復雜條件下盾構接收端加固與分體技術研究

趙 兵，孫海明

(中國聯合工程有限公司，浙江 杭州 310051)

0 引言

盾構“分體始發”已非常多地應用于工程實踐，特殊條件下盾構解體接收方式因涉及盾體解體后的運輸和恢復等一系列復雜問題，在國內現行情況下尚無非常成熟的方案。李海等[1]詳細分析過封閉條件下盾構拆機解體技術，田海波[2]詳細研究過復雜條件下盾構接收技術，陳湘生[3]對凍結法在地下空間近接工程中的應用做了詳細分析，祝和意等[4]和劉典基[5]細致分析了水平凍結在盾構進出洞中的應用，樊文虎等[6]設計并分析了盾構端頭的水平凍結。本文在前人研究的基礎上，綜合分析在復雜建設條件下盾構解體接收技術，以適應日前越來越復雜建設條件下，如在地面既有建筑物以下及接收端封閉條件下(適用情況)，盾構安全接收、解體和運輸等方面的問題，為后期工程存在的相似問題提供借鑒。

1 工程概況

1.1 工程簡介

杭州機場軌道快線某區間定于蕭山機場站接收，蕭山機場站已隨先期工程一起建設并為盾構接收預留了條件，機場快線北側為7號線、1號線3期工程，南側緊鄰快線隧道為機場新建航站樓基坑，機場站上方為新建T4航站樓，因工程籌劃、建設進度等各方面原因，待快線隧道抵達蕭山機場站接收時，快線北側7號線、1號線3期工程，南側航站樓基坑及位于蕭山機場站上方部分的T4航站樓地下室頂板，上方鋼結構頂蓋均已完成施工(見圖1)。

圖1 蕭山機場站接收端平面關系示意

1.2 工程節點分析

1)蕭山機場站快線端先期施工加固體，因航站樓承臺基礎開挖，加固體整體性已破壞。

2)待快線盾構接收時，位于蕭山機場站接收端正上方的地下室頂板及T4航站樓頂蓋已完成施工，現場已無降水條件，用于盾構吊出的大型設備也無安裝條件。

3)快線范圍內接收端隧道頂部范圍位于粉砂地層，水量較豐富，盾構接收時蕭山機場站已被T4航站樓及配套工程全面覆蓋，北側1號線、7號線處于開通運營階段，應急搶險不具備條件。

基于以上分析，快線盾構接收需考慮接收端補強加固及盾構分體接收等問題。

2 加固體補強方案設計

2.1 工程問題

如圖2所示，蕭山機場站施工時隨土建工程一起實施的為后期快線盾構接收時使用的端頭加固，采用φ850@600三軸攪拌樁加固，靠近車站端頭夾心層采用單排φ800@400三重高壓旋噴樁加固。因航站樓承臺開挖施工，局部已破壞，難以保證快線隧道接收時安全可靠(見圖2)。

圖2 接收端原加固方案與航站樓承臺關系示意

對比WSS，MJS等工法，均需輔以降水才能滿足盾構接收時需要，考慮到待盾構接收時，航站樓地下室頂板已封閉，7號線已開通運營等限制因素，場地內已無降水條件，經綜合比選，推薦采取地下水平凍結的方式進行補強加固，如圖3所示。

圖3 凍結加固示意

鑒于三軸攪拌樁加固已實施且加固體質量較好(已取芯驗證)，航站樓承臺施工時將局部破壞已施工完成的三軸攪拌樁加固體；另外，左、右線洞門主要位于砂質粉土夾粉砂、粉砂、砂質粉土夾淤泥質粉質黏土、粉砂層中，該土層為富水潛水層，以中密狀為主，在水動力條件和盾構掘進作用下，砂性土易產生管涌、流砂及振動液化現象，從而降低土層結構強度。

2.2 補強方案設計

設計考慮按原狀土對地層實施凍結加固，已實施的三軸攪拌樁加固按改良土體考慮。

1)技術方案可行性分析 采用水平凍結加固方案后，可直接在車站內部施工，同時對地面T4航站樓相關工程施工幾乎無影響。根據杭州地鐵類似工程經驗及蕭山機場站地質情況分析，盾構接收端頭加固改用水平凍結法可滿足技術、安全及加固施工工況條件要求。凍結強度的指標要求為：單軸抗壓強度3.59MPa，抗折強度2.12MPa，抗剪強度1.77MPa(-10℃)。

2)凍結加固范圍 對左、右線洞門進行水平冷凍加固，設計采用“杯形”凍結壁進行土體加固，如圖3所示。設計凍結壁有效厚度為“杯底”2.5m、“杯壁”1.8m(長12.0m)。

3)重難點分析 ①鑒于凍結加固范圍內的土層已實施三軸攪拌樁加固，水化熱可能會對凍結加固有影響，主要表現為影響積極凍結時間；凍結加固施工時，需增加測溫孔數量并根據溫度變化情況決定是否延長積極凍結時間。②左、右線洞門主要位于③3砂質粉土夾粉砂、③5粉砂、③7砂質粉土夾淤泥質粉質黏土、③8粉砂層中，該土層為富水潛水層，在水動力條件和盾構掘進作用下，砂性土易產生管涌、流砂現象；在積極凍結期間，在凍結壁外200m區域內的透水砂層中不得采取降水措施；鑒于機場周邊正在施工的項目較多，凍結施工前需復核周邊200m范圍內是否有降水井在實施降水作業。③凍脹與融沉。凍脹可分為原位凍脹(體積增大9%)和分凝凍脹(體積增大1.09%)。凍脹力是凍脹受到約束時產生的力，本工程中凍結加固體為“杯形”開放式結構而非封閉結構，土體在凍結過程中產生的凍脹向外部土體釋放，不會對地面及周邊建(構)筑物產生明顯的凍脹力。鑒于凍結加固范圍內的土層已實施三軸攪拌樁加固，即土體已實施改良；另外，凍結加固體位于富水潛水層中，且凍土融化是一個持續過程，當凍土融化后體積縮小部分會被潛水快速充填，凍結加固體后期融沉對地面及周邊建(構)筑物影響可控。

3 盾構解體接收方案設計

3.1 工程問題

因盾構接收時，航站樓金屬頂蓋已封閉，場地內已不具備大型設備施工條件，同時蕭山機場站前期也未預留盾構過站條件，因此，采取盾構于端頭井內解體，退回至始發井吊出的方案。

盾構機管線及其后配套設備等常規構件只需拆除后裝箱運出即可，本文不作重點分析，主要分析盾體拆除方式及運輸方案。

3.2 拆除方式

盾構機為土壓平衡式盾構機，開挖直徑7 150mm，總體長度(到螺旋機尾部)約13m，主機約203t，拆機工序如圖4所示。

圖4 拆機工序流程示意

3.2.1拆機前需落實措施

1)管片背后注漿，將管片背后空隙填實。

2)利用管片螺栓作為基礎將管片環與環之間連接。

3)將最后環管片側端面與尾盾殼連接。

4)管片內部焊接支撐架，保證管片在二次注漿后不變形。

3.2.2拆機準備

1)刀盤前側吊機布置準備 如圖5所示，為便于完成刀盤拆解任務，需預先在隧道內刀盤前側設置2道吊梁和1塊滿足刀盤分塊拆解后放置的空地，單根吊梁需配備1臺10t電動葫蘆。吊梁長度覆蓋刀盤擺放空度長度即可，以滿足盾構洞內刀盤的拆解任務。

圖5 刀盤前側吊梁布置示意

2)盾構后側吊機布置準備 如圖6所示，為便于完成盾構機臺車后備套及主機部分拆解任務，需預先在隧道內設置2道吊梁，單根吊梁需配備2臺16t電動葫蘆和2臺5t電動葫蘆。吊梁長度滿足盾構機總長，以滿足完成盾構洞內拆解最重要驅動部位主軸承的拆解任務。

圖6 盾構后側吊梁示意

3.2.3盾體拆解

先將盾體內的主要元器件(油缸、鉸接油缸、閥塊等)進行拆除，然后如圖7所示。

圖7 盾體拆解步驟示意

1)后盾T2，T3環拆解 將內部多余結構件割除，通過小車運出隧道。

2)后盾T1環拆解 將內側油缸拔出拆下，將縱梁氣割分塊拆解，油缸不好拔出位置對中盾法蘭面開腰形孔后拔出。后盾T1環內側筋板和法蘭板通過氣割分塊拆除，每個分塊控制在20t以內，逐一拆解，通過小車運出隧道。

3)中盾拆解 將中盾內側管路及閥塊拆解后，通過小車運出隧道。

4)前盾拆解 前盾體的拆卸方法與后盾T1環的拆卸方法基本相同，將伸縮油缸拆下后，通過氣割將前盾結構件筋板和法蘭拆除，保留外圈板，每個分塊控制在20t以內，逐一拆解通過小車運出隧道。

5)刀盤拆解 由于地面無法拆解，刀盤拆解以便洞內吊裝運輸為條件，分多塊拆除，刀盤拆卸自上而下，將輻條與圈板斷開，每個分塊控制在20t以內，逐一拆解。

3.3 拆解運輸方案

拆機運輸分3階段進行，24h不間斷作業，以單線隧道運輸做如下說明：①第1階段采用現有電瓶車運輸，盾構機上雜物清理及部分小型設備、機具運出，盾構機拆機所需物資、設備、機具運進，隧道管線運出；②第2階段采用運輸公司車輛運出全隧鋼軌、管線、泵站、設備等，盾構機4節后配套拖車用平板車整體運出；③第3階段盾構主機拆卸部件的運輸，主要包括刀盤、主軸承、盾體、拼裝機、懸臂梁、縱梁等大型結構件及設備。這部分設備的運輸盡量爭取時間，在交叉運輸前采用運輸公司車輛運輸，在交叉運輸時，采用特種運輸車運輸。

4 結語

本文通過杭州機場軌道快線某區間的蕭山機場站接收端設計思路，分析了在復雜建設條件下盾構分體接收技術及接收端處理措施，為同類施工提供一定借鑒。

1)對于盾構到達復雜建設條件下的接收工況，要做好周邊環境梳理，分析風險源，盾構進出洞本就是盾構隧道工程中風險較大的工況，蕭山機場站接收時面臨車站運營、航站樓封閉等復雜情況，需逐一分析風險源，提出加強措施，確保不遺漏。

2)由于國內盾構施工通常工期較緊，盾構到達時車站已封閉情況日益增多，在今后的施工過程中，出現類似問題的可能性很大。本文所討論的是在盾構作業時尚未明確車站吊出井情況，按常規條件作業的盾構機接收時遇車站端頭無法吊出，又未考慮盾構過站條件下，盾構被迫分解退回至始發井的工況，后期切割盾構主機造成較大工程浪費。建議后期類似工程在盾構設計作業時應充分考慮接收端情況，如若必要，可提前對盾構機進行改造，以便盾構解體、拆機和運輸。