淺談盾構(gòu)吊出井內(nèi)管片拼裝的設(shè)計(jì)與施工摘 要:本文以廣州地鐵三號(hào)線赤崗塔～客村站盾構(gòu)區(qū)間盾構(gòu)吊出井為例,介紹了盾構(gòu)井內(nèi)盾構(gòu)管片拼裝的設(shè)計(jì)、施工、拼裝過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題及處理方法。關(guān)鍵詞:吊出井;盾構(gòu)管片;拼裝;設(shè)計(jì)與施工1前言 盾構(gòu)吊出井的隧道主體一般采用明洞結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆混凝土完成,赤～客盾構(gòu)吊出井由于工期緊,為滿足工期要求,采用地面拼裝成環(huán)盾構(gòu)管片,再下吊至盾構(gòu)井軌面高度與原盾構(gòu)管片對(duì)接。本文以實(shí)際工程為例,對(duì)這種工法的設(shè)計(jì)、施工及施工中出現(xiàn)問(wèn)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(hào)線赤崗塔站～客村站區(qū)間采用盾構(gòu)法施工,原設(shè)計(jì)由客村站吊出,但由于地鐵通車(chē)的時(shí)間要求,為不影響客村站機(jī)電安裝、封板等工作,現(xiàn)在客村站前增加盾構(gòu)吊出井用于盾構(gòu)機(jī)吊出,同時(shí)由于時(shí)間緊,考慮將吊出井內(nèi)隧道主體采用整環(huán)盾構(gòu)管片拼裝。由于場(chǎng)地限制,吊出井平面尺寸(內(nèi)凈空)為8.5×8.5米,深度約26米。豎井西側(cè)距離40ｍ處有一9層框架結(jié)構(gòu),豎井安全等級(jí)為一級(jí),基坑重要性系數(shù)1.1。
2.2地質(zhì)及水文概況 隧道洞身穿越地層以<7>,<8>強(qiáng)-中風(fēng)化砂巖、含礫砂巖為主。棕紅夾灰白色,砂狀、礫狀結(jié)構(gòu),中～厚層狀構(gòu)造,鐵泥質(zhì)膠結(jié),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(fēng)化裂隙較發(fā)育,裂隙面見(jiàn)浸染銹斑,可見(jiàn)一組節(jié)理,傾角約80度,偶見(jiàn)近直立節(jié)理,巖石較硬。巖芯以柱狀為主,局部為碎塊～柱狀。圍巖級(jí)別為Ⅲ級(jí),局部Ⅳ級(jí),承載力為800Ｋｐａ。 <7>,<8>是基巖強(qiáng)風(fēng)化、中等風(fēng)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(duì)含水層。故本段富水性弱。2.3工程特點(diǎn)和難點(diǎn) 地鐵盾構(gòu)井隧道主體一般采用明洞結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆模筑混凝土,由于時(shí)間緊,本工程利用吊出井吊出盾構(gòu)機(jī)后,再直接下吊在地面拼裝好的整環(huán)盾構(gòu)管片,與原盾構(gòu)管片縱向?qū)舆B接成隧道主體。存在的難點(diǎn)主要有:①豎井深度大(26米),需嚴(yán)格控制250噸吊機(jī)在吊出盾構(gòu)機(jī)前體(102噸)時(shí)的地面沉降及周邊建筑物變形;②整環(huán)盾構(gòu)管片縱向連接安裝時(shí)螺栓定位對(duì)接困難。③盾構(gòu)洞門(mén)鋼環(huán)板的預(yù)埋,由于盾構(gòu)管片最后一環(huán)還沒(méi)有到達(dá)洞口位置,洞門(mén)鋼環(huán)板需破除豎井壁,向盾構(gòu)隧道一側(cè)暗挖350ｍｍ距離后安裝,有一定的施工難度。3設(shè)計(jì)及施工技術(shù)措施3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 豎井井身采用噴射混凝土與錨桿、鋼筋網(wǎng)、格柵鋼架聯(lián)合支護(hù),豎井井身噴砼厚度通過(guò)計(jì)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(fēng)化夾層輔以Φ42注漿管進(jìn)行注漿。考慮到250噸吊機(jī)起吊重和地面沉降的控制要求,對(duì)鎖口圈進(jìn)行了加強(qiáng)設(shè)計(jì),豎井鎖口圈的地面超載按:盾構(gòu)吊出井的兩側(cè)為100ＫＮ/ｍ2(考慮吊機(jī)及起吊的盾構(gòu)及重),其余按30ＫＮ/ｍ2計(jì)。鎖口圈考慮結(jié)構(gòu)自重、井身自重及超載,按彈性地基梁計(jì)算,計(jì)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(yù)制Ｖ形槽,槽內(nèi)側(cè)預(yù)埋鋼板。 1)在地面鋪墊枕木,在枕木上安裝管片,安裝平臺(tái)盡可能保證平整,橫向螺栓的擰緊分兩次進(jìn)行。 2)整環(huán)安裝后擰緊全部橫向螺栓,用預(yù)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(shí)將中上部的3個(gè)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(huán)管片先吊至豎井的最北端,用液壓千斤頂將第一環(huán)與隧道最后一環(huán)貼緊,在管片內(nèi)兩側(cè)用葫蘆拉管片吊裝頭將兩環(huán)管片拉緊,管片外將管片兩端圓箍與底板預(yù)制Ｖ形槽的預(yù)埋鋼板焊牢。 4)同樣吊第二環(huán)管片,用液壓千斤頂將第二環(huán)與第一環(huán)貼著,然后利用150ｔ吊車(chē)吊單側(cè)一轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)準(zhǔn)縱向螺栓孔,通過(guò)液壓千斤頂將縱向螺栓上緊,并將管片兩端圓箍與底板預(yù)制Ｖ形槽的預(yù)埋鋼板焊牢。 5)同第二環(huán)管片的安裝方法一樣安裝第三、第四環(huán)管片的安裝。 6)當(dāng)?shù)跹b剩下最后兩環(huán)時(shí),先將第六環(huán)管片吊下,并用千斤頂將其推到客村站洞內(nèi)。 7)吊下第五環(huán)管片,同樣方法先將第六環(huán)與第五環(huán)管片的縱向螺栓上緊。在用千斤頂將兩環(huán)管片整體向盾構(gòu)隧道一側(cè)移動(dòng)直到貼著第四環(huán),然后利用150ｔ吊車(chē)吊第五環(huán)管片單側(cè)以轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)準(zhǔn)縱向螺栓孔,通過(guò)液壓千斤頂將縱向螺栓上緊,并將管片兩端圓箍與底板預(yù)制Ｖ形槽的預(yù)埋鋼板焊接牢靠。3.4 結(jié)構(gòu)防水 本工程結(jié)構(gòu)防水等級(jí)為二級(jí)防水,按"以防為主,多道防線,剛?cè)峤Y(jié)合,綜合治理"的原則進(jìn)行。由于Ｖ形槽及管片外包槽鋼圓箍與預(yù)埋鋼板的焊接影響,外包ＰＶＣ板難以達(dá)到實(shí)施。采取主要防水措施:以盾構(gòu)管片結(jié)構(gòu)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(jìn)行加強(qiáng)防水處理。管片拼裝好以后在超過(guò)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(wèn)題及處理方案4.1吊裝過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題 成環(huán)管片下吊安裝后,各環(huán)管片之間出現(xiàn)了不同程度的錯(cuò)臺(tái)(最大值達(dá)到70ｍｍ),縱向螺栓難于全部對(duì)接安裝。下吊的六環(huán)管片中,縱向螺栓最多的才對(duì)接七根,最少的才對(duì)接上一根,達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。分析原因,主要是管片下吊過(guò)程中出現(xiàn)了不同程度的橢圓度,導(dǎo)致相鄰兩環(huán)管片螺栓孔錯(cuò)位。4.2 處理方法 針對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題,采取了如下補(bǔ)救措施:1)首先核對(duì)限界,檢查隧道錯(cuò)臺(tái)后內(nèi)徑空是否滿足限界要求。在確認(rèn)限界滿足要求后, 對(duì)錯(cuò)臺(tái)的管片在外圍外包鋼筋網(wǎng),替代對(duì)接不上的縱向螺栓,滿足隧道縱向受力要求;2)采取在盾構(gòu)管片內(nèi)均勻布置12支Φ120ｍｍ的可調(diào)節(jié)的鋼管內(nèi)支撐,控制下吊過(guò)程中管片的變形。加撐圖如下: 施工實(shí)踐證明措施有效。在余下管片下吊安裝過(guò)程,管片之間錯(cuò)臺(tái)最大20ｍｍ,縱向螺栓對(duì)接6～7根,基本滿足使用要求。5結(jié)論 從本工程看,盾構(gòu)井內(nèi)用管片吊裝施做盾構(gòu)隧道主體,既滿足了工期需要,又保持的盾構(gòu)區(qū)間隧道主體的完整性,是對(duì)盾構(gòu)法施工的延伸和拓展,并為以后類(lèi)似工程提供了工程經(jīng)驗(yàn)。參考文獻(xiàn):[1]《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》(ＧＢ50157-2003)[2]《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》ＧＢ50017-2003[3]《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(ＧＢ50010-2002)[4]《地鐵鐵道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》(ＧＢ50299--1999)
2.2地質(zhì)及水文概況 隧道洞身穿越地層以<7>,<8>強(qiáng)-中風(fēng)化砂巖、含礫砂巖為主。棕紅夾灰白色,砂狀、礫狀結(jié)構(gòu),中～厚層狀構(gòu)造,鐵泥質(zhì)膠結(jié),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(fēng)化裂隙較發(fā)育,裂隙面見(jiàn)浸染銹斑,可見(jiàn)一組節(jié)理,傾角約80度,偶見(jiàn)近直立節(jié)理,巖石較硬。巖芯以柱狀為主,局部為碎塊～柱狀。圍巖級(jí)別為Ⅲ級(jí),局部Ⅳ級(jí),承載力為800Ｋｐａ。 <7>,<8>是基巖強(qiáng)風(fēng)化、中等風(fēng)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(duì)含水層。故本段富水性弱。2.3工程特點(diǎn)和難點(diǎn) 地鐵盾構(gòu)井隧道主體一般采用明洞結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆模筑混凝土,由于時(shí)間緊,本工程利用吊出井吊出盾構(gòu)機(jī)后,再直接下吊在地面拼裝好的整環(huán)盾構(gòu)管片,與原盾構(gòu)管片縱向?qū)舆B接成隧道主體。存在的難點(diǎn)主要有:①豎井深度大(26米),需嚴(yán)格控制250噸吊機(jī)在吊出盾構(gòu)機(jī)前體(102噸)時(shí)的地面沉降及周邊建筑物變形;②整環(huán)盾構(gòu)管片縱向連接安裝時(shí)螺栓定位對(duì)接困難。③盾構(gòu)洞門(mén)鋼環(huán)板的預(yù)埋,由于盾構(gòu)管片最后一環(huán)還沒(méi)有到達(dá)洞口位置,洞門(mén)鋼環(huán)板需破除豎井壁,向盾構(gòu)隧道一側(cè)暗挖350ｍｍ距離后安裝,有一定的施工難度。3設(shè)計(jì)及施工技術(shù)措施3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 豎井井身采用噴射混凝土與錨桿、鋼筋網(wǎng)、格柵鋼架聯(lián)合支護(hù),豎井井身噴砼厚度通過(guò)計(jì)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(fēng)化夾層輔以Φ42注漿管進(jìn)行注漿。考慮到250噸吊機(jī)起吊重和地面沉降的控制要求,對(duì)鎖口圈進(jìn)行了加強(qiáng)設(shè)計(jì),豎井鎖口圈的地面超載按:盾構(gòu)吊出井的兩側(cè)為100ＫＮ/ｍ2(考慮吊機(jī)及起吊的盾構(gòu)及重),其余按30ＫＮ/ｍ2計(jì)。鎖口圈考慮結(jié)構(gòu)自重、井身自重及超載,按彈性地基梁計(jì)算,計(jì)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(yù)制Ｖ形槽,槽內(nèi)側(cè)預(yù)埋鋼板。 1)在地面鋪墊枕木,在枕木上安裝管片,安裝平臺(tái)盡可能保證平整,橫向螺栓的擰緊分兩次進(jìn)行。 2)整環(huán)安裝后擰緊全部橫向螺栓,用預(yù)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(shí)將中上部的3個(gè)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(huán)管片先吊至豎井的最北端,用液壓千斤頂將第一環(huán)與隧道最后一環(huán)貼緊,在管片內(nèi)兩側(cè)用葫蘆拉管片吊裝頭將兩環(huán)管片拉緊,管片外將管片兩端圓箍與底板預(yù)制Ｖ形槽的預(yù)埋鋼板焊牢。 4)同樣吊第二環(huán)管片,用液壓千斤頂將第二環(huán)與第一環(huán)貼著,然后利用150ｔ吊車(chē)吊單側(cè)一轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)準(zhǔn)縱向螺栓孔,通過(guò)液壓千斤頂將縱向螺栓上緊,并將管片兩端圓箍與底板預(yù)制Ｖ形槽的預(yù)埋鋼板焊牢。 5)同第二環(huán)管片的安裝方法一樣安裝第三、第四環(huán)管片的安裝。 6)當(dāng)?shù)跹b剩下最后兩環(huán)時(shí),先將第六環(huán)管片吊下,并用千斤頂將其推到客村站洞內(nèi)。 7)吊下第五環(huán)管片,同樣方法先將第六環(huán)與第五環(huán)管片的縱向螺栓上緊。在用千斤頂將兩環(huán)管片整體向盾構(gòu)隧道一側(cè)移動(dòng)直到貼著第四環(huán),然后利用150ｔ吊車(chē)吊第五環(huán)管片單側(cè)以轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)準(zhǔn)縱向螺栓孔,通過(guò)液壓千斤頂將縱向螺栓上緊,并將管片兩端圓箍與底板預(yù)制Ｖ形槽的預(yù)埋鋼板焊接牢靠。3.4 結(jié)構(gòu)防水 本工程結(jié)構(gòu)防水等級(jí)為二級(jí)防水,按"以防為主,多道防線,剛?cè)峤Y(jié)合,綜合治理"的原則進(jìn)行。由于Ｖ形槽及管片外包槽鋼圓箍與預(yù)埋鋼板的焊接影響,外包ＰＶＣ板難以達(dá)到實(shí)施。采取主要防水措施:以盾構(gòu)管片結(jié)構(gòu)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(jìn)行加強(qiáng)防水處理。管片拼裝好以后在超過(guò)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(wèn)題及處理方案4.1吊裝過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題 成環(huán)管片下吊安裝后,各環(huán)管片之間出現(xiàn)了不同程度的錯(cuò)臺(tái)(最大值達(dá)到70ｍｍ),縱向螺栓難于全部對(duì)接安裝。下吊的六環(huán)管片中,縱向螺栓最多的才對(duì)接七根,最少的才對(duì)接上一根,達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。分析原因,主要是管片下吊過(guò)程中出現(xiàn)了不同程度的橢圓度,導(dǎo)致相鄰兩環(huán)管片螺栓孔錯(cuò)位。4.2 處理方法 針對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題,采取了如下補(bǔ)救措施:1)首先核對(duì)限界,檢查隧道錯(cuò)臺(tái)后內(nèi)徑空是否滿足限界要求。在確認(rèn)限界滿足要求后, 對(duì)錯(cuò)臺(tái)的管片在外圍外包鋼筋網(wǎng),替代對(duì)接不上的縱向螺栓,滿足隧道縱向受力要求;2)采取在盾構(gòu)管片內(nèi)均勻布置12支Φ120ｍｍ的可調(diào)節(jié)的鋼管內(nèi)支撐,控制下吊過(guò)程中管片的變形。加撐圖如下: 施工實(shí)踐證明措施有效。在余下管片下吊安裝過(guò)程,管片之間錯(cuò)臺(tái)最大20ｍｍ,縱向螺栓對(duì)接6～7根,基本滿足使用要求。5結(jié)論 從本工程看,盾構(gòu)井內(nèi)用管片吊裝施做盾構(gòu)隧道主體,既滿足了工期需要,又保持的盾構(gòu)區(qū)間隧道主體的完整性,是對(duì)盾構(gòu)法施工的延伸和拓展,并為以后類(lèi)似工程提供了工程經(jīng)驗(yàn)。參考文獻(xiàn):[1]《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》(ＧＢ50157-2003)[2]《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》ＧＢ50017-2003[3]《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(ＧＢ50010-2002)[4]《地鐵鐵道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》(ＧＢ50299--1999)