淺談盾構吊出井內管片拼裝的設計與施工摘 要:本文以廣州地鐵三號線赤崗塔～客村站盾構區間盾構吊出井為例,介紹了盾構井內盾構管片拼裝的設計、施工、拼裝過程中出現的問題及處理方法。關鍵詞:吊出井;盾構管片;拼裝;設計與施工1前言 盾構吊出井的隧道主體一般采用明洞結構現澆混凝土完成,赤～客盾構吊出井由于工期緊,為滿足工期要求,采用地面拼裝成環盾構管片,再下吊至盾構井軌面高度與原盾構管片對接。本文以實際工程為例,對這種工法的設計、施工及施工中出現問題與解決方法作了介紹。2工程概況2.1工程概況 廣州市軌道交通三號線赤崗塔站～客村站區間采用盾構法施工,原設計由客村站吊出,但由于地鐵通車的時間要求,為不影響客村站機電安裝、封板等工作,現在客村站前增加盾構吊出井用于盾構機吊出,同時由于時間緊,考慮將吊出井內隧道主體采用整環盾構管片拼裝。由于場地限制,吊出井平面尺寸(內凈空)為8.5×8.5米,深度約26米。豎井西側距離40ｍ處有一9層框架結構,豎井安全等級為一級,基坑重要性系數1.1。
2.2地質及水文概況 隧道洞身穿越地層以<7>,<8>強-中風化砂巖、含礫砂巖為主。棕紅夾灰白色,砂狀、礫狀結構,中～厚層狀構造,鐵泥質膠結,含約20～60%的礫石,礫石成份為花崗巖、砂巖碎屑,磨圓度一般,分選性較差,最大粒徑約5ｃｍ。風化裂隙較發育,裂隙面見浸染銹斑,可見一組節理,傾角約80度,偶見近直立節理,巖石較硬。巖芯以柱狀為主,局部為碎塊～柱狀。圍巖級別為Ⅲ級,局部Ⅳ級,承載力為800Ｋｐａ。 <7>,<8>是基巖強風化、中等風化帶,巖性為泥巖、礫巖、含礫砂巖等,透水層差,僅裂隙中含少量裂隙水,為弱含水層,Ｋ=0.024～0.65ｍ/ｄ,可視為相對含水層。故本段富水性弱。2.3工程特點和難點 地鐵盾構井隧道主體一般采用明洞結構現澆模筑混凝土,由于時間緊,本工程利用吊出井吊出盾構機后,再直接下吊在地面拼裝好的整環盾構管片,與原盾構管片縱向對接連接成隧道主體。存在的難點主要有:①豎井深度大(26米),需嚴格控制250噸吊機在吊出盾構機前體(102噸)時的地面沉降及周邊建筑物變形;②整環盾構管片縱向連接安裝時螺栓定位對接困難。③盾構洞門鋼環板的預埋,由于盾構管片最后一環還沒有到達洞口位置,洞門鋼環板需破除豎井壁,向盾構隧道一側暗挖350ｍｍ距離后安裝,有一定的施工難度。3設計及施工技術措施3.1 結構設計 豎井井身采用噴射混凝土與錨桿、鋼筋網、格柵鋼架聯合支護,豎井井身噴砼厚度通過計算在不同深度范圍分別采用500及550ｍｍ兩種厚度,滿足要求。鎖口圈下土層和隧洞范圍局部全風化夾層輔以Φ42注漿管進行注漿。考慮到250噸吊機起吊重和地面沉降的控制要求,對鎖口圈進行了加強設計,豎井鎖口圈的地面超載按:盾構吊出井的兩側為100ＫＮ/ｍ2(考慮吊機及起吊的盾構及重),其余按30ＫＮ/ｍ2計。鎖口圈考慮結構自重、井身自重及超載,按彈性地基梁計算,計算模型如下:3.2管片拼裝后橫斷面管片拼裝前需在底板預制Ｖ形槽,槽內側預埋鋼板。 1)在地面鋪墊枕木,在枕木上安裝管片,安裝平臺盡可能保證平整,橫向螺栓的擰緊分兩次進行。 2)整環安裝后擰緊全部橫向螺栓,用預制的半圓形槽鋼組成圓箍抱住管片兩端,用葫蘆收緊后用鋼板焊接牢靠。同時將中上部的3個管片吊裝孔打穿,做一"Ｔ"形鋼架插到吊裝孔里,"Ｔ"形鋼架兩端與管片兩端圓箍焊接。 3）地面慢慢吊起并翻身,第一環管片先吊至豎井的最北端,用液壓千斤頂將第一環與隧道最后一環貼緊,在管片內兩側用葫蘆拉管片吊裝頭將兩環管片拉緊,管片外將管片兩端圓箍與底板預制Ｖ形槽的預埋鋼板焊牢。 4)同樣吊第二環管片,用液壓千斤頂將第二環與第一環貼著,然后利用150ｔ吊車吊單側一轉動對準縱向螺栓孔,通過液壓千斤頂將縱向螺栓上緊,并將管片兩端圓箍與底板預制Ｖ形槽的預埋鋼板焊牢。 5)同第二環管片的安裝方法一樣安裝第三、第四環管片的安裝。 6)當吊裝剩下最后兩環時,先將第六環管片吊下,并用千斤頂將其推到客村站洞內。 7)吊下第五環管片,同樣方法先將第六環與第五環管片的縱向螺栓上緊。在用千斤頂將兩環管片整體向盾構隧道一側移動直到貼著第四環,然后利用150ｔ吊車吊第五環管片單側以轉動對準縱向螺栓孔,通過液壓千斤頂將縱向螺栓上緊,并將管片兩端圓箍與底板預制Ｖ形槽的預埋鋼板焊接牢靠。3.4 結構防水 本工程結構防水等級為二級防水,按"以防為主,多道防線,剛柔結合,綜合治理"的原則進行。由于Ｖ形槽及管片外包槽鋼圓箍與預埋鋼板的焊接影響,外包ＰＶＣ板難以達到實施。采取主要防水措施:以盾構管片結構混凝土的自防水和外涂防水涂料為主,縱向管片接縫處外包自粘性防水材料進行加強防水處理。管片拼裝好以后在超過管片端部600ｍｍ高度范圍回填素砼,防止在防水層背后形成承壓水。4 問題及處理方案4.1吊裝過程中出現的問題 成環管片下吊安裝后,各環管片之間出現了不同程度的錯臺(最大值達到70ｍｍ),縱向螺栓難于全部對接安裝。下吊的六環管片中,縱向螺栓最多的才對接七根,最少的才對接上一根,達不到設計要求。分析原因,主要是管片下吊過程中出現了不同程度的橢圓度,導致相鄰兩環管片螺栓孔錯位。4.2 處理方法 針對出現的問題,采取了如下補救措施:1)首先核對限界,檢查隧道錯臺后內徑空是否滿足限界要求。在確認限界滿足要求后, 對錯臺的管片在外圍外包鋼筋網,替代對接不上的縱向螺栓,滿足隧道縱向受力要求;2)采取在盾構管片內均勻布置12支Φ120ｍｍ的可調節的鋼管內支撐,控制下吊過程中管片的變形。加撐圖如下: 施工實踐證明措施有效。在余下管片下吊安裝過程,管片之間錯臺最大20ｍｍ,縱向螺栓對接6～7根,基本滿足使用要求。5結論 從本工程看,盾構井內用管片吊裝施做盾構隧道主體,既滿足了工期需要,又保持的盾構區間隧道主體的完整性,是對盾構法施工的延伸和拓展,并為以后類似工程提供了工程經驗。參考文獻:[1]《地鐵設計規范》(ＧＢ50157-2003)[2]《鋼結構設計規范》ＧＢ50017-2003[3]《混凝土結構設計規范》(ＧＢ50010-2002)[4]《地鐵鐵道工程施工及驗收規范》(ＧＢ50299--1999)
2.2地質及水文概況 隧道洞身穿越地層以<7>,<8>強-中風化砂巖、含礫砂巖為主。棕紅夾灰白色,砂狀、礫狀結構,中～厚層狀構造,鐵泥質膠結,含約20～60%的礫石,礫石成份為花崗巖、砂巖碎屑,磨圓度一般,分選性較差,最大粒徑約5ｃｍ。風化裂隙較發育,裂隙面見浸染銹斑,可見一組節理,傾角約80度,偶見近直立節理,巖石較硬。巖芯以柱狀為主,局部為碎塊～柱狀。圍巖級別為Ⅲ級,局部Ⅳ級,承載力為800Ｋｐａ。 <7>,<8>是基巖強風化、中等風化帶,巖性為泥巖、礫巖、含礫砂巖等,透水層差,僅裂隙中含少量裂隙水,為弱含水層,Ｋ=0.024～0.65ｍ/ｄ,可視為相對含水層。故本段富水性弱。2.3工程特點和難點 地鐵盾構井隧道主體一般采用明洞結構現澆模筑混凝土,由于時間緊,本工程利用吊出井吊出盾構機后,再直接下吊在地面拼裝好的整環盾構管片,與原盾構管片縱向對接連接成隧道主體。存在的難點主要有:①豎井深度大(26米),需嚴格控制250噸吊機在吊出盾構機前體(102噸)時的地面沉降及周邊建筑物變形;②整環盾構管片縱向連接安裝時螺栓定位對接困難。③盾構洞門鋼環板的預埋,由于盾構管片最后一環還沒有到達洞口位置,洞門鋼環板需破除豎井壁,向盾構隧道一側暗挖350ｍｍ距離后安裝,有一定的施工難度。3設計及施工技術措施3.1 結構設計 豎井井身采用噴射混凝土與錨桿、鋼筋網、格柵鋼架聯合支護,豎井井身噴砼厚度通過計算在不同深度范圍分別采用500及550ｍｍ兩種厚度,滿足要求。鎖口圈下土層和隧洞范圍局部全風化夾層輔以Φ42注漿管進行注漿。考慮到250噸吊機起吊重和地面沉降的控制要求,對鎖口圈進行了加強設計,豎井鎖口圈的地面超載按:盾構吊出井的兩側為100ＫＮ/ｍ2(考慮吊機及起吊的盾構及重),其余按30ＫＮ/ｍ2計。鎖口圈考慮結構自重、井身自重及超載,按彈性地基梁計算,計算模型如下:3.2管片拼裝后橫斷面管片拼裝前需在底板預制Ｖ形槽,槽內側預埋鋼板。 1)在地面鋪墊枕木,在枕木上安裝管片,安裝平臺盡可能保證平整,橫向螺栓的擰緊分兩次進行。 2)整環安裝后擰緊全部橫向螺栓,用預制的半圓形槽鋼組成圓箍抱住管片兩端,用葫蘆收緊后用鋼板焊接牢靠。同時將中上部的3個管片吊裝孔打穿,做一"Ｔ"形鋼架插到吊裝孔里,"Ｔ"形鋼架兩端與管片兩端圓箍焊接。 3）地面慢慢吊起并翻身,第一環管片先吊至豎井的最北端,用液壓千斤頂將第一環與隧道最后一環貼緊,在管片內兩側用葫蘆拉管片吊裝頭將兩環管片拉緊,管片外將管片兩端圓箍與底板預制Ｖ形槽的預埋鋼板焊牢。 4)同樣吊第二環管片,用液壓千斤頂將第二環與第一環貼著,然后利用150ｔ吊車吊單側一轉動對準縱向螺栓孔,通過液壓千斤頂將縱向螺栓上緊,并將管片兩端圓箍與底板預制Ｖ形槽的預埋鋼板焊牢。 5)同第二環管片的安裝方法一樣安裝第三、第四環管片的安裝。 6)當吊裝剩下最后兩環時,先將第六環管片吊下,并用千斤頂將其推到客村站洞內。 7)吊下第五環管片,同樣方法先將第六環與第五環管片的縱向螺栓上緊。在用千斤頂將兩環管片整體向盾構隧道一側移動直到貼著第四環,然后利用150ｔ吊車吊第五環管片單側以轉動對準縱向螺栓孔,通過液壓千斤頂將縱向螺栓上緊,并將管片兩端圓箍與底板預制Ｖ形槽的預埋鋼板焊接牢靠。3.4 結構防水 本工程結構防水等級為二級防水,按"以防為主,多道防線,剛柔結合,綜合治理"的原則進行。由于Ｖ形槽及管片外包槽鋼圓箍與預埋鋼板的焊接影響,外包ＰＶＣ板難以達到實施。采取主要防水措施:以盾構管片結構混凝土的自防水和外涂防水涂料為主,縱向管片接縫處外包自粘性防水材料進行加強防水處理。管片拼裝好以后在超過管片端部600ｍｍ高度范圍回填素砼,防止在防水層背后形成承壓水。4 問題及處理方案4.1吊裝過程中出現的問題 成環管片下吊安裝后,各環管片之間出現了不同程度的錯臺(最大值達到70ｍｍ),縱向螺栓難于全部對接安裝。下吊的六環管片中,縱向螺栓最多的才對接七根,最少的才對接上一根,達不到設計要求。分析原因,主要是管片下吊過程中出現了不同程度的橢圓度,導致相鄰兩環管片螺栓孔錯位。4.2 處理方法 針對出現的問題,采取了如下補救措施:1)首先核對限界,檢查隧道錯臺后內徑空是否滿足限界要求。在確認限界滿足要求后, 對錯臺的管片在外圍外包鋼筋網,替代對接不上的縱向螺栓,滿足隧道縱向受力要求;2)采取在盾構管片內均勻布置12支Φ120ｍｍ的可調節的鋼管內支撐,控制下吊過程中管片的變形。加撐圖如下: 施工實踐證明措施有效。在余下管片下吊安裝過程,管片之間錯臺最大20ｍｍ,縱向螺栓對接6～7根,基本滿足使用要求。5結論 從本工程看,盾構井內用管片吊裝施做盾構隧道主體,既滿足了工期需要,又保持的盾構區間隧道主體的完整性,是對盾構法施工的延伸和拓展,并為以后類似工程提供了工程經驗。參考文獻:[1]《地鐵設計規范》(ＧＢ50157-2003)[2]《鋼結構設計規范》ＧＢ50017-2003[3]《混凝土結構設計規范》(ＧＢ50010-2002)[4]《地鐵鐵道工程施工及驗收規范》(ＧＢ50299--1999)