双层隧道（精选三篇）
双层隧道 篇1
近年来, 随着顶管技术的逐渐发展, 采用上下两层平行布置方式的双层隧道逐渐得到了应用, 解决了狭窄地下空间管线布置的实际需要[5]。相对于单层顶管隧道而言, 上下双层顶管隧道的受力模式、变形规律更加复杂, 设计时需要考虑上下层间距、施工顺序等多个因素[6]。从已有的研究文献来看, 大多数研究主要针对单层顶管隧道, 关于双层上下平行布置的顶管隧道研究的较少。因此, 本文拟以武汉市李家墩—王家墩220 k V电缆线路工程为研究对象, 采用三维数值模拟方法, 研究双层顶管施工过程中土体竖向变形规律, 希望能对本工程有所指导, 也对类似工程有所帮助和借鉴。
1 工程概况
李家墩—王家墩220 k V电缆线路工程起于李家墩变电站, 止于王家墩商务区202#路, 长约6.5km, 全部采用地下顶管方式施工, 隧道断面为圆形, 管材为钢筋混凝土圆管。全线共设置14个工作井, 工作井直径10 m, 井底高程7.50 m, 其中J2#—J3#工作井区间段上部有张公堤和常青立交桥, 为重点监测和施工区域, 管道平面布置图见图1。为兼顾柏泉至先锋500 k V线路走廊的供电要求, 从金山大道至三环线南侧1.25 km, 顶管设计采用下层内径2.4 m和上层内径2 m的双层顶管, 两层顶管间距设计为4.4 m。
2 数值模拟方法
2.1 模型建立
采用FLAC3D软件建立该顶管隧道的三维数值分析模型, 将上部建有张公堤的区域作为重点分析区段。在顶进方向 (y方向) 模型长度为56 m, 模型高 (z方向) 为26.4 m, 宽度 (x方向) 为24 m;张公堤高度 (z方向) 为5 m, 长度 (y方向) 为42 m, 宽度 (x方向) 为24 m, 坡比1∶2。模型共划分111 900个网格, 115 860个网格节点。计算模型网格如图2所示。
在数值模型中, 顶管隧道和注浆层均采用实体单元进行模拟, 上下层顶管网络划分如图3所示。
边界条件:水平方向上固定左右侧边界以限制其x方向上的水平位移, 限制前后边界y方向上的水平位移;地面固定三个方向上的位移, 其他边界不设边界条件。
2.2 本构模型与计算参数
由于岩土介质的非均质性、各向异性以及由地下水等地质环境改变引起的岩土性质变化, 测试、试验结果具不稳定性、离散性[7]。在确定计算参数时, 主要参照本工程地质勘察报告中土工试验资料, 物理性质指标、压缩指标主要以平均值做参考, 抗剪强度指标以标准值做参考, 通过试算确定计算参数如下。
2.2.1 土层材料和注浆层参数
土层材料和注浆层采用摩尔库伦本构模型, 各土层材料参数见表1, 为了工程安全考虑, 后续分析取下限参数得到的结果。
2.2.2 顶管材料参数
将顶管作为弹性材料考虑, 其材料参数见表2。
2.3 施工过程模拟方法
2.3.1 土仓压力、侧摩阻力和顶推力的模拟
在顶管施工过程中, 施工面正前方的土体受到刀盘切削力和振动荷载的作用, 因而受到较大的扰动。开挖面支护压力难以与土体原位压力达到完全平衡, 当支护压力小于原位土压力时, 开挖面前方土体向土压舱移动, 反之土压舱将挤压其前方土体。本文模拟中直接在开挖面上土体单元施加面力荷载, 其大小等于土仓内土体的支护压力。
顶进过程中顶管机外和后续管道与土体间会产生侧摩阻力, 本文假定掘进机和管道表面摩擦力均匀分布, 且对管道周围土体施加均匀的切向力, 其方向为顶管推进方向。由于顶管施工一般采用注浆减摩, 特别在短程顶管施工中侧摩阻力的影响较小。本次模拟中注浆层采用泥浆实体单元, 选用摩尔-库伦模型, 将泥浆参数值设置较小, 能较好地模拟顶管和土体之间的相互作用。
2.3.2 地层损失和地层超挖量的模拟
地层损失是指管道施工过程中开挖出的土体体积 (不考虑压实率的影响) 与管道 (施工中还包括顶管机) 所占体积的差值。有学者提出地层损失参数的概念, 综合多种地层损失情况建立了一个简单反映地层损失的计算公式:
式 (1) 中, Ge为刀盘切削形成的管道外壁的空隙;Gp为掘进机外与管道结构外径之差;U3D为开挖面形成的挖土量;w为由顶进施工引起的偏斜或顶进路线为曲线时形成的空隙。
在模拟地层损失时, 对需要开挖土体的空间单元置空 (model null) 。参照工程实际, 为模拟超挖, 开挖直径比顶管直径大40 mm。顶管到达时和注浆时改变材料属性, 置换开挖土体为顶管和泥浆材质。
2.3.3 施工步骤模拟
首先, 利用单元置空来模拟顶管机推进, 土体开挖过程, 实际上也就是刚度消失的过程, 每一步开挖一个顶管的长度 (2 m) 。在实际施工中, 常在开挖机机头周边焊接2 mm厚的螺纹钢来多切削土体, 以便为后续注浆留有空间。为模拟这一过程, 在模型开挖后和钢筋混凝土进洞之间留有一定的时间来释放应力。然后, 在开挖土体中建立顶管模型, 赋相应参数并注浆, 在开挖面施加法向应力, 并在顶管周围土体中施加均匀的摩阻力, 然后模型进入力学平衡模式。接着开挖第二个顶管的土体, 重复第一个顶管的步骤。开挖过程中先开挖下层顶管再依次开挖上层顶管, 开挖后模型如图4所示。
3 双层顶管施工引起土体变形规律分析
顶管隧道施工实际是土体挤压—卸荷的过程, 在此过程中顶管周边土体会发生一定量的变形, 进而对土体产生扰动。加之注浆减摩的需要, 一般进行超挖, 超挖会影响地层损失, 从而对顶管周边土体变形产生重要影响。
3.1 下层顶管施工完成时扰动区土体竖向沉降发展规律
图5给出了下层顶管施工完成时其周围土体中竖向位移云图, 为便于分析, 以顶管为中心对模型进行切片, 仅给了右半部分模型。
从图5可以看出, 下层顶管施工过程中, 顶管下部临近土体均发生了隆起, 张公堤正下方、临近顶管下部位置处土体隆起量最大 (约30 mm) 。在垂直顶管轴线方向上, 隆起量较大区域以此位置为对称沿顶管轴线向两边呈开口向上的抛物线拱形分布, 抛物线顶点约为3 m。而顶管上部土体均发生了沉降, 张公堤正下方、临近顶管上部的位置土体沉降量最大 (约40 mm) 。在垂直顶管轴线方向上, 沉降量较大区域以此位置为对称沿顶管轴线向两边呈开口向下的抛物线拱形分布, 抛物线高度约为2.5 m。
3.2 上下层顶管施工完成时扰动区土体竖向沉降发展规律
图6给出了上下层顶管施工完成时土体竖向位移云图。
从图6可看出, 当上层顶管施工完成时, 下层顶管以下一定范围内的土体变形以隆起为主, 上层顶管以上土体变形以沉降为主;上下两层顶管之间土体变形以沉降为主, 这主要是上下两层顶管开挖的影响:当开挖上层顶管时, 其下方一定范围内的土体发生了隆起, 但由于下层顶管开挖引起了较大沉降, 且其值大于隆起量。故上下两层顶管之间土体变形仍以沉降为主。
图7给出了在整个开挖过程中张公堤地面中心点沉降随时步的发展图。
从图7可看出, 张公堤顶面中心点在下层顶管施工时发生的沉降量约为9.18 mm, 在上层开挖中发生的沉降量为1.92 mm, 前者远大于后者。上层顶管开挖引起的沉降量占总沉降量的17.3%, 可见地面大部分沉降来自于下层顶管开挖期间。这一方面是由于上层顶管管径相对下层较小, 地层损失较小;另一方面由于其埋深相对下层顶管较小。
施工完成时张公堤顶部中心附近各点位移沿顶管轴线方向 (y方向) 变化如图8所示。
从图8可看出, 张公堤正下方地面中心点的最终沉降为11.2 mm, 而离张公堤坡脚3 m处地面中心点最终沉降为10.1 mm, 相差约为10%。可见张公堤对工程有一定影响, 但影响不大。
施工完成时张公堤顶部沿垂直于轴线方向 (x方向) 位移变化如图9所示。
从图9可看出, 无论是在轴线方向上还是垂直于轴线方向上, 在张公堤顶面上, 其中心位置处的沉降最大, 并以此点为对称沿着x轴或y向两边依次减小, 但量值整体相差不大。
4 现场监测分析
在双层顶管隧道施工过程中, 在顶管顶部地表布置了若干监测点, 对地表沉降进行跟踪监测。张公堤地表中心点监测数据与数值模拟结果如图11所示。
5 间距对双层顶管施工影响分析
影响双层顶管隧道施工引起的土体竖向变形的因素较多, 如顶管直径、土质类型、开挖顺序、上下层顶管间距等。现保持顶管直径、土质类型等因素不变, 重点考虑上下层顶管间距对施工的影响:固定上层顶管位置不变, 改变下层顶管埋深, 即下层顶管埋深增加, 顶管间距增大。
表3给出了不同顶管间距所对应的上、下层顶管施工所引起的地面沉降和总沉降。
从表3可以看出, 随着顶管间距的增大, 上、下层顶管引起施工引起的地面沉降以及地面总沉降均逐渐增大, 图11给出了地面中心点最终沉降量随顶管间距的变化规律。
从图11可看出, 地面中心点最终沉降量随顶管间距的增加而线性增大, 这主要是因为随着下层顶管埋深的增加, 顶管上覆土层的高度增大, 顶管隧道承受的上覆重力也随之增大, 从而使得顶管附近土体的变形增大, 上部土体的沉降也越大。
图12和图13分别给出了上下两层顶管间距变化时, 上层和下层顶管开挖引起的沉降量与总沉降量之比。
从图12和13可看出, 顶管间距越大, 上层顶管施工引起的沉降量与总沉降量之比越小, 而下层顶管施工引起的沉降量与总沉降量之比越大。这说明在下层顶管施工完成后, 随着顶管间距的增大, 上层顶管施工受下层顶管的影响逐渐越小。而下层顶管引起的沉降量与总沉降量之比随间距的增加而增大。这是由于下层顶管埋深逐渐增大时, 下层顶管施工引起的沉降发展较快, 而上层顶管施工引起的沉降发展较慢, 上下层顶管引起的沉降量之比逐渐减小, 故上层顶管施工引起的沉降量与总沉降量之比逐渐减小, 下层顶管施工引起的沉降量与总沉降量之比逐渐增大, 下层顶管对上层顶管影响逐渐减弱。
6 结论
采用有限差分计算软件FLAC3D开展了双层顶管施工三维数值模拟, 并对其影响因素进行分析, 主要结论如下:
(1) 顶管隧道开挖引起的土体沉降主要是由于地层损失引起的, 地层损失引起的地层移动主要是垂直位移, 水平位移很小, 可忽略不计。
(2) 在垂直顶管走向上, 地面沉降呈以顶管轴线为对称轴且开口向上的抛物线的拱形, 其最大值发生在顶管正上方。
(3) 在顶管顶进过程中, 先行施工的下层顶管引起的沉降约占总沉降量的80%;当上层顶管位置不变时, 总沉降量随着下层顶管埋深的增大而线性增大;当顶管间距逐渐增大时, 上层顶管开挖引起的沉降量与总沉降量之比逐渐减小, 下层顶管引起的沉降量与沉降量之比越大, 下层顶管对上层顶管影响逐渐减弱。
摘要：采用数值分析方法, 研究了双层顶管隧道施工引起的土体竖向变形规律。研究表明:顶管隧道施工引起的地层移动主要是由于地层损失引起的。地层移动主要是垂向位移, 其水平位移很小, 可忽略不计。在垂直顶管走向上, 地面沉降呈以顶管轴线为对称轴且开口向上的抛物线形状, 其最大值发生在顶管正上方。在顶管施工过程中, 先行施工的下层顶管引起的沉降约占总沉降量的80%;当上层顶管位置不变时, 总沉降量随着下层顶管埋深的增大而线性增大;当顶管间距逐渐增大时, 上层顶管开挖引起的沉降量与总沉降量之比逐渐减小, 下层顶管引起的沉降量与总沉降量之比逐渐增大, 下层顶管对上层顶管影响逐渐减弱。
关键词：双层顶管,竖向变形,顶管间距,数值模拟
参考文献
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双层小导管在隧道出洞施工中的应用 篇2
玉铁铁路北海段沿线山高林密、地质松软、结构众多、交通不便, 严重制约着施工进展。本段共有隧道12座, 计5798延米。Φ108mm大管棚施工923m, 其中出口管棚438m。本文依据其中某一隧道为例。该隧道纵坡为单面下坡, 坡度为4‰, 位于半径为4500m的曲线段上。长133m, 全隧为Ⅴ级加强围岩。进出口均位于浅埋地段, 围岩差, 采用I16工字钢架, 间距0.8m, Φ108mm管棚各长35m。
2 出洞方案选择
该隧道出洞地段为路堑开挖与高填方结合部, 且水、电、路不通, 短期内难以达到施做大管棚的条件。因围岩属于浅埋支护, 洞身轮廓较大, 若选择洞内开挖, 则安全性极差, 且管棚施工成本大、周期长, 影响隧道后续及路基、铺架施工。经四方纪要确认, 该隧道出洞超前支护变更为双层Φ42注浆小导管, 单根长3.5m, 每环24根, 纵向间距1.6m。纵向相邻两排小导管的水平投影搭接长度不小于1.0m。
3 超前小导管支护施工工艺及方法
正洞上台阶每循环开挖支护进尺不得大于1榀钢拱架间距, 严格按照短进尺, 弱爆破、早封闭、强支护、勤监测的原则。开挖成拱, 超前小导管配合钢架使用, 其纵向搭接长度不小于1m, 见超前小导管支护示意图。
3.1 钢管加工
超前小导管规格:热轧无缝钢管, 外径42mm, 壁厚3.5mm。在管身设注浆孔, 孔径10mm, 孔间距15mm, 呈梅花型布置, 前端加工成锥形, 尾部焊上箍筋, 长度不小于1m, 作为不钻孔的止浆段。具体钢管加工形式见小导管加工示意图。
3.2 超前小导管施工的工艺流程
3.3 主要施工工艺方法
3.3.1 钻孔、安装小导管
钻孔前利用测量仪器准确测出拱部开挖轮廓线, 按照设计要求标出小导管孔位。钢管外插角分别采用45°、5°和-10°交错布置。小导管安设一般采用钻孔打入法, 钻孔直径比钢管大3~5mm, 然后将小导管穿过工字钢架顶部, 用锤击顶入, 顶入长度不小于钢管长度的90%, 并用高压风将钢管内砂石吹出。顶管至设计孔深后, 将孔口用水泥浆将钢花管与孔壁之间的缝隙封堵。
3.3.2 注浆参数设计
选定1.0的水泥砂浆, 确定注浆压力0.5-1.0Mpa, 对于涌水量较大的松散破碎带, 可采用有针对性的特殊注浆材料, 如水玻璃、早强水泥等。
为了避免串浆, 采取分序施工或对串浆孔同时注浆。浆液扩散半径可根据导管密度确定。
单根导管的浆液注入量Q可按下式估算:
式中:R———浆液扩散半径 (取小导管中心间距的0.6倍) ;
L———导管长度;
η———岩体孔隙率 (各地层条件下围岩孔隙率参考值不同, 一般砂土取40%, 粘土取20%, 断层破碎带取5%) 。
3.3.3 注浆顺序
注浆前先采用C25喷射混凝土封闭掌子面, 厚度10cm, 以防漏浆。注浆顺序为先下后上、先两则后中间, 间隔钻孔注浆。为保证注浆工作顺利, 注浆开始前应进行水压试验, 检查无异常后, 即可开始注浆。先注稀浆, 然后逐步变浓。考虑到注浆后需尽快开挖, 注浆宜用普通水泥加早强剂。注浆直至浆液从孔口周边溢出或压力表达到设计压力值为止, 每根小导管注浆要“一气呵成”, 注浆时注意将孔中气体排出, 确保浆液注满孔体。一根小导管注浆完成后, 迅速卸下注浆管和小导管接头, 清洗后移至下一根小导管使用, 若停泵时间较长, 则在下根小导管注浆前要放掉注浆管内残留的灰浆。
4 结束语
隧道出洞超前小导管施工, 本着经济适用、解决隧道管棚施工成本大、周期长、场地条件要求高等问题。施工时应准确辨识地质状况, 根据实际情况制定方案, 为隧道顺利、安全出洞创造条件。
摘要：超前小导管是当前隧道工程施工中应用较为广泛的施工工艺, 对加强围岩自身稳定有较好的成效。公铁路隧道穿越风化严重的软弱破碎岩体或浅埋破碎段洞口进出洞施工经常采用大管棚超前支护施工。然而, 该施工方法存在造价高、施工复杂、工期长, 在岩体破碎带更是存在成孔难度大、操作困难等缺点。对此依据在玉 (林) 铁 (山港) 铁路隧道双层小导管出洞施工的成功案例作为参考分析。
双层隧道 篇3
目前在国内外修建的双层隧道相对较少, 巴塞罗纳最长的地铁9号线就是采用盾构法施工的双层地铁隧道[1], 深圳有一条采用台阶箱形法施工单洞双层地铁隧道[2], 上海复兴东路隧道为双层越江公路隧道, 兰州南山伏龙坪隧道也采用双层隧道[3]。另外, 上中路隧道[4]、军工路隧道[5]、迎宾三路隧道及纬三路隧道[6]等盾构隧道均是采用单洞双层结构, 但所采用的施工工法不同, 其采用下层现浇或预制与现浇相结合的方式。
其中, 上海复兴东路隧道是国内较早进行上层车道预制化设计的双层隧道, 其上层车道采用了预制车道板, 车道板通过支座安装于盾构管片侧面的预制托座顶面。周松[7]对越江隧道工程的施工方案及技术进行了系统研究;陈国光[8]对上海复兴路双层越江隧道道路同步施工工艺的可操作性进行了研究论证, 提出了在双层隧道内运用立体运输的工艺来实施上、下层道路结构同步施工的工艺。另外, 时亚昕[9]通过数值模拟的方法对单洞双层地铁隧道各施工阶段的稳定性及支护结构的安全性进行了分析;石波[10]通过围岩弹塑性理论分析和数值模拟, 对软弱地质条件下单洞双层隧道的二次衬砌力学行为、开挖方案、施工力学行为等进行研究。王新霞[11]对双层隧道施工工法及设计方案进行了研究。杨继范[12]对某越江隧道的上层道路施工技术进行了研究, 提出采用架梁设备在已完成的盾构衬砌托座上架设板梁后再进行路面的施工方法。
1 工程概况
扬州瘦西湖隧道工程下穿扬州市重要风景区和多个文物保护建筑, 该项目的建成, 将对瘦西湖东西两侧用地的沟通带来极大的便利, 同时可成为联系新城西区、东部新城的东西向重要通道之一。该隧道西自维扬路与杨柳青路的交叉口, 东至漕河西路与史可法路的交叉口, 含瘦西湖隧道及瘦西湖东西两侧的地面接线道路配套工程, 包括主体隧道工程、附属工程、机电设备工程、匝道工程及地面接线道路工程。工程全长5352.55m, 其中主线隧道总长3025m, 盾构段长度1278m。隧道段地层剖面如图1所示。
盾构隧道段全长1275 m, 采用盾构法进行开挖, 盾构机外径14.5 m, 内径13.3 m。盾构隧道剖面如图2所示, 隧道内部结构分上下两层, 上层为由东向西行车路面, 下层为由西向东行车路面, 结构下层采用预制箱涵π形件[15], 上层采用立柱+纵梁+现浇混凝土车道板结构, 上下行车道宽度均为7 m。针对洞内结构特点本工法采用下层预制π形件, 上层采用移动台车现浇行车道板。
2 隧道结构同步快速施工分析
在双层隧道的施工中, 传统的施工工法一般先进行下层结构的施工, 待下层结构施工完毕达到强度要求再进行上层结构施工。考虑到下层结构现浇法施工中混凝土养护时间和龄期较长, 因此, 下层结构施工采用预制构件组装形式施工。对于上层结构的施工工法, 需要进行方案比选来确定。
2.1 预制法施工
预制构件在工厂的制作占用整个施工工期的90%左右, 这部分工期包括模具安装时间、浇筑时间、7 d养护期和拆模时间。隧道内部吊装占用整个施工工期的小部分。
上层结构采用预制构件进行施工安装时, 存在构件起吊高度高、操作难度大等问题。
2.2 现浇法施工
国内大多数隧道内部结构均采用现浇法进行施工, 对于现浇法来说, 现已有了较成熟的施工经验。隧道内部结构施工时, 现浇结构施工工期主要包含混凝土的搅拌、运输、泵送、浇筑、养护和拆模等阶段耗时, 占用时间较多。
而本工程中, 下层结构采用预制法施工, 即无须预留下层结构的混凝土养护时间, 在同步施工时, 可采用多台车同时施工的方式提高施工效率。
2.3 施工工法比选
采用预制车道结构施工时, 车道施工主要采用吊装方式, 可加快施工速度。根据预制车道板运输、吊装及现浇混凝土施工工期统计, 上层车道预制车道结构施工速度分析见表1, 按每次吊装施工70m来计算, 每月可完成施工210m, 满足盾构隧道同步施工的要求。
现浇车道结构施工时, 可采用多辆台车同时施工的方式来保证车道结构与盾构施工的同步性。根据工期安排, 盾构施工速度约300 m/月, 要保持现浇结构施工与盾构施工同步, 需要3台模板台车同步施工, 每辆台车长30 m, 工期分析见表2。
当盾构机到达接收井后, 开始拆除盾构机。在盾构隧道施工中, 上层车道施工一般落后盾构机约300m, 这部分车道需在盾构机拆除后施工。为减少该部分结构施工时间, 可采取依次组装台车, 分次架立钢筋并浇筑混凝土的施工方法。车道铺装混凝土从接收井位置开始浇筑, 逆向施工, 以减少施工时间。
综上比选, 可看出采用下层预制上层现浇车道板的施工工法, 能够加快施工进度, 缩短施工工期。
3 内部结构同步快速施工工法
3.1 总体施工顺序
单管双层隧道内部结构自下而上总体施工顺序如图3所示。
3.2 下层结构施工
(1) 下层车道π形件箱涵安装及两侧回填。π形件箱涵采用定型钢模板, 集中预制场区加工制作, 与管片一起运至洞内, 利用盾构机后配套台车上特制的吊装支架将π形件直接安装固定。π形件箱涵的安装伴随盾构掘进、管片拼装同步进行 (图4) 。
π形件箱涵安装完成后回填满足一个循环混凝土量时即可对π形件箱涵两侧进行素混凝土回填浇筑施工, 浇筑混凝土过程中预留安插防撞墙基座钢筋。
(2) 下层防撞侧石基座、立柱及纵梁施工。下层防撞石采用预加工好的定型模板作为基座浇筑模板, 在π形件两侧素混凝土上钻孔, 在钻孔中插入钢筋用以加固钢模, 基座浇筑前立柱钢筋做好侧壁植筋和预留。
立柱 (图5) 施工采用定型钢模, 混凝土输送采用高位叉车提升混凝土料斗输送混凝土。烟道板位置无法与车道板一起浇筑, 在立柱浇筑完成后先行浇筑右侧纵梁和烟道板, 立柱间纵梁和烟道底板采用竹胶板现场加工安装, 并用碗扣架搭设满堂架, 以保证浇筑时模板的稳定性 (图6) 。
3.3 上层结构施工
3.3.1 行车道板台车
上层车道板采用定性钢模板混凝土台车, 钢模板混凝土衬砌隧道台车, 是以卷扬机牵引行走机构带动台车行走, 利用液压油缸和螺旋千斤调整模板到位及收模的隧道混凝土成型的机器, 其剖面见图7, 8。它具有成本较低、结构可靠、操作方便、衬砌速度快、隧道成型面好等优点。
本台车为铰接式液压模板台车, 衬砌长度为30m, 每10m设置一处铰接。本台车的特点有:
(a) 下层施工工序一; (b) 下层施工工序二
(1) 模板由钢板与纵筋及横梁组装焊接而成。每节模板做成2m宽, 纵向由15节组合成30m衬砌长度, 模板纵向之间皆由螺栓连接。模板板厚为10mm。由于模板顶部受力较大, 为保证模板的强度及局部不致变形, 在2m宽的模板中部增加横梁。
竖向液压油缸 (GE160/100—300) 顶部与门架边立柱相连, 底部联接行走机构。通过油缸的收缩来调整模板的竖向定位及脱模, 其调整行程为200mm;液压台车的主要结构件由钢板焊接。门架横梁与立柱由钢板焊接成工字形截面;下纵梁采用箱形截面;上部纵梁采用H型钢, 由于门架高度较高, 为保证整个门架的强度, 刚度和稳定性, 在门架横梁与立柱之间增加了槽钢斜撑。
(2) 门架由横梁、立柱及纵梁通过螺栓连接而成, 各横梁及立柱间通过连接梁及斜拉杆连接。
(3) 在门架两侧边布置可伸缩的支架, 便于建设方安装侧边倒角模板时施工。
台车制作及试拼装、预压试验均在厂房内实施, 以便台车下井后即可开展车道板施工, 增加洞内施工有效时间。
3.3.2 台车的组装调试
台车首次组装在施工现场工作井前方每10m一节, 一节组装完毕后进行现场检验, 并在轨道上往返走行3~5次后, 再次紧固螺栓, 并对部分连接部位加强焊接以提高其整体性。检查台车模板尺寸是否准确, 其两端的结构尺寸相对偏差宜小于2mm。并对钢模板表面采用抛光机进行彻底打磨, 清除锈斑, 涂油防锈。
组装完成的10m/节台车利用龙门吊整体吊装下井, 并安设于提前布设好的台车轨道上, 轨道置于已铺底的π形件两侧混凝土回填面上, 以保证台车平稳。组装后的铰链式模板台车见图9。
3.3.3 上层结构施工工序
台车模板定位准确后进行车道板钢筋绑扎, 因车道板宽度为定数, 因此选用厂制订尺钢筋, 钢筋制作安装过程中注意结构中的疏散楼梯及给排水、消防管道以及上层防撞墙等位置的预留预埋工作, 钢筋绑扎完成后进行上层车道板混凝土浇筑, 浇筑采用卧式混凝土输送泵输送混凝土, 混凝土浇筑一次成型。浇筑完成后及时覆盖土工布洒水养护, 防止混凝土产生开裂, 混凝土采用早强混凝土, 尽快提高早期强度, 保证车道板可在最短的时间内进行模板拆除并能整体移动至下一节车道板的施工, 缩短中板施工间隔时间。
上层车道板施工完成后利用混凝土等强期间可连续作业本节上层防撞墙, 避免后续施工因台车移动、地泵移位无法连续开展上部混凝土浇筑作业带来工序衔接不当形成的干扰。上层防撞墙施工完成后, 隧道内部结构其余混凝土隔墙以及砌体墙的施工可根据盾构机掘进安排及后配套管路的拆除时间合理调配施工时间 (图10) 。
4 施工进度统计
由以上对比分析可看出, 预制施工比现浇施工速度快50%。在控制整个隧道工期的最后300 m盾构内部结构施工中, 预制结构可采用更为灵活的施工方式, 为隧道施工工期节约了大量的时间。下层结构包含下层防撞侧石 (兼做底纵梁) 、立柱、立柱间现浇侧墙、烟道底板及两侧廊道填充。下层防撞侧石的施工滞后盾构掘进约200m开展, 随盾构掘进速度推进, 按照每30m作为一个施工段, 模板采用定型钢模板, 每4~5d浇筑一次混凝土, 每隔15m留设一处变形缝 (变形缝留在立柱两侧2m范围内) 。上层行车道板及纵梁在立柱及下层混凝土墙达到设计强度后开展。纵梁及上层车道板采用衬砌台车, 左侧廊道板及逃生楼梯施工采用碗扣式脚手架进行施工, 一次施工长度约90m, 实际长度根据变形缝位置调整。实际整板施工时间90m/节车道板为8d。分析可知, 预制施工比现浇施工速度快50%。在控制整个隧道工期的最后300m盾构内部结构施工中, 预制结构可以采用更为灵活的施工方式, 为隧道施工工期节约了大量的时间。
5 结束语
扬州瘦西湖盾构隧道内部结构施工环境差, 空间狭小, 如若采用传统的现浇技术, 施工工期较长。为解决这一问题, 本文对扬州瘦西湖隧道下层预制π形箱涵, 上层现浇车道板的施工技术进行了总结分析。
(1) 瘦西湖隧道作为大直径盾构隧道, 面临高质量、紧工期的严峻考验, 采用下层预制π形箱涵, 上层现浇车道板的施工技术, 在保证施工质量的同时加快了施工进度。 (2) 分析了单管双层隧道内部结构施工顺序:首先盾构推进过程中同步安装π形件、π形件两侧回填, 下层防撞墙及立柱施工、立柱施工完成后施工右侧烟道板及纵梁, 待施工完成一个节段后, 开始后续利用移动台车平行作业上层行车道板。 (3) 上层结构施工时采用的30m长铰接式液压模板台车成本较低、结构可靠、操作方便、衬砌速度快、隧道成型面好, 为现浇工程提供了很大便利。
大直径隧道内部结构采用预制结构与现浇相结合的方法是一种创新的施工工法, 可实现节约投资造价, 节省工期等社会经济效益, 将为大直径、长距离隧道内部结构的设计与施工直接提供实用性的指导作用。这一施工技术已经应用于扬州瘦西湖隧道工程中, 并为整个项目按期完工作出重要贡献。
(a) 上层结构施工工序一; (b) 上层结构施工工序二
摘要：为解决盾构隧道内部结构施工环境差, 空间狭小, 施工工期长制约盾构隧道快速施工的问题, 扬州瘦西湖隧道内部结构采用下层预制上层现浇车道板的施工工法加快盾构隧道内部结构施工速度, 通过对扬州瘦西湖超大直径双层盾构隧道内部结构快速施工技术进行分析, 详细介绍了“下层预制箱涵π形件结构方案和上层立柱+纵梁+现浇混凝土车道板结构”的施工工法以及上层结构施工中用到的模板台车及其安装调试。该技术实现了节约投资造价, 节省工期等社会经济效益, 加快了施工进度, 缩短施工工期, 可为以后类似工程借鉴采用。