浅谈盾构吊出井内管片拼装的设计与施工

    摘 要:本文以广州地铁三号线赤岗塔～客村站盾构区间盾构吊出井为例,介绍了盾构井内盾构管片拼装的设计、施工、拼装过程中出现的问题及处理方法。（参考《www.jianzhu518.com》）

    关键词:吊出井;盾构管片;拼装;设计与施工
   
    1前言
    盾构吊出井的隧道主体一般采用明洞结构现浇混凝土完成,赤～客盾构吊出井由于工期紧,为满足工期要求,采用地面拼装成环盾构管片,再下吊至盾构井轨面高度与原盾构管片对接。本文以实际工程为例,对这种工法的设计、施工及施工中出现问题与解决方法作了介绍。
    2 工程概况
    2.1 工程概况
    广州市轨道交通三号线赤岗塔站～客村站区间采用盾构法施工,原设计由客村站吊出,但由于地铁通车的时间要求,为不影响客村站机电安装、封板等工作,现在客村站前增加盾构吊出井用于盾构机吊出,同时由于时间紧,考虑将吊出井内隧道主体采用整环盾构管片拼装。由于场地限制,吊出井平面尺寸(内净空)为8.5×8.5米,深度约26米。竖井西侧距离40m处有一9层框架结构,竖井安全等级为一级,基坑重要性系数1.1。

    2.2 地质及水文概况
    隧道洞身穿越地层以<7>,<8>强-中风化砂岩、含砾砂岩为主。棕红夹灰白色,砂状、砾状结构,中～厚层状构造,铁泥质胶结,含约20～60%的砾石,砾石成份为花岗岩、砂岩碎屑,磨圆度一般,分选性较差,最大粒径约5cm。风化裂隙较发育,裂隙面见浸染锈斑,可见一组节理,倾角约80度,偶见近直立节理,岩石较硬。岩芯以柱状为主,局部为碎块～柱状。围岩级别为Ⅲ级,局部Ⅳ级,承载力为800Kpa。
    <7>,<8>是基岩强风化、中等风化带,岩性为泥岩、砾岩、含砾砂岩等,透水层差,仅裂隙中含少量裂隙水,为弱含水层,K=0.024～0.65m/d,可视为相对含水层。故本段富水性弱。
    2.3 工程特点和难点
    地铁盾构井隧道主体一般采用明洞结构现浇模筑混凝土,由于时间紧,本工程利用吊出井吊出盾构机后,再直接下吊在地面拼装好的整环盾构管片,与原盾构管片纵向对接连接成隧道主体。存在的难点主要有:①竖井深度大(26米),需严格控制250吨吊机在吊出盾构机前体(102吨)时的地面沉降及周边建筑物变形;②整环盾构管片纵向连接安装时螺栓定位对接困难。③盾构洞门钢环板的预埋,由于盾构管片最后一环还没有到达洞口位置,洞门钢环板需破除竖井壁,向盾构隧道一侧暗挖350mm距离后安装,有一定的施工难度。
    3 设计及施工技术措施
    3.1 结构设计
    竖井井身采用喷射混凝土与锚杆、钢筋网、格栅钢架联合支护,竖井井身喷砼厚度通过计算在不同深度范围分别采用500及550mm两种厚度,满足要求。锁口圈下土层和隧洞范围局部全风化夹层辅以Φ42注浆管进行注浆。考虑到250吨吊机起吊重和地面沉降的控制要求,对锁口圈进行了加强设计,竖井锁口圈的地面超载按:盾构吊出井的两侧为100KN/m2(考虑吊机及起吊的盾构及重),其余按30KN/m2计。锁口圈考虑结构自重、井身自重及超载,按弹性地基梁计算,计算模型如下:

    3.2 管片拼装后横断面
    管片拼装前需在底板预制V形槽,槽内侧预埋钢板。

    1)在地面铺垫枕木,在枕木上安装管片,安装平台尽可能保证平整,横向螺栓的拧紧分两次进行。
    2)整环安装后拧紧全部横向螺栓,用预制的半圆形槽钢组成圆箍抱住管片两端,用葫芦收紧后用钢板焊接牢靠。同时将中上部的3个管片吊装孔打穿,做一"T"形钢架插到吊装孔里,"T"形钢架两端与管片两端圆箍焊接。­

    3）地面慢慢吊起并翻身,第一环管片先吊至竖井的最北端,用液压千斤顶将第一环与隧道最后一环贴紧,在管片内两侧用葫芦拉管片吊装头将两环管片拉紧,管片外将管片两端圆箍与底板预制V形槽的预埋钢板焊牢。
    4)同样吊第二环管片,用液压千斤顶将第二环与第一环贴着,然后利用150t吊车吊单侧一转动对准纵向螺栓孔,通过液压千斤顶将纵向螺栓上紧,并将管片两端圆箍与底板预制V形槽的预埋钢板焊牢。
    5)同第二环管片的安装方法一样安装第三、第四环管片的安装。
    6)当吊装剩下最后两环时,先将第六环管片吊下,并用千斤顶将其推到客村站洞内。
    7)吊下第五环管片,同样方法先将第六环与第五环管片的纵向螺栓上紧。在用千斤顶将两环管片整体向盾构隧道一侧移动直到贴着第四环,然后利用150t吊车吊第五环管片单侧以转动对准纵向螺栓孔,通过液压千斤顶将纵向螺栓上紧,并将管片两端圆箍与底板预制V形槽的预埋钢板焊接牢靠。
    3.4 结构防水
    本工程结构防水等级为二级防水,按"以防为主,多道防线,刚柔结合,综合治理"的原则进行。由于V形槽及管片外包槽钢圆箍与预埋钢板的焊接影响,外包PVC板难以达到实施。采取主要防水措施:以盾构管片结构混凝土的自防水和外涂防水涂料为主,纵向管片接缝处外包自粘性防水材料进行加强防水处理。管片拼装好以后在超过管片端部600mm高度范围回填素砼,防止在防水层背后形成承压水。
    4 问题及处理方案
    4.1 吊装过程中出现的问题
    成环管片下吊安装后,各环管片之间出现了不同程度的错台(最大值达到70mm),纵向螺栓难于全部对接安装。下吊的六环管片中,纵向螺栓最多的才对接七根,最少的才对接上一根,达不到设计要求。分析原因,主要是管片下吊过程中出现了不同程度的椭圆度,导致相邻两环管片螺栓孔错位。
    4.2 处理方法
    针对出现的问题,采取了如下补救措施:1)首先核对限界,检查隧道错台后内径空是否满足限界要求。在确认限界满足要求后, 对错台的管片在外围外包钢筋网,替代对接不上的纵向螺栓,满足隧道纵向受力要求;2)采取在盾构管片内均匀布置12支Φ120mm的可调节的钢管内支撑,控制下吊过程中管片的变形。加撑图如下:
    施工实践证明措施有效。在余下管片下吊安装过程,管片之间错台最大20mm,纵向螺栓对接6～7根,基本满足使用要求。

    5 结论
    从本工程看,盾构井内用管片吊装施做盾构隧道主体,既满足了工期需要,又保持的盾构区间隧道主体的完整性,是对盾构法施工的延伸和拓展,并为以后类似工程提供了工程经验。
   
    参考文献:
    [1]《地铁设计规范》(GB50157-2003)
    [2]《钢结构设计规范》GB50017-2003
    [3]《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)
    [4]《地铁铁道工程施工及验收规范》(GB50299--1999)