盾構隧道管廊內分艙結構的設計與施工關鍵技術

李 鳴 邱 昌 蔣少武 張彥文 黃心穎

中建三局集團有限公司工程總承包公司 湖北 武漢 430064

當前我國城市地下綜合管廊工程建設如火如荼、方興未艾。盾構法作為一種較成熟的暗挖工藝，其能避免開挖，不影響道路交通，且對城市既有建、構筑物及地下管線的影響較小，但是很少被應用于城市地下綜合管廊的建設[1-4]。一方面，管廊作為各類管線的集成容納通道，往往需要在單條盾構隧道內部進行分艙，如何實現盾構隧道內的豎向分艙結構施工尚無參考經驗；另一方面，盾構隧道內混凝土運輸難度大，澆筑施工難。

針對以上難點，以十堰市地下綜合管廊項目發展大道中段延長線北京北路盾構段工程為依托，對盾構隧道管廊內分艙結構進行了優化設計，并總結得出一整套施工工藝。提出了一種盾構隧道管廊內部框架結構分隔墻形式，通過發明帶有耳板及連接筋的鋼弧板、采用“天泵＋地泵接力”的混凝土澆筑方式等措施，成功實現了盾構隧道管廊內部豎向分艙結構的優質高效施工。

1 工程概況

十堰市地下綜合管廊項目發展大道中段延長線北京北路盾構段工程設計為三艙形式，總長1 161.81 m，包含明挖段與盾構段。明挖段長835.47 m，盾構段長326.34 m。其中盾構段起訖里程FYK3＋872.12—FYK4＋198.46，沿線穿越熊家灣立交，并從道路防洪暗溝下2次穿越，包括一座始發井、一座接收井、一段雙線盾構區間隧道（圖1）。

圖1 北京北路盾構段管廊位置

2 盾構隧道管廊豎向分艙結構形式設計優化

實現盾構隧道管廊結構豎向分艙最核心的內容就是確定豎向分隔墻的結構形式。以背景工程為例，該條管廊過既有立交段設計為雙線盾構隧道。根據設計要求，管廊為豎向三艙形式，故需對盾構隧道內部進行分艙處理。具體分艙結構形式為：在左線盾構隧道內設置內隔墻，將整個隧道空間分隔為2個艙室，分別為綜合艙、燃氣艙；右線盾構隧道未設置內隔墻，單獨成為一個艙室，即熱力艙。

盾構隧道分艙結構原設計為鋼筋混凝土結構，但盾構隧道內部空間狹小，且本工程隧道埋深17 m，混凝土分艙結構在艙內二次澆筑的工藝較為復雜且澆筑難度極大。因此，在保證分艙結構受力性能的前提下，應該盡可能減少盾構隧道內混凝土澆筑量。基于上述考慮，對盾構隧道分艙結構形式進行深化設計，將原設計鋼筋混凝土結構優化為框架結構，極大地減少了混凝土二次澆筑量。

具體結構形式為：

1）在既有盾構隧道內部設置左右2座地臺及豎向內隔墻。豎向內隔墻將隧道分隔為2個獨立的艙室，實現管廊結構的豎向分艙。2座地臺分別作為2個獨立艙室的檢修通道，地臺之間預留管道架設空間，上覆蓋板，最大程度提高既有斷面的空間利用率，滿足管廊功能要求。

2）右側地臺與內隔墻連接處設置導墻。內隔墻為框架結構，即“鋼筋混凝土梁柱結構＋立柱與圈梁上部砌筑磚墻”。鋼筋混凝土立柱尺寸為250 mm×600 mm、縱向中心間距1.6 m；頂圈梁為鋼筋混凝土結構，沿盾構隧道縱向通長布置；立柱及頂部圈梁形成鋼筋混凝土框架結構，立柱與頂圈梁之間采用MU20混凝土實心磚砌筑，圈梁上部與盾構管片之間采用MU20混凝土實心磚斜砌。

綜上所述，盾構隧道內部分艙結構形式為：鋼筋混凝土地臺及導墻＋鋼筋混凝土立柱及頂圈梁＋梁柱之間砌筑磚墻＋圈梁上部斜砌磚墻。結構如圖2所示。

圖2 盾構隧道內隔墻設計

3 盾構隧道管廊分艙結構與盾構管片連接節點設計優化

確定了盾構隧道管廊分艙結構形式之后，最重要的問題就是做好隧道內后澆分艙結構與既有盾構管片之間的節點設計。就本工程盾構隧道內隔墻結構而言，主要是確保現澆地臺與預制盾構管片的有效可靠連接。原設計做法為在盾構管片縱向彎螺栓處焊接連接鋼筋，但螺栓與鋼筋接觸面積太小，無法確保二者之間的可靠連接，進而影響現澆地臺與預制盾構管片之間的整體性。

為解決這一難題，對原設計做法進行深化設計，研發了一種用于盾構隧道內現澆地臺與預制管片連接的鋼弧板，實現盾構隧道內現澆地臺與預制管片的可靠連接。

鋼弧板主要包括弧形鋼板、連接鋼筋與鋼耳板。其中：弧形鋼板的弧度與預制盾構管片設計弧度相契合；鋼耳板焊接于弧形鋼板邊緣，鋼耳板預留孔洞，孔洞位置與盾構管片的縱向彎螺栓位置一一對應；連接鋼筋與弧形鋼板垂直焊接。弧形鋼板、連接鋼筋及鋼耳板之間均為滿焊連接。鋼耳板孔洞穿過相鄰盾構管片之間的縱向彎螺栓，并用螺帽緊固。鋼弧板結構如圖3所示。

圖3 鋼弧板結構示意

在進行鋼弧板安裝施工時，操作要點如下：

1）鋼弧板安裝時，首先擰開地臺施工范圍內用于連接相鄰盾構管片的豎向彎螺栓的螺帽，將鋼弧板緊密貼合于盾構管片之上，縱向彎螺栓穿入鋼耳板預留孔洞內，并重新擰緊螺帽，完成鋼弧板的安裝。

按照《青海三江源生態保護和建設二期工程檔案管理辦法》，生態監測工作組制定了《三江源生態監測檔案分類與歸檔細則》(青海湖流域生態監測項目和祁連山生態監測項目均參照執行)，明確了檔案工作職責和任務，以及歸檔范圍及整理要求，使各執行單位對文件材料的形成、積累、收集和整理有據可依。各執行單位確定了檔案管理負責人和具體檔案管理人員，項目實施過程中形成的檔案資料均有專人負責收集、整理和歸檔，確保了檔案資料的完整性。目前，已形成青海三江源、青海湖流域和祁連山等重大生態保護工程生態監測項目檔案近千卷，影像資料近萬張，積累了寶貴的歷史資料，為項目審計、驗收及干部離任審計提供了有力的資料保障。

2）綁扎地臺鋼筋，地臺鋼筋與鋼弧板上的連接鋼筋應可靠連接。

3）進行地臺模板支設和混凝土澆筑。

鋼弧板安裝完成后的隧道結構如圖4所示。

圖4 鋼弧板安裝完成示意

4 盾構隧道管廊分艙結構施工技術

盾構隧道內部空間狹小，且本工程盾構隧道埋深達17 m，隧道內混凝土澆筑施工的難度極大。為此，項目部創新地提出了一種“天泵＋地泵接力”的混凝土澆筑方式，解決了深基坑超狹窄環境下盾構隧道內部的混凝土澆筑難題。

4.1 施工準備

1）在進行分艙結構施工之前，應做好盾構隧道內鋼軌等材料的清理工作，保證隧道分艙結構施工作業面；同時對隧道內進行清理，確保基面的清潔。

2）盾構隧道管廊分艙結構施工之前應完成盾構隧道管片壁后注漿工作。

4.2 地臺及導墻施工

1）完成鋼弧板安裝后，在進行地臺鋼筋綁扎時，要確保地臺鋼筋與鋼弧板上連接鋼筋的有效可靠連接。同時，綁扎右側地臺及導墻鋼筋時，須將立柱位置豎向鋼筋同步綁扎。

2）地臺及導墻模板采用常規“木方＋鋼管＋對拉螺桿加固”體系。需要注意的是，地臺部分為單側支模，在采用對拉螺桿加固過程中，螺桿一端應同地臺內鋼筋有效可靠連接。

3）為保證混凝土澆筑質量，同時方便現場施工、加快進度，針對盾構隧道內地臺、導墻、立柱等現澆鋼筋混凝土結構，采用“天泵＋地泵接力”的方式進行混凝土澆筑。即在地面盾構工作井井口架設1臺天泵，同時在工作井內部盾構隧道口設置1臺地泵。在澆筑地臺混凝土過程中，利用天泵將混凝土送入盾構隧道口的地泵內，經由地泵輸送至盾構隧道內待澆筑分艙結構處。地臺結構共分2次澆筑，單次澆筑長度約為155 m。為架設地泵泵管，在盾構隧道進口及地臺施工范圍內需搭設鋼管架。在混凝土澆筑過程中，要根據地臺結構澆筑進度及時對地泵泵管進行相應接長。混凝土澆筑方式如圖5所示。

圖5 盾構隧道內中隔墻地臺的混凝土澆筑示意

4.3 圈梁下部砌體墻施工

在地臺及導墻施工完成后，進行砌體中隔墻施工。砌體墻墻體采用MU20混凝土實心磚砌筑，砂漿為Mb10，厚度為240 mm，采用水泥砂漿抹磚砌面（厚度不小于1 cm，采用鋼絲網砂漿面層加強，網孔邊長為20 mm）。僅砌體墻部分需要用水泥砂漿抹面；立柱結構面需一次成形，無需抹灰；砌體墻抹灰后的完成面應與立柱結構外表面平齊、順直。

需要注意的是，在墻體交接處需預留馬牙槎，以保證砌體的整體性與穩定性。

4.4 立柱及頂部圈梁施工

立柱及頂部圈梁模板采用“木方＋鋼管＋對拉螺桿加固”體系。同時，為保證在混凝土澆筑過程中梁柱模板的穩定性，需設置穩固斜撐。

4.5 圈梁上部斜砌磚墻施工

圈梁上部采用MU20混凝土實心磚砌筑，砂漿為Mb10，采用水泥砂漿抹磚砌面（厚度不小于1 cm，采用鋼絲網砂漿面層加強，網孔邊長為20 mm）。圈梁上部砌體結構采用斜砌，傾斜度為50°～60°，并擠緊，砂漿砌筑應飽滿。砌體墻抹灰后的完成面應與頂部圈梁結構外表面平齊、順直。

5 實施效果

通過優化盾構隧道管廊豎向分艙結構形式、創新混凝土澆筑方式等措施，在保證工程質量的同時，極大地降低了盾構隧道管廊內部結構施工的難度，相比于計劃工期節約了10 d，加快了施工進度。同時，總結得出一整套盾構隧道管廊內部分艙結構施工技術，可為后續類似工程施工提供參考。

6 結語

1）創新性地提出了一種盾構隧道內部分艙結構形式，即“鋼筋混凝土地臺及導墻＋鋼筋混凝土立柱及頂圈梁＋梁柱之間砌筑磚墻＋圈梁上部斜砌磚墻”的框架結構形式，在實現盾構隧道管廊豎向分艙的同時，極大地降低了現場的施工難度。

2）研發了一種帶有耳板以及連接鋼筋的鋼弧板，實現了盾構隧道管廊內部后澆分艙結構與預制盾構管片的有效連接。

3）采取“天泵＋地泵接力”的混凝土澆筑方式，解決了盾構隧道內部混凝土澆筑難題。