地鐵隧道鋼環(huán)加固施工技術(shù)研究

摘? 要：當(dāng)前在城市發(fā)展進(jìn)程中，交通與環(huán)境的矛盾問(wèn)題日益明顯，城市隧道工程在空間上的交叉成為緩解這一矛盾的關(guān)鍵。在此背景下，交叉段既有隧道加固施工則成為了重點(diǎn)控制的施工方案之一。本文將結(jié)合十五中站～武昌火車站明挖區(qū)間（簡(jiǎn)稱“明挖區(qū)間”）這一具體工程，分析明挖段既有隧道鋼環(huán)加固的范圍設(shè)計(jì)、施工工藝流程及相關(guān)施工保障措施，以供參考。

關(guān)鍵詞：十五中站～武昌火車站區(qū)間;明挖段隧道鋼環(huán)加固;施工方案

中圖分類號(hào)：U455.43? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2096-6903（2021）01-0000-00

1工程概況

地鐵12號(hào)線十五中站～武昌火車站區(qū)間明挖段長(zhǎng)178.354m，明挖段結(jié)構(gòu)頂覆土埋深為2～4.9m。

已建成的4號(hào)線隧道截面為單線圓形隧道，管片外徑為Ф6.0m，內(nèi)徑為Ф5.4m，整個(gè)環(huán)形結(jié)構(gòu)由一個(gè)封頂塊、兩個(gè)相鄰塊和三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)塊組成。片材厚度30cm，環(huán)寬1.5m，片材用圓環(huán)連接，片材和片材之間用彎螺栓連接，片材拼接采用錯(cuò)縫。既有4號(hào)線隧道洞身基本位于10-2號(hào)粉質(zhì)粘土層內(nèi)，隧道結(jié)構(gòu)底部與既有線4號(hào)線盾構(gòu)隧道頂?shù)淖钚【嚯x為2.2m[1]。由于既有4號(hào)線隧道頂與明挖區(qū)間結(jié)構(gòu)底凈距過(guò)小，為保證后期4號(hào)線地鐵運(yùn)營(yíng)與12號(hào)線地鐵運(yùn)營(yíng)通行安全，需對(duì)盾構(gòu)隧道采取鋼環(huán)加固措施。

2鋼環(huán)加固范圍設(shè)計(jì)及施工工藝流程

2.1鋼環(huán)加固范圍設(shè)計(jì)

在明挖區(qū)間段隧道鋼環(huán)加固施工中[2]，隧道管片環(huán)寬為1200mm，每一環(huán)分為5塊制作，采用整體環(huán)形加固形式，在鋼圈上留有相應(yīng)的注射孔，用鋼圈固定后，將剛性環(huán)氧液體填滿管件之間的剩余空間。為減小卸荷效應(yīng)對(duì)隧道變形的影響，在隧道內(nèi)出現(xiàn)浮移變形時(shí)，應(yīng)采取加壓措施和有效的隔震措施，以提高隧道的剛度。為減少基坑開(kāi)挖卸荷對(duì)既有4號(hào)線區(qū)間側(cè)向擠壓變形影響，在基坑范圍及外擴(kuò)10m區(qū)域內(nèi)的既有4號(hào)線隧道進(jìn)行鋼環(huán)加固，鋼環(huán)加固數(shù)量約共74環(huán)，每環(huán)重量1.81t，總計(jì)133.94t。

2.2施工工藝流程

如圖1所示，首先在施工前完成各種管線改排、缺陷整治和道床切割等的準(zhǔn)備工作，在管片預(yù)處理和管線改排過(guò)程穿插進(jìn)行加固段落的道床切割、鑿除等鋼環(huán)準(zhǔn)備工作，而減震道床則無(wú)需切割，在機(jī)械手到位和其他準(zhǔn)備工作全部結(jié)束后進(jìn)行鋼環(huán)拼裝;其次，牛腿的放樣、加工、安裝及側(cè)板和頂板的安裝工作完成后，再安裝道床上鋼拉條并進(jìn)行鋼圈支撐成環(huán)焊接，同時(shí)穿插進(jìn)行環(huán)氧樹(shù)脂的填充壓注工作。全部工序結(jié)束后進(jìn)行鋼環(huán)防腐和防火處理;最后進(jìn)行管線和道床的恢復(fù)工作。

2.3各種缺陷的處理及改排工作

2.3.1缺陷處理

滲漏水處理：隧道內(nèi)各種環(huán)縫、縱縫滲漏采取注漿止水的方法。注漿止水前，在滲漏點(diǎn)周圍無(wú)明水滲出的縱、環(huán)縫處騎縫垂直鉆孔至遇水膨脹止水條（彈性密封條）處，用聚氨酯灌漿材料在孔內(nèi)形成漿液阻斷點(diǎn)并圍成區(qū)域，采用速凝型聚合物砂漿埋設(shè)注漿鋼管，用環(huán)氧膠泥封縫。處理完成后的滲漏點(diǎn)兩側(cè)管片的環(huán)縫及縱縫的高度與管片內(nèi)弧面平齊。

管片破碎修補(bǔ)：管片破碎處采用SD或堆膠修補(bǔ)。

裂縫處理：考慮到結(jié)構(gòu)安全、耐久性等問(wèn)題，為了恢復(fù)管片的整體性，對(duì)有裂縫的管片采用剛性環(huán)氧注漿封閉。

隧道道床離縫脫空處理：采用剛性環(huán)氧樹(shù)脂灌漿處理管片壓扁后砼道床兩側(cè)與管片連接位置產(chǎn)生的縫隙。

2.3.2改排工作

由專業(yè)管線改排單位根據(jù)專項(xiàng)管線臨時(shí)改排方案組織施工，內(nèi)容包括施工前管線改排、施工過(guò)程中的監(jiān)護(hù)、配合及管線出現(xiàn)突發(fā)受損后的應(yīng)急處理和后期管線的恢復(fù)。

改排后的各類管線與隧道管片凈距不小于15cm，管線分層疊高不大于70cm，管線改排過(guò)程中嚴(yán)格按照限界要求組織施工，確保既有地鐵線路正常運(yùn)營(yíng)。

2.4鋼環(huán)安裝

（1）管片除塵清理。加固范圍內(nèi)的所有管片要進(jìn)行除塵清理，保證管片弧度平整、無(wú)滲漏水，重點(diǎn)是既有管片堵漏后產(chǎn)生的高低不平和滲漏后鈣化物的處理。

（2）鑿除及切割。在管片預(yù)處理和管線改排過(guò)程中進(jìn)行道床切割、鑿除等準(zhǔn)備工作（只針對(duì)普通道床，減震道床無(wú)需切割）;鑿除道床兩側(cè)40cm寬的混凝土以保證施工空間滿足要求，鑿除深度直至盾構(gòu)管片，切割后的道床側(cè)面進(jìn)行鑿毛處理。

（3）牛腿加工安裝。將加工好的牛腿按照放樣及時(shí)安裝，并進(jìn)行后續(xù)側(cè)板和頂板的放樣和加工;采用M16/8.8級(jí)膨脹螺栓和化學(xué)螺栓將牛腿支架固定在管片內(nèi)弧，鉆孔時(shí)避開(kāi)管片主筋、管片接縫、管線;在支架與管片及道床間通過(guò)牛腿支架上預(yù)留的壓注孔填充環(huán)氧樹(shù)脂，且要求接觸面混凝土鑿毛處理，以保證環(huán)氧粘結(jié)密貼、牢固。

（4）側(cè)板和頂板的安裝[3]。1）鋼環(huán)分塊原則：從受力角度出發(fā)，塊數(shù)應(yīng)盡可能的少;鋼板間的縱向接縫避開(kāi)管片縱縫位置;考慮安裝及焊接安全，分塊位置避開(kāi)管線及支架;考慮機(jī)械手理論抓起重量和安裝方便，單塊不能過(guò)大。2）鋼環(huán)分塊（尺寸、規(guī)格、分塊）：鋼環(huán)選用厚20mm、寬1300mm的Q235鋼弧板，外徑55500mm，每環(huán)分成5塊制作，每環(huán)鋼板總重約1.8t。3）側(cè)板頂板安裝。在牛腿支架安裝完成后，開(kāi)始進(jìn)行環(huán)形鋼板的安裝工作，其安裝順序從低到高逐漸開(kāi)始。安裝環(huán)形鋼板前在管片上進(jìn)行膨脹螺栓和化學(xué)螺栓孔位準(zhǔn)確放樣、布點(diǎn)并完成打孔鉆眼;同時(shí)根據(jù)螺栓對(duì)應(yīng)位置在環(huán)形鋼板上鉆孔預(yù)留孔位。根據(jù)牛腿安裝情況現(xiàn)場(chǎng)放樣、加工鄰接、封頂鋼板（先安裝鄰接鋼板后再放樣加工安裝封頂鋼板），環(huán)形鋼板拼裝就位后立即用膨脹螺栓臨時(shí)固定;同時(shí)人工跟進(jìn)安裝化學(xué)螺栓。螺栓的埋設(shè)采用排孔的方式依次進(jìn)行;安裝完成的環(huán)形鋼板當(dāng)天全部固定完畢。

（5）道床上鋼拉條安裝?？紤]到環(huán)板安裝過(guò)程中存在的尺寸誤差，所有環(huán)板安裝完成后再進(jìn)行普通道床上牛腿支架間、減震道床底部環(huán)板間鋼拉條連接，形成密閉環(huán)，減震道床拉條懸空于道床面，與道床之間的間距為2cm，后續(xù)采用耐候膠填充。鋼拉條設(shè)置在兩軌枕之間;鋼拉條尺寸規(guī)格為2根20×100mm ，鋼拉條間坡口焊接采用對(duì)接或搭接方式，長(zhǎng)度按照實(shí)際量測(cè)。

（6）環(huán)形鋼板之間的焊接。環(huán)形鋼板間點(diǎn)焊定位，拼裝接口采用坡口焊接;同時(shí)采用氣體保護(hù)焊。為后期特殊注漿的需要，在管片原注漿孔位置對(duì)應(yīng)的鋼板上預(yù)留Φ110mm孔;鋼板支撐和環(huán)形鋼板安裝完成后進(jìn)行鋼板間的整體焊接，使得內(nèi)部支撐整體受力，起到支撐隧道加固的作用。

所有鋼板間拼接均采用坡口焊，焊縫高度與板厚相同，焊接時(shí)應(yīng)采取有效措施，避免鋼板變形過(guò)大。所有焊縫驗(yàn)收質(zhì)量等級(jí)為二級(jí)。

環(huán)形鋼圈安裝完成后采用環(huán)氧樹(shù)脂填充環(huán)形鋼板與管片之間的空隙，因部分管片有錯(cuò)臺(tái)，其填充厚度按照不大于2.5cm控制。

1）鋼板兩側(cè)與管片接縫處采用環(huán)氧膠泥進(jìn)行封堵;2）鋼板兩側(cè)預(yù)留注漿孔和出氣孔及時(shí)封堵，每塊鋼板上不少于4個(gè);3）環(huán)氧樹(shù)脂壓注順序自下而上，直至上部預(yù)留孔溢出環(huán)氧樹(shù)脂為止。

（7）鋼環(huán)防腐和防火處理。鋼環(huán)采用噴涂聚脲防腐，噴涂總厚度不小于1.2mm，鋼板表面防腐達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB8923《涂覆涂料前鋼材表面處理 表面清潔度的目視評(píng)定》規(guī)定的Sa2級(jí)（徹底的拋射或是噴射除銹），表面粗糙度Rz40～75μm，噴砂除銹之前，用砂輪打平和清除鋼材表面的毛刺、突起和焊瘤、焊縫，防腐施工在表面處理完成后三小時(shí)內(nèi)進(jìn)行，如有返銹現(xiàn)象，表面再次噴砂直至滿足要求。

本區(qū)間隧道防火設(shè)計(jì)分類為三類，鋼結(jié)構(gòu)耐火極限不小于2.0H。鋼結(jié)構(gòu)防火涂料噴涂施工順序?yàn)椋旱灼?2道中間漆+防火漆+面漆;重要構(gòu)件采用防火涂料做好保護(hù)措施;鋼結(jié)構(gòu)防火涂料種類、厚度及噴涂施工滿足《鋼結(jié)構(gòu)防火涂料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》CECS24：90的要求。

（8）管線和道床的恢復(fù)工作。隧道加固完成后，對(duì)改排的管線視現(xiàn)場(chǎng)具體情況選擇性地進(jìn)行恢復(fù)，確保地鐵運(yùn)營(yíng)安全和各管線設(shè)備及設(shè)施的正常使用。管線支架焊接固定于鋼環(huán)上，加固強(qiáng)度及牢固性需滿足相關(guān)規(guī)范要求，焊接處防腐防火要求與鋼環(huán)一致，疏散平臺(tái)支架的固定螺栓焊接在鋼環(huán)上，疏散平臺(tái)原狀恢復(fù)。

2.5其他注意事項(xiàng)

在整個(gè)隧道鋼環(huán)加固的過(guò)程中需要加強(qiáng)以下方面的準(zhǔn)備工作：其一，施工期間需要協(xié)調(diào)各方配合。整個(gè)隧道加固工期長(zhǎng)，且是在夜間天窗時(shí)間進(jìn)行施工，因此需要各方協(xié)助配合，才能順利的完成施工任務(wù);其二，物流組織。利用天窗時(shí)間從停車場(chǎng)通過(guò)既有地鐵線路由軌道車運(yùn)送材料至施工工點(diǎn)，運(yùn)送過(guò)程保證限速、不侵限，施工完成后做到工完料盡;其三，成品保護(hù)。在施工過(guò)程中保護(hù)好各種設(shè)施和管線，確保白天地鐵正常運(yùn)營(yíng);其四，施工過(guò)程中隧道的監(jiān)測(cè)。在施工過(guò)程中加強(qiáng)既有工點(diǎn)及前后各100m隧道的變形及應(yīng)力監(jiān)測(cè)，同時(shí)做好地面的沉降觀測(cè)。

3相關(guān)施工保障措施

3.1強(qiáng)化施工安全內(nèi)容

施工安全是研究?jī)?nèi)容中必不可少的關(guān)鍵。因此，本次施工在結(jié)合不同專業(yè)施工技術(shù)的前提下，將施工安全保證措施分為五個(gè)方向分別進(jìn)行闡述：其一，是制定明確的安全生產(chǎn)管理目標(biāo);其二，是確立安全生產(chǎn)的保證體系;其三，是關(guān)于施工安全技術(shù)的保證措施;其四，是施工現(xiàn)場(chǎng)的安全用電問(wèn)題;其五，是關(guān)于施工監(jiān)測(cè)方面的相關(guān)探討。

為進(jìn)一步確保施工安全保障措施的全面性，本次施工方案研究中，將確立安全生產(chǎn)保證體系：安全生產(chǎn)管理小組、安全職責(zé)界定、安全技術(shù)交底、安全設(shè)施驗(yàn)收及安全檢查制度這五個(gè)方向。其中具體所涉及到的范疇，包含“人員管理”、“進(jìn)度管理”及“制度管理”等三個(gè)領(lǐng)域中的基本內(nèi)容。

3.2完善質(zhì)量保證體系

研究施工質(zhì)量的保證措施其意義不僅僅是在于明挖區(qū)間這一單獨(dú)的施工項(xiàng)目，更重要的實(shí)踐意義在于通過(guò)明挖區(qū)間的質(zhì)量保證措施，促進(jìn)更多同類型的施工能夠同樣得到“質(zhì)”的提升，從而以專業(yè)施工技術(shù)與施工管理的角度，為城市軌道交道與國(guó)家現(xiàn)代化發(fā)展貢獻(xiàn)更多應(yīng)有的功能價(jià)值[4]。因此，在本次研究與實(shí)踐過(guò)程當(dāng)中，首先，將質(zhì)量保證措施劃分為下述三個(gè)大方向：（1）明確質(zhì)量保證目標(biāo);（2）構(gòu)建質(zhì)量保證體系;（3）保證質(zhì)量的組織措施。在第三個(gè)大方向中，基于實(shí)際需要，將下設(shè)全面質(zhì)量管理的措施、按規(guī)范施工的措施與保證施工人員操作技能的措施這三個(gè)方面，進(jìn)而確?！敖M織管理”在施工過(guò)程中的周密詳盡。

3.3風(fēng)險(xiǎn)源控制及風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急小組

在上述保證措施均順利完成的前提下，施工方案的研究與實(shí)踐將進(jìn)入到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)案這兩個(gè)環(huán)節(jié)之中。對(duì)于任何施工項(xiàng)目而言，驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)案都是重要的環(huán)節(jié)，因?yàn)檫@兩個(gè)環(huán)節(jié)與施工項(xiàng)目在投入使用后的持久性上能夠發(fā)揮出極為重要且關(guān)鍵的作用。因此，關(guān)于風(fēng)險(xiǎn)預(yù)案則分為：確定風(fēng)險(xiǎn)源、風(fēng)險(xiǎn)源控制與成立風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急小組這三大方向，在實(shí)踐過(guò)程中一旦確定了風(fēng)險(xiǎn)源則應(yīng)在第一時(shí)間內(nèi)從運(yùn)營(yíng)過(guò)程中可能發(fā)生的險(xiǎn)情、施工時(shí)間與地鐵運(yùn)營(yíng)的銜接、施工過(guò)程發(fā)生意外失火現(xiàn)象等三個(gè)方面決定最后具體所要采取的風(fēng)險(xiǎn)源控制措施，該過(guò)程是為風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急小組提供應(yīng)急處理方向的重要基礎(chǔ)，由此可見(jiàn)其實(shí)際價(jià)值及意義。

4結(jié)論

綜上所述，城市地下隧道建設(shè)的發(fā)展必定會(huì)使原有城市的交通更加順暢，而更多的新型施工方法也同樣會(huì)在施工方案中有所應(yīng)用。因此，充分了解地表建筑設(shè)施、地下公用設(shè)施、地質(zhì)介質(zhì)環(huán)境，保證安全的情況下選擇隧道鋼環(huán)加固方法則尤其重要。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2020-12-10

作者簡(jiǎn)介：俞鴻憲（1983—），男，青海海東人，本科，工程師，從事工程施工工作。

Research on Construction Technology for Steel Ring Reinforcement of Metro Tunnel

YU? Hongxian

（China Railway Fourth Bureau Group Fifth Engineering Co.， Ltd.， Jiujiang Jiangxi? 332000）

Abstract： In the current process of urban development， the contradiction between traffic and the environment has become increasingly obvious. The spatial intersection of urban tunnel projects has become the key to alleviating this contradiction. In this context， the reinforcement construction of the existing tunnel at the intersection has become one of the key construction plans. This article will combine the specific project of the 15th Middle School Station to Wuchang Railway Station's open-cut section （referred to as "open-cut section"） to analyze the scope design， construction process and related construction safeguard measures of the steel ring reinforcement of the existing tunnel in the section of the open-cut section.

Keywords： the section between the 15th Middle School Station and Wuchang Railway Station; the reinforcement of the steel ring of the open-cut section of the tunnel; the construction plan