地鐵聯(lián)絡(luò)通道頂進(jìn)法施工技術(shù)
摘 要 上海軌道交通M8線復(fù)興路站～淮海路站區(qū)間隧道的聯(lián)絡(luò)通道，采用簡(jiǎn)易網(wǎng)格式機(jī)頭頂進(jìn)施工取得成功。文章對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)敘述，總結(jié)出簡(jiǎn)易網(wǎng)格式機(jī)頭頂進(jìn)施工的特點(diǎn)；并提出了一系列的優(yōu)化和改進(jìn)技術(shù)措施，供類似工程參考。
關(guān)鍵詞 地鐵聯(lián)絡(luò)通道 簡(jiǎn)易網(wǎng)格式機(jī)頭 頂進(jìn)施工技術(shù)
1 工程概況
上海市軌道交通M8線淮海路站～復(fù)興路站區(qū)間隧道全長(zhǎng)828 m，在上行線里程SK19+785.640 m處設(shè)有1座聯(lián)絡(luò)通道。其對(duì)應(yīng)的地面位置為與壽寧路交匯處以南30 m的西藏南路，地面鄰近建筑物多為3層磚木結(jié)構(gòu)老式里弄民房，并有f500 mm上水管和f800 mm煤氣管等。
隧道內(nèi)徑為5.5 m，外徑為6.2 m，普通管片寬1 m，鋼管片寬1.1 m；聯(lián)絡(luò)通道的斷面尺寸為：高2.7 m、寬1.58 m；頂面標(biāo)高為-11.56 m，底面標(biāo)高為 -14.26 m，頂覆土厚15.56～15.62 m。聯(lián)絡(luò)通道處的上下行隧道中心標(biāo)高為-12.56～15.62 m，中心線距離為12 m，外壁凈距為5.8 m，見(jiàn)圖1。
聯(lián)絡(luò)通道采用簡(jiǎn)易網(wǎng)格式機(jī)頭，由下行線的XK19+789.577 m里程向上行線頂進(jìn)施工。
2 工程地質(zhì)條件
根據(jù)工程地質(zhì)資料可知，聯(lián)絡(luò)通道處的主要土層從上到下分別是①1層雜填土、②層粉質(zhì)粘土、③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、④層淤泥質(zhì)粘土和⑤1層粘土。
頂進(jìn)時(shí)，上半部為④層淤泥質(zhì)粘土，下半部為⑤1層粘土。
各土層物理力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表1。
由表1和工程地質(zhì)資料可知：聯(lián)絡(luò)通道所處的④淤泥質(zhì)粘土層和⑤1粘土層，基本上均屬微透水性、抗剪強(qiáng)度較高的土層，其自立性較好。
3 聯(lián)絡(luò)通道施工設(shè)計(jì)
考慮到聯(lián)絡(luò)通道所處的④淤泥質(zhì)粘土層和⑤1粘土層自立性較好，若采用簡(jiǎn)易網(wǎng)格式機(jī)頭頂進(jìn)施工，則在保證安全的前提下，可以節(jié)省人力、物力、經(jīng)費(fèi)及縮短工期。
3.1 施工設(shè)備
簡(jiǎn)易網(wǎng)格式機(jī)頭由正面網(wǎng)格切土裝置、垂直法蘭、中繼間（內(nèi)設(shè)糾偏千斤頂）、主頂進(jìn)裝置、后靠和導(dǎo)軌組成（見(jiàn)圖2）。
⑴ 正面網(wǎng)格切土裝置是由下行線隧道內(nèi)的382、383環(huán)鋼管片中的6塊洞口塊緊固連接成一體后加工而成的。將鋼管片中間2列開(kāi)口打通，考慮到控制出土量和風(fēng)險(xiǎn)因素，還須制作相應(yīng)數(shù)量的胸板，一旦出現(xiàn)突發(fā)事件，可以馬上封堵出土口。
⑵ 主頂進(jìn)裝置由6臺(tái)1 000 kN的千斤頂、高壓變量油泵、換向閥和高壓軟管組成。沿聯(lián)絡(luò)通道軸線左右對(duì)稱布置的千斤頂支架，起到支撐千斤頂和導(dǎo)向的作用；高壓變量油泵提供千斤頂?shù)膲毫Γ瑩Q向閥可控制千斤頂?shù)纳炜s，規(guī)格一致的千斤頂保證千斤頂?shù)男谐掏健?BR> ⑶ 糾偏千斤頂設(shè)在中繼間內(nèi)，用來(lái)糾正頂管的姿態(tài)，其數(shù)量和規(guī)格由正面的土壓力及復(fù)合管節(jié)外壁的摩擦力來(lái)確定。
⑷ 后靠支撐系統(tǒng)是由與隧道內(nèi)弧面密貼的船底板加強(qiáng)肋板組成，后座與管片的接觸面須均勻密貼。其具體尺寸是根據(jù)聯(lián)絡(luò)通道的埋深和土質(zhì)情況，通過(guò)計(jì)算推進(jìn)反力來(lái)確定的。
⑸ 導(dǎo)軌由2根可以自由拆卸的型鋼組成，按設(shè)計(jì)的軸線鋪設(shè)，讓電機(jī)車將復(fù)合管節(jié)運(yùn)輸至千斤頂頂進(jìn)的范圍，并導(dǎo)向其順利頂入土中。
3.2 工作原理
簡(jiǎn)易網(wǎng)格式機(jī)頭在主頂千斤頂?shù)耐屏ο马斶M(jìn)，網(wǎng)格前的土體受被動(dòng)土壓力的作用，當(dāng)被動(dòng)土壓力大于網(wǎng)格艙內(nèi)土壓時(shí)，土體就會(huì)被擠入艙內(nèi)，然后人工把泥土運(yùn)走。出土量由網(wǎng)格的開(kāi)口率大小來(lái)控制。
3.3 管節(jié)
聯(lián)絡(luò)通道由6節(jié)寬1.58 m、高2.7 m、壁厚為0.2 m的預(yù)制復(fù)合管節(jié)組成，其中2節(jié)長(zhǎng)1.2 m，為進(jìn)出洞復(fù)合管節(jié)，4節(jié)標(biāo)準(zhǔn)復(fù)合管節(jié)長(zhǎng)1.5m。復(fù)合管節(jié)由鋼殼和內(nèi)襯混凝土組成，鋼殼背板涂2度環(huán)氧瀝青漆，內(nèi)襯混凝土等級(jí)為C30，抗?jié)B強(qiáng)度為0.8MPa，混凝土保護(hù)層厚2.5 mm，平整度和密實(shí)度符合設(shè)計(jì)規(guī)定，并預(yù)留壓漿孔（見(jiàn)圖3）。
4 聯(lián)絡(luò)通道施工技術(shù)
4.1 頂進(jìn)施工前的準(zhǔn)備工作
4.1.1 土體加固
為防止網(wǎng)格打開(kāi)后正面的土體坍塌，造成水土流失，同時(shí)也為防止頂進(jìn)時(shí)隧道發(fā)生橫向位移和管片變形，因此，須對(duì)簡(jiǎn)易網(wǎng)格式機(jī)頭出進(jìn)洞處混凝土管片外的土體進(jìn)行注漿加固，經(jīng)加固后的土體有很好的自立性、均質(zhì)性，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度達(dá)0.2～0.3 MPa。
4.1.2 測(cè)量放樣
聯(lián)絡(luò)通道施工前，采用地面控制網(wǎng)，根據(jù)進(jìn)出洞門的中心連線，定出頂進(jìn)的軸線和導(dǎo)軌面標(biāo)高、后靠和千斤頂組的中心位置，減小因上下行線在施工中管片排布的差異而引起的相應(yīng)預(yù)留孔方位差異造成的施工難度；同時(shí)，將測(cè)量臺(tái)固定在不受頂進(jìn)影響的管片上，避免因后靠系統(tǒng)的變形而影響復(fù)測(cè)的精度。
4.1.3 管片支撐體系
聯(lián)絡(luò)通道施工前，應(yīng)在隧道內(nèi)設(shè)置型鋼支撐，形成柱狀鋼支撐，支撐聯(lián)絡(luò)通道口兩側(cè)的10環(huán)混凝土管片；在鋼支撐上（沿隧道縱向）設(shè)置鋼桁架梁，支撐點(diǎn)設(shè)在開(kāi)口環(huán)上，開(kāi)口位置上的支撐點(diǎn)處，必須填充混凝土。為了給鋼支撐施加預(yù)應(yīng)力，在各鋼支撐頂端設(shè)液壓千斤頂，采用三角形墊塊與混凝土管片密貼（見(jiàn)圖4）。
4.2 出洞施工技術(shù)
4.2.1 施工參數(shù)
頂進(jìn)速度控制在10 mm/min左右, 出土量宜控制在理論值的95%～98%；當(dāng)千斤頂?shù)捻斄ζ髸r(shí)，可把網(wǎng)格適當(dāng)放大（即上下2排網(wǎng)格打通）；反之，用胸板堵住網(wǎng)格。
4.2.2 注意事項(xiàng)
⑴ 為防止簡(jiǎn)易網(wǎng)格式機(jī)頭發(fā)生“磕頭”，須將糾偏裝置（中繼間）與前2節(jié)復(fù)合管節(jié)緊密連接，確保相鄰管節(jié)的外形平整，控制頂管的姿態(tài)。
⑵ 為控制頂管的姿態(tài)，頂進(jìn)時(shí)要隨時(shí)調(diào)整主頂千斤頂?shù)奈恢茫纯刂魄Ы镯數(shù)暮狭ξ恢茫繇敼苡邢蛏系内厔?shì)，則將下部的千斤頂向上移動(dòng)；反之，讓上部的千斤頂向下移動(dòng)。
4.3 正常頂進(jìn)施工
4.3.1 施工參數(shù)
頂進(jìn)速度一般控制在20～30 mm/min，如果發(fā)現(xiàn)正面土體擠入很慢，且頂進(jìn)壓力也變得越來(lái)越大時(shí)，應(yīng)放慢頂進(jìn)速度，即控制在10 mm/min左右，否則極易造成頂管上拋。
正常情況下，出土量控制在理論值的97%～100%之間；如果千斤頂?shù)捻斄^(guò)大時(shí)，則可以適當(dāng)提高網(wǎng)格開(kāi)口率。
4.3.2 注意事項(xiàng)
⑴ 密切關(guān)注地表沉降、土質(zhì)的變化、覆土的厚度及地面建筑物等的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，及時(shí)調(diào)整出土量，控制地層變形；
⑵ 優(yōu)化主頂千斤頂?shù)木幗M，控制頂管的姿態(tài)；
⑶ 在主頂千斤頂編組能控制的情況下，盡量不用糾偏裝置，以免影響后面整體復(fù)合管節(jié)的姿態(tài)和測(cè)量；
⑷ 當(dāng)一節(jié)管節(jié)頂進(jìn)結(jié)束吊放下一節(jié)管節(jié)時(shí)，應(yīng)保證止水密封橡膠帶在對(duì)接拼裝時(shí)與管節(jié)充分密貼，且受力均勻。
4.4 進(jìn)洞施工技術(shù)
4.4.1 導(dǎo)軌的鋪設(shè)
簡(jiǎn)易網(wǎng)格式機(jī)頭在進(jìn)洞前，應(yīng)安裝好導(dǎo)軌裝置，導(dǎo)軌的坡度應(yīng)與聯(lián)絡(luò)通道的坡度相吻合。
4.4.2 布置應(yīng)力釋放孔
將鋼管片兩旁的壓漿孔作為應(yīng)力釋放孔，預(yù)先安裝上球閥。當(dāng)機(jī)頭即將靠近洞門時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況，用球閥來(lái)控制應(yīng)力釋放孔的閉啟，避免封門變形或正面的土體涌入隧道內(nèi)。
4.4.3 施工參數(shù)
頂進(jìn)速度一般控制在10 mm/min左右；為降低對(duì)封門的壓力，防止土體涌入隧道內(nèi)，必須盡量挖空正面土體。
4.4.4 注意事項(xiàng)
⑴ 拆除封門時(shí)要有專人指揮，布置好最佳的吊點(diǎn)；簡(jiǎn)易網(wǎng)格式機(jī)頭必須保持良好的狀態(tài)，一旦封門拆除，簡(jiǎn)易網(wǎng)格式機(jī)頭立即頂出土體，盡量縮短進(jìn)洞的時(shí)間；
⑵簡(jiǎn)易網(wǎng)格式機(jī)頭進(jìn)洞后，用鋼板將洞門圈和復(fù)合管節(jié)間的空隙封焊住，防止水土流入隧道；
⑶ 聯(lián)絡(luò)通道完全貫通后，通過(guò)復(fù)合管節(jié)上預(yù)留的注漿孔，壓注足量的漿液填充建筑空隙，防止地面沉降和管節(jié)滲水，并處理好壓漿孔。
5 施工監(jiān)測(cè)
⑴ 在聯(lián)絡(luò)通道上方鄰近的建筑物和管線處布置地表變形測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)間距為2～5m；測(cè)量頻率視地表變形速度及可能對(duì)地面結(jié)構(gòu)造成影響的程度而定；采用自動(dòng)安平水準(zhǔn)儀和線條式銦瓦水準(zhǔn)標(biāo)尺等儀器進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量精度在±0.3 mm左右。
⑵ 隧道變形的監(jiān)測(cè)范圍為沿隧道40 m，測(cè)點(diǎn)間距為2～5 m（聯(lián)絡(luò)通道附近的測(cè)點(diǎn)應(yīng)加密布置，用同上的儀器量測(cè)管片的水平和垂直位移，測(cè)定隧道的變形。
⑶ 聯(lián)絡(luò)通道頂進(jìn)施工的實(shí)際時(shí)間僅為40 h，地面累計(jì)（30天）最大沉降量為6.12 mm，管線及建（構(gòu)）筑物的累計(jì)最大沉降量為3.41 mm；已建成的隧道測(cè)得最大位移值為+1 mm；測(cè)得最大變形值為1 mm；頂進(jìn)結(jié)束后10 d，測(cè)得周平均沉降值< 0.5 mm；聯(lián)絡(luò)通道內(nèi)未見(jiàn)滲漏水點(diǎn)。
6 結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)本工程的施工實(shí)踐，可以得出：簡(jiǎn)易網(wǎng)格式機(jī)頭施工工藝較適用于上海軟土地層內(nèi)的聯(lián)絡(luò)通道施工。
簡(jiǎn)易網(wǎng)格式機(jī)頭的施工工藝具有以下特點(diǎn)：
⑴ 準(zhǔn)備期、實(shí)施期均很短（約為冰凍法的1/3），且聯(lián)絡(luò)通道的后期穩(wěn)定時(shí)間亦較短；
⑵ 對(duì)土體的擾動(dòng)小，不僅全面增強(qiáng)了鄰近建筑和管線的安全，而且能使聯(lián)絡(luò)通道始終處于較穩(wěn)定的土體中；
⑶ 一旦遇到險(xiǎn)情時(shí)，可立即封堵，有效地控制險(xiǎn)情的擴(kuò)展；
⑷ 施工成本較低（約為冰凍法的2/3），且頂進(jìn)設(shè)備可重復(fù)利用，經(jīng)濟(jì)效益顯著；
⑸ 由于管節(jié)為高精度的預(yù)制構(gòu)件，且在施工過(guò)程中便于控制，使聯(lián)絡(luò)通道質(zhì)量得到提高。外觀質(zhì)量?jī)?yōu)良，未見(jiàn)滲漏水點(diǎn)。
為使該施工工藝在今后的類似工程中可得到廣泛的推廣應(yīng)用，進(jìn)一步做好設(shè)計(jì)、施工一體化，需對(duì)下列幾方面進(jìn)行優(yōu)化與改進(jìn)：
⑴ 根據(jù)盾構(gòu)機(jī)的性能，盡量放大隧道內(nèi)鋼管片（聯(lián)絡(luò)通道預(yù)留口）的寬度，尤其是鋼管片的開(kāi)口寬度，以實(shí)現(xiàn)更大空間的頂進(jìn)法聯(lián)絡(luò)通道施工；
⑵ 將作為簡(jiǎn)易網(wǎng)格式機(jī)頭的頂出鋼管片，由現(xiàn)在的徑向開(kāi)口改為水平開(kāi)口；并使接收側(cè)隧道內(nèi)的洞門鋼管片尺寸略大于始發(fā)側(cè)，便于頂管機(jī)的進(jìn)出洞施工；
⑶ 在盾構(gòu)推進(jìn)至聯(lián)絡(luò)通道位置時(shí)，盡量減小對(duì)土體的擾動(dòng)，并盡快實(shí)施土體加固和環(huán)箍注漿等措施，隔絕同步漿液流竄，保證頂進(jìn)時(shí)的土體均勻性；
⑷ 在滿足隧道內(nèi)施工空間的前提下，盡量采用長(zhǎng)行程（大于管節(jié)長(zhǎng)）千斤頂作為主頂千斤頂，這樣就不必多次更換頂塊，可使頂進(jìn)施工連續(xù)進(jìn)行，既加快了施工速度，又有利于頂進(jìn)軸線的控制、降低起重作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)、提高總體質(zhì)量。
建議在有集水井的聯(lián)絡(luò)通道中，采用簡(jiǎn)易網(wǎng)格式機(jī)頭進(jìn)行施工，即在頂進(jìn)管節(jié)的相應(yīng)位置，預(yù)留類似鋼管片的可頂出結(jié)構(gòu)，進(jìn)行向下頂進(jìn)施工，構(gòu)筑集水井。
