充；

第三階段：兩側混凝土填充200m后，進行現澆基座種植筋以及隧道下部防撞側石、現澆基座施工。

3.2 上層預制構件拼裝施工

上層預制構件拼裝分3階段實施：

第一階段：待隧道沉降穩定且基座強度達到設計要求后，進行預制立柱吊裝、套筒灌漿施工；

第二階段：待立柱灌漿強度達到設計要求后，使用專用懸臂式行車吊裝車道板，之后進行車道板間鉸縫濕接頭及后澆梁澆筑施工；

第三階段：待后澆梁強度到達設計要求之后，進行預制蓋板、預制防撞側石安裝。

總體施工流程如圖4所示。

圖4 隧道內部雙層結構施工示意圖

4 內部雙層結構施工工藝

4.1 下層結構施工

①預制π型件安裝。π型預制構件安裝以隧道中心線控制，π型預制構件坡度在成環隧道基礎上結合設計坡度進行調整，確保π型件接縫部位平順無踏步。并階段性的對π型預制構件的坡度及軸線進行復核，得出的測量數據指導下階段施工。

軸線控制過程中出現的張角通過在π型件底座與底部管片焊接鋼板或者填充混凝土來彌補間隙，保證平整度。

②兩側混凝土填充。π型件兩側現澆混凝土采用C20，地面橄欖車通過斜溜槽和豎直管路將混凝土從地面運輸到井下6m 3混凝土橄欖桶，然后通過橄欖桶下料口直接卸放至井下橄欖車內，最后橄欖車通過自卸的方式對“π”型件兩側進行混凝土澆筑。

③下層防撞側石及現澆基座施工。由于上層車道基礎是結構受力傳遞的關鍵節點，且隧道會有微量的沉降，因此為保證預制構件與隧道的整體性，立柱基礎采用現澆模式。待隧道穩定后（盾構推進約3個月），進行基座施工。施工前，先將線路中心線實放，定出基座（含下層防撞側石）準確位置，然后在基座位置處根據設計圖紙進行植筋 (鋼筋植入隧道管片內)，保證下層車道防撞側石、基座與隧道的整體性。待種筋完畢后，進行鋼筋綁扎以及與兩側填充混凝土預留鋼筋的搭接；然后進行模板的搭設，最后在不影響盾構正常推進的情況下進行混凝土的澆筑。防撞側石與基座側模均采用定型鋼模板。現澆基座混凝土分兩次澆筑，第一次澆筑至下層防撞側石頂部，第二次完成基座澆筑，最后進行拆模養護。

圖5 下層結構施工完成示意圖

4.2 上層結構施工

圖6 預制立柱現場安裝

4.2.1 預制立柱安裝

預制立柱安裝工藝流程：預制立柱運輸至施工區→立柱翻身→機械手安裝立柱→立柱就位后位置調整→立柱臨時固定→立柱灌漿。

預制立柱截面尺寸為500mm×500mm，預制立柱高度為2650mm，重量為2.06t。安裝時在現場將立柱通過特制機械手翻身及吊裝。

立柱臨時固定后，采用100MPa高強無收縮水泥基灌漿料進行灌漿作業，保證立柱與基座的有效連接，灌漿密實、灌漿料強度合格是確保立柱連接質量的關鍵。

4.2.2 預制車道板安裝

當立柱底板灌漿強度達到設計強度后，開始上層車道板的安裝。

預制車道板安裝工藝流程：預制車道板運輸至施工區→60t特制行車安裝車道板→車道板調節標高、位置調整→車道板安裝到位→接縫處理。

標準段預制車道板的參數為：9500mm寬×1200mm高×4000mm長（含梁），板厚 460mm，重 40.7t；風機段預制車道板的參數為：9640mm寬×1200mm高×4000mm長（含梁），板厚460mm，重 44.1t。

車道板拼裝順序為先水平就位后豎直方向就位，水平就位時車道板與車道板間設置限位靠尺，以保護兩者不受硬性碰撞引起混凝土損傷，車道板與立柱接觸時利用限位器對其進行定位。

由于隧道軸線最大坡度4.8%，車道板與立柱接觸部位存在間隙，采用丁腈軟木橡膠墊作為緩沖墊片，末端根據坡度大小，墊薄鋼板和橡膠墊片進行坡度調整。

待車道板安裝調整、就位完成后，進行接縫處理。車道板間的接頭采用U型濕接縫，并且車道板下翻縱梁與立柱的接頭采用預留鋼筋焊接后現澆形式。車道板梁與立柱接頭、車道板與車道板間后澆段用C60普通混凝土澆筑。車道板間設置拼縫，拼縫為80mm，使用吊模形式后期澆筑，并且下翻梁邊緣處設計為鋸齒型，以加大接觸面積，保證后澆接頭的連接強度以及車道板與立柱的整體性。

圖7 預制車道板現場安裝

4.2.3 預制蓋板及防撞側石安裝

預制蓋板及預制防撞側石安裝工藝流程：施工前準備工作→預制蓋板及預制防撞側石運輸至施工區→專用叉車安裝蓋板、防撞側石→安裝完成。

待后澆梁強度達到設計強度后，開始預制蓋板的安裝，在預制蓋板安裝前，先對后澆梁進行清理，再鋪設丁腈軟木橡膠板，最后通過10t叉車定位安裝預制蓋板。待預制蓋板定位安裝完成以后，在環向用低密度聚乙烯襯墊板及防火密封膠填縫，以保證預制蓋板與管片、車道板以及后澆梁無縫隙。

待預制蓋板安裝一定階段后，先進行預制防撞側石基座混凝土澆筑施工，保證防撞側石與蓋板的整體性。待基座達到設計強度后，進行預制防撞側石安裝。

圖8 預制蓋板及防撞側石現場安裝

5 內部雙層結構預制拼裝結構連接節點處理

預制結構的關鍵部位是預制構件之間的連接節點，特別是內部結構與管片的連接、預制立柱與基座的連接、預制立柱與預制車道板的連接，以及預制車道板之間的連接最為關鍵。節點不僅要便于施工，而且還要在極端荷載如地震作用下保持其完整性。

5.1 內部結構與管片的連接

5.1.1 基座與管片的連接

基座-管片連接節點處采用植筋的方式，每處植筋區域共6排鋼筋，每排4根，鋼筋植入管片深度為300mm，鋼筋直徑為Φ20mm，如圖9所示。

圖9 基座植筋示意圖

5.1.2 后澆梁與管片的連接

后澆梁與管片的連接節點采用后澆濕接頭，在管片與后澆梁接頭處先進行植筋處理，待管片上植筋完成后，將后澆梁鋼筋安裝到位、支模完成，再在該節點處澆筑C60混凝土，如圖10所示。

圖10 管片-后澆梁節點示意圖

5.2 預制立柱與基座的連接

基座-柱節點處采用灌漿套連接，灌漿套筒的型號為GT4-28SH，預埋在預制立柱中，套筒長度為560mm，如圖11所示。其特點是利用鋼套筒及高強水泥砂漿壓力灌漿錨固柱縱向受力鋼筋，取消了現場焊接和后澆混凝土，施工方便。灌漿套筒的連接主要依靠高強度灌漿材料與鋼筋和套筒內表面的粘接來傳遞力。當拉連接鋼筋時，力先通過鋼筋和灌漿材料之間的結合力傳遞到高強灌漿材料中，然后再通過粘接力傳遞到套筒。

圖11 立柱灌漿套筒示意圖

5.3 預制立柱與預制車道板的連接

預制立柱與預制車道板的連接采用梁主筋搭接的方式，在兩塊車道板安裝到位后，將主筋焊接、放置柱箍筋，再安裝立柱頂面豎向鋼筋，立模澆筑C60混凝土，如圖12所示。

圖12 預制立柱與預制車道板節點示意圖

5.4 預制車道板之間的連接

預制車道板之間的連接采用U型濕接頭，待相鄰兩塊車道板安裝到位后，安裝分布筋、澆筑C60混凝土，如圖13所示。

圖13 板-板節點示意圖

6 結語

綜上所述，本施工技術已成功應用于上海市諸光路通道新建工程，預制率達到90%以上，順利解決了道路隧道全預制化難題，在改善隧道施工環境的同時，提高了施工效率，有效支撐了道路盾構隧道的預制裝配化建造。

盾構法隧道內部雙層結構預制拼裝施工工藝可以極大的提升隧道結構施工質量，縮短建設周期，提升隧道結構的機械化施工水平，具有明顯的社會效益。同時，大規模預制技術的應用，可以有效降低施工過程中的能耗，提升一線作業工人的工作環境，具有顯著的環境效益。這對今后類似工程的建設有十分重要的指導意義。