頂進(jìn)法在南京地鐵聯(lián)絡(luò)通道施工中的應(yīng)用

頂進(jìn)法在南京地鐵聯(lián)絡(luò)通道施工中的應(yīng)用地鐵聯(lián)絡(luò)通道的施工方法有多種，采用頂進(jìn)法施工南京地鐵一號(hào)線珠江路站至新街口站區(qū)間隧道的聯(lián)絡(luò)通道是一次新的嘗試。文章較詳細(xì)地?cái)⑹隽耸┕み^程，并對(duì)頂進(jìn)法在今后的推廣應(yīng)用中應(yīng)作進(jìn)一步的改進(jìn)和完善發(fā)表了見解，可供類似工程借鑒。一、工程概況一般地鐵工程，在上下行線隧道間設(shè)置聯(lián)絡(luò)通道（簡(jiǎn)稱旁通道），以便在地鐵運(yùn)營(yíng)中，當(dāng)其中一條區(qū)間隧道發(fā)生火災(zāi)或意外事件時(shí)，乘客下車后，可立即通過所設(shè)置的旁通道，安全地疏散至另一條隧道。南京地鐵一號(hào)線珠江路站至新街口站區(qū)間隧道（長(zhǎng)932.044m，隧道內(nèi)徑為5.5m，外徑6.2m，管片厚350mm，管片寬1.20m）的聯(lián)絡(luò)通道的里程為下行線K8+810（對(duì)應(yīng)394環(huán)和395環(huán)接縫），通道外形斷面尺寸寬1.68m、高2.8m、長(zhǎng)12.90m；通道頂面標(biāo)高為-3.556m，底面標(biāo)高為-6.356m，兩隧道的中心標(biāo)高為-4.75m，中心線距離為17.20m（凈距11.00m）；頂覆土厚7.054～7.414m，基本處于粉質(zhì)粘土層中（見圖1）。聯(lián)絡(luò)通道采用頂進(jìn)法施工，由上行線向下行線方向頂進(jìn)。聯(lián)絡(luò)通道相應(yīng)的地面位置，為與長(zhǎng)江路交匯處以北20m左右的中山北路路下，地面上無建筑物。二、工程地質(zhì)條件從圖1中可知，旁通道上部2.0m處于③1－2b層粉質(zhì)粘土中，下部處在③2－2b層粉質(zhì)粘土中。各土層的物理力學(xué)指標(biāo)見表1。表1各土層物理力學(xué)指標(biāo)根據(jù)地質(zhì)資料，土層③1－2b粉質(zhì)粘土的特性為褐黃～灰黃色，軟流塑，夾薄層粉土、粉細(xì)砂，局部為粉土～粉砂與粉質(zhì)粘土交互層，具中等壓縮性，其塑性指數(shù)為14.6、液性指數(shù)為0.85、水平滲透系數(shù)為5.854×10-6cm/s、垂直滲透系數(shù)為2.558×10-6cm/s；土層③2－2b的特性為褐灰～灰色，軟～流塑。局部為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土及粘土，具有中高壓縮性，其塑性指數(shù)為15.3、液性指數(shù)為1.11、水平滲透系數(shù)為14.601×10-6cm/s、垂直滲透系數(shù)為2.857×10-6cm/s?？梢?，旁通道頂進(jìn)施工所穿越的兩層土基本上是微透水性，并具有一定的自立性，抗剪強(qiáng)度較高，為采用網(wǎng)格式機(jī)頭頂進(jìn)施工提供了良好的條件。三、頂進(jìn)施工1、頂進(jìn)方案(1)聯(lián)絡(luò)通道結(jié)構(gòu)聯(lián)絡(luò)通道長(zhǎng)12.9m（寬×高為1.68m×2.8m），由9節(jié)管節(jié)組成（管節(jié)間采用法蘭螺栓連接），中間7節(jié)為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，每節(jié)長(zhǎng)1.5m，通道口的2節(jié)均長(zhǎng)1.2m；管節(jié)為復(fù)合型結(jié)構(gòu)，即鋼殼內(nèi)有鋼筋混凝土內(nèi)襯（管壁厚20cm）；通道口四周的管片為鋼管片，管片預(yù)留孔的寬×高為1.7m×2.82m（管節(jié)與開口孔之間的周邊間隙僅有10mm，要求頂進(jìn)施工中管節(jié)中心軸線偏差控制在±10mm內(nèi)，難度極大，但有利于間隙的防滲漏處理）；兩端頭的管節(jié)鋼殼與鋼管片直接電焊，形成了聯(lián)絡(luò)通道。(2)機(jī)頭形式在上行線隧道內(nèi)，將頂出的4塊鋼管片上的圓弧板割去，成網(wǎng)格形式，組成頂進(jìn)施工的機(jī)頭。網(wǎng)格板表面支護(hù)正面土體，起到正面土體不失穩(wěn)的作用；土體被頂力擠入格孔中，在工作面內(nèi)被挖除。由于機(jī)頭的上下邊不在同一垂直面上，為了解決機(jī)頭與管節(jié)的連接，特制作了1個(gè)垂直法蘭（見圖2），不但解決了與管節(jié)的連接問題，也起到了使4塊鋼管片連成一個(gè)整體、完善了頂進(jìn)機(jī)頭的作用。(3)軸線的控制為了使機(jī)頭準(zhǔn)確地進(jìn)入下行線隧道的預(yù)留孔內(nèi)，在第一節(jié)管節(jié)與垂直法蘭之間設(shè)置1個(gè)中繼間，在中繼間四角各設(shè)有3只400kN的液壓千斤頂作糾偏用，控制機(jī)頭的頂進(jìn)方向，確保機(jī)頭順利進(jìn)入預(yù)留洞口。(4)后靠設(shè)計(jì)頂進(jìn)施工時(shí)的頂力，必須由隧道內(nèi)的另一側(cè)管片來承受，因此，用1個(gè)弧形受力墊作為頂進(jìn)的后靠（見圖3），后靠縱向長(zhǎng)度為14m，沿半徑（2750mm）方向的弧長(zhǎng)為3888mm，后靠與隧道接觸面積是54.4m2，保證隧道管片所受的力小于被動(dòng)土壓力。①頂力計(jì)算②后靠土體穩(wěn)定條件計(jì)算旁通道頂進(jìn)施工時(shí)，頂力通過后靠傳至隧道管片上，所以后靠的穩(wěn)定是由管片的穩(wěn)定（不產(chǎn)生移位）來保證的；而管片的另一側(cè)是土體，土體起到支承管片的作用，只要作用于管片上的單位壓力小于被動(dòng)土壓力，就能達(dá)到穩(wěn)定后靠的目的。通過計(jì)算，頂進(jìn)時(shí)管片單位面積所受到最大壓力為86.3kN，管片外產(chǎn)生的被動(dòng)土壓力為544.7kN/m2，安全系數(shù)K＝544.7÷86.3＝6.312。2、頂進(jìn)中采取的技術(shù)措施(1)頂進(jìn)施工的配套設(shè)備（見圖3）頂進(jìn)施工的設(shè)備除中繼間、后靠支撐系統(tǒng)外，還必須配有主頂裝置、頂鐵和導(dǎo)軌。①主頂裝置主頂裝置由6臺(tái)1000kN的千斤頂組成，千斤頂沿旁通道中心左右對(duì)稱布置于千斤頂支架上，支架不僅用作固定安裝千斤頂，并有導(dǎo)向功能；千斤頂油壓由高壓變量油泵（25CSY14－1B）提供，工作油壓60MPa；液壓換向閥控制千斤頂?shù)纳炜s。②頂鐵主頂千斤頂?shù)男谐讨挥?0cm，而管節(jié)長(zhǎng)150cm，為完成1節(jié)管節(jié)的頂進(jìn)，必須加頂鐵，以保證千斤頂回縮后與管節(jié)之間的空間能安裝1節(jié)管節(jié)；配制2個(gè)56cm厚的框形頂鐵和6個(gè)柱形墊柱，來確保最后一節(jié)管節(jié)到位。③導(dǎo)軌由2根平行的、可以拆卸的18＃工字鋼作為活絡(luò)導(dǎo)軌，按設(shè)計(jì)軸線鋪置，保證將鋼管節(jié)穩(wěn)固地運(yùn)送到頂進(jìn)軸線的正確位置上，并能使管節(jié)和頂鐵在導(dǎo)軌上平穩(wěn)地向前滑行。(2)頂進(jìn)施工前的準(zhǔn)備①?gòu)?fù)緊旁通道軸線位置前后各10環(huán)管片的縱、環(huán)向螺栓，以提高頂進(jìn)時(shí)隧道的整體抗變形能力，同時(shí)從隧道管片壓漿孔壓注水硬性漿液，固化原來施工時(shí)壓注的漿液，從而加強(qiáng)了隧道外土體的被動(dòng)抗壓力，防止旁通道孔口間隙發(fā)生滲漏，影響頂進(jìn)施工。②按頂進(jìn)軸線安裝、固定后靠，正確放置千斤頂支架，牢固安裝6只千斤頂，保證千斤頂軸線平行頂進(jìn)軸線，施工時(shí)不能發(fā)生移位和傾斜。③安裝垂直法蘭，將準(zhǔn)備頂出的4塊管片與其連成一個(gè)整體，作為頂進(jìn)施工的機(jī)頭。拆除準(zhǔn)備頂出的鋼管片的縱向螺栓，并割去部分鋼管片，使其的大小與洞口的內(nèi)凈尺寸相同（見圖4），便于頂進(jìn)和進(jìn)洞。④調(diào)整隧道內(nèi)的運(yùn)輸軌道，安裝活動(dòng)導(dǎo)軌。⑤為防止在割制網(wǎng)格式機(jī)頭時(shí)正面土體的坍塌，對(duì)出洞孔處土體進(jìn)行注漿加固，經(jīng)加固的土體應(yīng)有很好的自立性、均質(zhì)性；要求無側(cè)限抗壓強(qiáng)度達(dá)到0.5～0.8MPa。注漿加固的主要技術(shù)參數(shù)及漿液配合比見表2、表3。⑥割除鋼管片的外弧鋼板，使4塊鋼管片形成網(wǎng)格機(jī)頭。網(wǎng)格孔口尺寸為20cm×40cm，共16格，開口面積為1.28m2，開口率達(dá)27%，為確保施工安全，預(yù)先制作16塊封插式胸板，當(dāng)正面出現(xiàn)突發(fā)事件時(shí)，可立即關(guān)閉網(wǎng)格孔。⑦頂進(jìn)施工的控制軸線，應(yīng)是出、進(jìn)洞口中心實(shí)際位置（在區(qū)間隧道的上、下行線施工中，因環(huán)縫壓密的差異，產(chǎn)生管片里程誤差和管片成環(huán)的高程控制誤差，使旁通道預(yù)留孔的位置發(fā)生變化）的連線。因此，將根據(jù)地面控制網(wǎng)（作方向傳遞測(cè)量）測(cè)得的控制點(diǎn)固定在管片上（與后靠系統(tǒng)不能有任何牽連），該位置作為頂進(jìn)施工測(cè)量控制臺(tái)；并按這控制點(diǎn)來調(diào)整后靠、千斤頂組合中心及導(dǎo)軌等空間位置，使其符合頂進(jìn)施工的要求。在施工中必須定時(shí)、定期作復(fù)測(cè)，以確保頂進(jìn)測(cè)量的準(zhǔn)確性。⑧在頂進(jìn)施工時(shí)，為了將附近隧道圓環(huán)的變形控制在允許范圍內(nèi)，須對(duì)旁通道兩側(cè)各6環(huán)管片進(jìn)行加固，采用8根25＃雙榀槽鋼，形成柱狀的門式鋼支撐，并用楔形墊塊墊在管片間(見圖5)，每根鋼支撐的支撐力不小于500kN；在各鋼支撐的頂端設(shè)200kN的液壓千斤頂，施加預(yù)應(yīng)力。3、出洞頂進(jìn)施工(1)將中繼間與垂直法蘭連接，接觸面要求平整，外圈絕對(duì)不能有凸出現(xiàn)象（否則在出洞口時(shí)有可能與洞口相卡），安裝好頂鐵（伸出千斤頂頂住頂鐵，但不加油壓），并與中繼間連接；確認(rèn)各項(xiàng)準(zhǔn)備工作就緒后，則升高油壓，開始出洞頂進(jìn)施工。(2)在千斤頂?shù)淖饔孟拢刂谱畲蠊ぷ饔蛪簽?200kPa），網(wǎng)格前的土體受局部擠壓進(jìn)入網(wǎng)格內(nèi)，然后由人工把泥土運(yùn)走。開始頂進(jìn)時(shí)，一般控制頂進(jìn)速度在1cm/min左右，每節(jié)管節(jié)總出土量控制在7m3。頂進(jìn)速度與進(jìn)網(wǎng)格的土條長(zhǎng)度有關(guān)，通過計(jì)算，每頂進(jìn)管節(jié)1cm，出土的土條長(zhǎng)度為14cm。施工中還可根據(jù)地層變形監(jiān)測(cè)資料，及時(shí)調(diào)整控制值。(3)頂鐵與管節(jié)用螺栓連接；管節(jié)間采用法蘭連接，在管節(jié)連接時(shí)，應(yīng)特別注意管節(jié)四周接縫的平整度，接縫防水采用線接觸形式，即兩節(jié)管節(jié)間墊1圈2cm寬、6mm厚的遇水膨脹橡膠條。(4)頂進(jìn)軸線與機(jī)頭姿態(tài)的控制利用中繼間的糾偏千斤頂長(zhǎng)度差異來控制頂進(jìn)軸線；本機(jī)頭為組合型（兩段單鉸）頂進(jìn)機(jī)頭，通過主頂千斤頂?shù)膬?yōu)化編組（開啟只數(shù)的變化）、上下、左右的移位以及千斤頂軸線的調(diào)整，可控制機(jī)頭的姿態(tài)和頂進(jìn)軸線；還可采用調(diào)整網(wǎng)格機(jī)頭進(jìn)土孔的位置，使作用于機(jī)頭的外合力位置產(chǎn)生變化，達(dá)到控制機(jī)頭姿態(tài)和頂進(jìn)軸線的目的。(5)地層變形控制地層變形的主要因素是頂進(jìn)施工中正面土體流失和引起的土體擾動(dòng)，因此，必須嚴(yán)格控制頂進(jìn)速度（一般以3～5cm/min為宜）與出土量（土條長(zhǎng)度為42～70cm）。每頂進(jìn)一節(jié)管節(jié)，必須測(cè)量機(jī)頭的姿態(tài)，控制平面、高程偏差及推進(jìn)軸線值在要求范圍內(nèi)。4、進(jìn)洞施工(1)接收導(dǎo)軌鋪設(shè)在機(jī)頭進(jìn)洞前，應(yīng)在下行線隧道內(nèi)的頂進(jìn)軸線位置安裝好導(dǎo)軌。導(dǎo)軌坡度、標(biāo)高，根據(jù)頂進(jìn)機(jī)頭的實(shí)際姿態(tài)而定，一般情況下，導(dǎo)軌的坡度與旁通道坡度相同，而標(biāo)高必須略低于機(jī)頭的實(shí)際標(biāo)高，防止機(jī)頭啃住導(dǎo)軌端面；導(dǎo)軌要固定，不能因頂進(jìn)時(shí)機(jī)頭的扭動(dòng)而變形，或整體扭曲。(2)應(yīng)力釋放當(dāng)機(jī)頭即將靠近進(jìn)洞口的管片時(shí)，為避免因頂力擠壓正面土體而造成的隧道側(cè)向變形，應(yīng)將鋼管片兩旁的壓漿孔打開，釋放應(yīng)力，還應(yīng)根據(jù)實(shí)際工況，必要時(shí)可在進(jìn)洞口鋼管片的外弧板上開孔放土。(3)施工參數(shù)當(dāng)機(jī)頭進(jìn)入洞口區(qū)域時(shí)，為控制機(jī)頭的軸線，應(yīng)放慢頂進(jìn)速度，一般頂進(jìn)速度控制在1cm/min左右。為了減少對(duì)洞門的壓力和減少土體涌入下行線隧道內(nèi)，機(jī)頭的正面土體必須出清。在施工中加強(qiáng)對(duì)正面的觀察，保證網(wǎng)格式機(jī)頭的切口中心位置偏離軸線控制在±5mm內(nèi)。嚴(yán)禁機(jī)頭頂下行線隧道管片。(4)割除弧形網(wǎng)格當(dāng)網(wǎng)格式機(jī)頭進(jìn)洞時(shí)，其的外凸弧形切土面與鋼管片外凸弧形面相接觸，出現(xiàn)上下開口不一致的狀況（上部開口為53cm，下部開口為118cm）。在拆洞門鋼管片時(shí)，為保證土體穩(wěn)定，先割除部分弧形網(wǎng)格鋼管片，后頂進(jìn)，以減少上下開口尺寸的差距；通過反復(fù)割除凸形網(wǎng)格（每次割除量以20～40cm為宜），使凸形網(wǎng)格在頂進(jìn)時(shí)逐漸形成凹面網(wǎng)格，完全緊貼于洞口凸形鋼管片面上（見圖6）。圖6兩弧面接觸時(shí)位置(5)拆除進(jìn)洞口鋼管片首先拆除洞口鋼管片與隧道鋼管片的所有縱、環(huán)向螺栓；檢查施工實(shí)況，了解機(jī)頭姿態(tài)，布置鋼管片的拆拉吊點(diǎn)，結(jié)合頂進(jìn)、頂力條件，逐塊拆除鋼管片，盡量縮短進(jìn)洞的時(shí)間；鋼管片拆除后，及時(shí)將旁通道的鋼管節(jié)頂?shù)皆O(shè)計(jì)位置。(6)洞門封堵因管節(jié)與洞口之間存有一定間隙，為阻止地層土體從間隙流入上下行線隧道內(nèi)，而產(chǎn)生地層變形，故在旁通道最后一節(jié)管節(jié)頂進(jìn)到位后，應(yīng)立即封堵旁通道兩端的洞口。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，用鋼板作連接材料，直接用電焊連接洞口處的鋼管片與管節(jié)。(7)壓注漿液兩端洞口封堵后，為防止地面后期過量的沉降變形，提高管節(jié)間接縫的防水性能，通過管節(jié)預(yù)留壓漿孔向管節(jié)外地層壓注水硬性漿液，壓注量以施工形成的建筑理論空隙的150%～250%為宜，壓注壓力以靜止土壓力為佳。5、頂進(jìn)施工的注意點(diǎn)(1)本工程頂進(jìn)長(zhǎng)度僅13m，而進(jìn)洞間隙只有±10mm，施工前制定的中心軸線允許偏離值為±8mm。在出洞施工時(shí)，由于對(duì)加固后的土體情況不了解，尚須摸索頂進(jìn)規(guī)律，因此，頂進(jìn)速度控制在1cm/min左右；正常頂進(jìn)速度控制在3～5cm/min左右為宜，而相應(yīng)的出土條長(zhǎng)度為42～70㎝左右；在施工中加強(qiáng)地面變形觀測(cè)，通過對(duì)觀測(cè)資料的分析，及時(shí)調(diào)整施工參數(shù)。(2)中繼間糾偏千斤頂?shù)氖褂靡髦?，在通過主頂千斤頂編組及調(diào)整阻力能控制頂進(jìn)軸線的情況下，盡量不用糾偏千斤頂。(3)為確保機(jī)頭能順利進(jìn)洞，當(dāng)機(jī)頭近洞口時(shí)，可使用中繼間糾偏技術(shù)。(4)采用止水密封橡膠帶是管節(jié)接縫防水的唯一措施，密封橡膠帶置于連接螺栓外側(cè)，橡膠條接頭必須平面重疊5cm。四、結(jié)束語1、采用頂進(jìn)法建造地下旁通道的施工工藝，值得在上海地下鐵道工程的旁通道施工中推廣應(yīng)用，其不僅可消除采用凍結(jié)法建造后的許多麻煩，而且具有工期短、經(jīng)濟(jì)效益好等優(yōu)點(diǎn)。(1)與凍結(jié)法施工相比，其施工工期短，本工程僅用了15天，其中2天的準(zhǔn)備工作（后靠安裝，垂直法蘭焊接，井下運(yùn)輸系統(tǒng)調(diào)整及導(dǎo)軌定位等），7天頂進(jìn)施工（從中繼間安裝開始至頂進(jìn)到設(shè)計(jì)位置），后期工作6天（洞口封堵、向地層注漿、通道兩端結(jié)構(gòu)施工，通道內(nèi)構(gòu)造施工），而用凍結(jié)法施工，至少需要3個(gè)月。(2)頂進(jìn)法施工的造價(jià)約為凍結(jié)法施工的1/2。(3)對(duì)環(huán)境及工程自身后期影響小。(4)適用于粘性土的土層（包括粉質(zhì)粘土、粘質(zhì)粉土、粘土）。2、通過本工程的實(shí)踐，認(rèn)為今后在