地铁暗挖区间装配式二衬结构施工技术
占有志
(中铁六局集团)
摘要：结合某地铁暗挖隧道工程的马蹄形管片拼装施工，对暗挖隧道装配式二次衬砌结构施工工艺进行介绍。即在已完成初期支护的隧道中，利用初支仰拱部位施作的高精度混凝土导台对预制马蹄形管片进行定位，采用管片拼装设备对预制管片进行拼装，并通过纵、环向平直螺栓将管片连接成整体，豆砾石十浆液填充二衬管片与初支间隙，完成永久性支护。与全现浇建造方式相比，装配式二衬施工在工程进度、环保、经济等方面都有着显著的优势。关键词：暗挖隧道：装配式二衬；马蹄形管片；拼装设备0引言地铁暗挖隧道主体钢筋混凝土结构施工常采用传统的全现浇方式，施工以手工、湿作业为主，机械化程度较低，质量难以有效控制，从而造成建设与施工的整体综合效益低下，也为后期运营与维护埋下了许多隐患。若采用预制拼装的施工工艺，将极大地降低劳力需求，降低建筑周转材料的使用，减少施工现场的扬尘、噪音污染，减轻对周边交通环境的负担，且由于预制管片的使用，能够大幅提升工程的整体施工质量和性能，更加符合当今社会的可持续发展的趋势，并为装配式标准化、产业化、绿色施工推广奠定基础[1-2]。1工程概况北京地铁六号线西延07标起点金安桥站区间位于首钢厂区内，区间左线.10m采用装配式管片施工工艺（管片拼装装置见图1）。即暗挖隧道施作初期支护后，再利用管片拼装装置进行二衬预制管片拼装，豆砾石十浆液填充二衬管片与初支间隙，完成永久性支护。图1区间采用的管片拼装装置装配式施工段Q6-E断面初支采用暗挖法施工，初支厚度为mm，二衬采用预制管片拼装，管片外高mm、外宽mm,厚度mm。初衬与管片之间留有mm空隙，初衬施工误差最大偏差为40mm，与管片外壁最小允许间隙为60mm。预制拼装管片每环管片宽1.2m，每环管片分为6块拼装片：3块拼装片(PA型、PE型、PF型)、2块邻接拼装片(PB型、PD型)、1块封顶拼装片(PC型)，管片纵向与环向采用平直螺栓拧紧。结构采用错缝拼装方式（前后环片反对称）；混凝土强度等级C50，抗渗等级P10。单个管片最大自重为3.7t。装配式二衬管片分块及螺栓布置详见图2。图2装配式二衬管片分块及螺栓布置（单位：mm)
2施工重难点分析
1、本工程的初衬断面由暗挖后喷砼施工完成，由于喷混凝土工序本身的尺寸控制精度，成形后的隧道轮廓面对应的平均值轴线与隧道标准设计轴线会有偏差，且隧道断面尺寸与实际设计轮廓面也会存在误差。因此，拼装设备不能以实际喷混凝土成型的轮廓面作为基准进行管片拼装。与平衡式盾构相比，管片安装时缺少天然的定位基准。鉴于上述原因，在隧道底部预先制作标准的混凝土导台，便于底部管片安装定位及设备行进，如图2所示。2、本工程成型的隧道喷砼结构已经支撑了外界的水土压力，因此外界水土压力不能作用于管片外圆表面获得环向挤压力。由于隧道喷砼内轮廓面不平整，现有的止浆板技术不能对其进行砂浆密封，因此不能利用砂浆进行管片壁后填充并利用注浆压力作用于管片外圆表面获得挤压力。鉴于上述原因，本施工方法的管片壁后填充将采用豆砾石回填、水泥浆回填固结方式。回填豆砾石目的是对管片进行固定，压注水泥浆目的是充填豆砾石的空隙，进一步固定管片，同时提供管片的环向挤压力。3关键施工技术及控制3.1施工工艺流程施工工艺流程为：施作混凝土导台→组装场地准备·设备分块下井组装·管片运输·管片拼装、豆砾石运输吹填豆砾石·背后回填注浆·拼装完成设备接收。3.2拼装前的准备工作(1)施作混凝土导台：在设备进场之前需先施作混凝土导台，施作时应先由测量进行放点，之后根据点位进行支模、浇筑混凝土、振捣、抹平。施作完成后，再次进行复测，若误差较大进行再次找平，待终凝后进行养护。(2)组装场地及设施准备：洞内吊装设备分块下井后需在隧道内进行设备组装。在横通道马头门处设置专用起吊设备，起吊能力大于20t。(3)贯通横通道内运输系统：①竖井回填，采用C20素混凝土回填竖井，使竖井与横通道仰拱齐平。②将左线与横道道交叉口处的临时仰拱拆除，便于洞内吊装设备的安装和拼装设备组装、始发。③在横通道内纵向通长设置轨道(50轨)及运输小车，小车运载能力为20t，电机驱动。④横通道及正线交叉处设置轨道立交系统，在设备组装及始发时，相关设备组件及预制管片需运输至交叉口处并利用洞内吊装设备进入正线，该处需设置轨道立交系统，即交叉口处设置4条快速接驳轨道。在设备组件通过横通道轨道运至交叉口处时，洞内吊装设备将设备组件提升至正线轨道上方，将快速接驳轨道运至交叉口处与正线轨道接驳，实现竖井左右两侧的正线轨道的贯通。3.3设备分块下井组装由于示范工程施工现场场地限制，拼装设备按顺序分体进场并下井组装。下井组装的顺序：牵引车（履带车）→拖车2及所拖运的设备拖车1及所拖运的设备→拼装机行走双轨梁→拼装机。全部组装完成后整机开始进行调试，为始发做准备。3.4管片运输在平板车上做一个工装（架子）与机车上运输管片的板车高度平齐。管片可以放在工装上竖着（宽度为1.2m)运过来（用到的工具有卷扬机、电葫芦、撬杠等。卷扬机的滑轮挂在横通道北侧的横梁上，伸出的挂钩钩住吊带，吊带套在管片上，南侧挂的电葫芦同样挂住吊带，配合将管片拉到轨道上)，然后用电葫芦通过吊带将管片吊起运输至管片运输车上。管片洞内运输采用电瓶车十两节管片小车的方式进行洞内运输，管片堆高最大为3层。详见图3。3.5管片拼装
在设备始发后、管片拼装前，需先对始发环梁上的螺栓孔进行复测，如果螺栓孔的位置与设计位置存在偏差，应按设计的位置重新在环梁上进行打眼(割螺栓孔)，以保证第1环管片定位准确。管片的定位主要是F块的定位，包括管片的中线、高程与南北两端的里程偏差。当F块定好位后，开始拧紧始发环梁之间的螺栓，拧紧力在0～N之间。接着拼A块、E块、B块、D块、C块，在拼装管片的过程中，由于管片之间是由螺栓连接的，而A块与E块在拼装的过程中由于自重会处于外张的状态，仅靠螺栓的拧紧力不足以保证其不进行外张。因此，在拼装完F、A、E三块管片后，需在其背后进行豆砾石吹填以避免其产生位移。拼装每一块时应保证块与块之间的缝隙在规定的允许误差范围之内(3mm)。B、D两块每拼完一块，应使用管片支撑臂将其托住，再进行封顶块的拼装。封顶块安装前需在管片止水条部位涂抹润滑剂，防止止水条在管片插入时损坏。安装时，利用管片支撑臂调整B、D两块的高度，先搭封顶块2/3环宽径向推上，然后纵向插入。再进行下一环的拼装时，应先将螺杆放入上一环的螺栓孔中，当定好位后，再抽出螺杆紧螺栓。下一环管片拼装时应按照错缝拼装的原则进行拼装。3.6豆砾石运输与吹填豆砾石的吹填需准备两个豆砾石罐，一个放置在豆砾石运送皮带机的末端进行豆砾石吹填，另外一个放置在运输小车上进行豆砾石的运输。然后做两个容器作为倒运豆砾石的工具，在横通道既有的下料口处下豆砾石至容器里，再通过平板车运送至豆砾石罐处，接着用运输小车将豆砾石罐运送至豆砾石吹填处，并与另一个豆砾石罐交换位置继续运输豆砾石。豆砾石的运输与管片拼装可以同步进行。3.6.1豆砾石系统工作原理如图4所示，豆砾石经皮带机运送至豆砾石泵，由压缩空气填充至管片背后。因预制管片与初衬断面间隙较大，管片背后要及时充填豆砾石，以避免管片沉降及侧向错动现象。豆砾石填充系统工作参数：每环豆砾石用量4m3；豆砾石泵能力，7m3/h；注入压力0.3～0.5MPa；豆砾石最大粒径20mm；豆砾石罐数量2个：罐体容积4m3；豆粒石皮带机能力，7m/h。3.6.2豆砾石注入方式注豆砾时，首先从底部管片注豆砾石，再由两侧及顶部注入。3.7背后回填注浆3.7.1灌浆系统组成如图5所示，注浆系统主要由注浆泵、搅拌罐组成。3.7.2灌浆施工工艺流程及布孔如图6所示，浆液通过注浆泵注入豆砾石间隙中，进一步巩固管片背后的密实性及稳定性。施工流程：豆砾石回填→侧、顶拱非灌浆孔封堵→侧、顶拱浆液灌注→封孔→检查。回填灌浆孔的布置方案：通过预制管片安装孔进行回填灌浆，为方便施工中统计，沿顺时针方向依次将各孔编号为A、B、C、D、E、F。注浆顺序为A-BF-C-E-D。3.7.3回填灌浆注入位置、方式为了预防预制管片在灌注过程中出现向上抬动趋势，在灌注中严格控制灌注压力，最大压力控制在0.5MPa内。灌注底拱的浆液是一种受压流动的状态，在浆液承受压力向前推进的同时起到排除泥浆和水的作用，同时控制浆液不能窜出正在拼装的最后一环预制管片为宜。3.7.4特殊情况处理灌注工作必须连续进行施工，若因故中断，应及早恢复灌浆。清洗至原孔深后恢复灌浆，此时若灌浆孔仍不吸浆，则应重新就近钻孔进行灌浆。3.7.5封孔灌浆施工结束后，需要等待孔内的浆液初凝后，排除孔内积水以及污物，采用微膨胀砂浆将孔封堵密实和抹平。3.8拼装完成拼装机到达时，由于需要和洞门处现浇洞门圈相连，拼装机顶推力卸载，容易引起近邻管片松动，使得管片环与环之间间隙增大，造成渗漏水，故在拼装机拼装完现浇段相邻环时宜采用I14槽钢加强连接条将与现浇段相邻10～15环管片纵向连接拉紧，联系条固定利用管片吊装孔，每环固定6处。3.9质量控制标准(1)预制管片衬砌环的安装允许误差：径向允许误差为士20mm；管片中心区域接缝宽度≤5mm；环面不平整度5mm；相邻环高差≤6mm。(2)起始环处预制管片应准确定位：定位钢环应锚固牢靠，不变形；上下左右对称。起始环处管片衬砌同初支洞室之间形成的环形空隙，使用混凝土或水泥砂浆等材料填塞密实，以利闭浆。4衬砌混凝土自防水设计4.1管片接缝防水构造为了满足接缝防水要求，在管片接缝处设置了框形弹性密封垫和嵌缝两道防水措施，并以弹性密封垫为主要防水措施。管片接缝防水构造详见图7。4.2设置直螺栓紧固挤压胶条管片环向、纵向通过直螺栓连接。管片螺栓口部位可增加相关配筋结构，管片螺栓连接时，螺母直接作用在配筋结构上，可防止螺母直接挤压管片混凝土结构。通过环、纵向直螺栓紧固来控制三元乙丙胶条张开量，达到防水效果。管片直螺栓紧固挤压胶条详见图8。5结束语
拼装法与传统的现浇工艺相比，在工程质量、工程进度、环保、经济等方面都有着显著的优势：(1)工程质量方面：装配法施工隧道二次结构由于是将预制完备的高强度混凝土管片直接进行拼装，在管片生产的过程中不受外界其他因素的影响，可以严格把控管片的生产质量。而现浇法施工二次结构，由于在施工的过程中涉及到钢筋加工、运输、绑扎，浇筑混凝土等一系列的施工工序，在质量控制的过程中会受到工序衔接中各种因素的影响，极易导致工程质量下降。(2)工程进度方面：实际工程的施工过程中，管片的生产不占用实际工期。另外，在拼装速度方面，达到过5环/d的效果，最终也达到3环/9h的拼装效果。每环管片的宽度为1.2m，则每天的进尺为6m，甚至9.6m。相比于现浇工艺的12m/2d来讲，工程进度方面有明显优势。(3)环保方面：由于管片单独进行生产，所以在施工现场避免了出现电焊和浇筑混凝土等施工作业。另外，运输管片的小机车和整机的牵引车都是电力驱动，因此可以有效减少对环境的污染和破坏。(4)经济方面：在用拼装法施工的过程中，由于只涉及到管片运输与拼装、豆砾石的运输与吹填和背后回填灌浆，所以用工人数将大大减少。通过实际工程的施工经验得出，一个班组8人，共3个班组，这样在用工方面将大大减少工程成本。经过计算，装配式施工的工程造价约为00元/m，现浇法施工的工程造价为元/m，当预制拼装法成熟，管片可以量产化以后，成本会再次减少。本文摘编自《国防交通工程与技术》第46期年5月，参考文献：略。预览时标签不可点收录于话题#个上一篇下一篇