机械法在地铁联络通道施工中的应用探索

机械法在地铁联络通道施工中的应用探

索

摘要：机械法联络通道施工首先要在盾构掘进施工至联络通道位置时完成主隧道复合管片拼装，常规情况下，在隧道洞通后，开始顶管设备吊装下井并运输至联络通道位置，待始发、接收端套筒焊接完毕及设备安装调试完后，开始下管节、顶进作业。相比传统的冷冻法联络通道，解决了冻结效果难以控制及后期融沉注浆的难题；相比传统的矿山法联络通道施工，解决了开挖面失稳存在安全隐患的风险，即高效的完成了联络通道施工，同时又节约工期缩减了管理成本，为今后类似工况条件下联络通道施工提供了一定的借鉴与参考。

关键词：复合管片；复合管片防水；导向块；微加固；

引言

在城市轨道交通建设过程中，联络通道施工作为轨道交通建设中不可或缺的环节，属于地下开挖作业施工过程中存在不可避免的风险，随着地铁建设的不断发展，联络通道事故频发，常规冷冻或注浆加固结合矿山法开挖的施工工艺局限性愈发明显，本文以杭州地铁7号线坎山站～机场西站盾构区间1#联络通道机械法联络通道施工为例，介绍了一种新的工艺—机械法联络通道施工技术。

1工程概况

坎山站～机场西站盾构区间线路出坎山站，穿地块向北转弯到达机场西站，区间最小半径为R=450m的圆曲线段，最大坡度20‰，左右线路间距在12.0～21.1m左右，隧道埋置深度8.81m～18.25m左右，区间采用盾构法施工，共设置3座联络通道，其中1#联络通道位于北塘河西侧国庆村空地下方，左、右线盾构隧道中心里程为ZDK26+905.046(YDK26+916.500)，中心距为17.736m，左、右线隧道轨面标高分别为-13.792m、-13.815m，地面标高约为+8.23m，主要位于③6

粉砂、⑥1淤泥质粉质粘土层中，该土层具高压缩性、低强度、强透水性、自稳能力差等特点。

坎山站～机场西站1#联络通道平、剖面位置图

2施工工艺

编制机械法联络通道施工方案→正线隧道复合管片拼装→洞门微加固→正线隧道补强注浆→钢管片接缝焊接→套筒前端焊接→洞门管片吊装孔拆除、始发套筒尾刷焊接、支撑体系安装→台车吊装→姿态调整→负环拼装→削切管片→填充物注入→掘进参数控制→管片拼装→接收洞门处理→削切管片→负环拼装→盾构机到达→洞门注浆→负环拆除→套筒割除→整体运出。

3方案实施

3.1准备工作

3.1.1正线隧道管片拼装

1)联络通道洞门处采用3环直径Φ6200m、环宽1500mm的复合管片，洞门范围所涉及管片共6块，其中始发与接收洞门略有不同，始发洞门直径Φ3400m，接收洞门直径Φ3460mm。

3.1.2复合管片防水

1)管片上混凝土部分粘贴遇水膨胀条，钢管片部分粘贴三元乙丙橡胶，使两个部分各自独立。

2)环缝、纵缝三元乙丙橡胶分为两个部分，整体性差，容易在拼装中脱落，并且也为了增强防水效果，在三元乙丙橡胶上下粘贴遇水膨胀条。

3)竖向粘贴两条遇水膨胀条，防止在洞门复合管片焊接中，焊接产生的热量较高，遇水膨胀条的损害较大，发生渗漏，同时在洞门破除后钢管片间形成渗漏水通道漏水。

3.1.3隧道内布置

1)物料及台车运输轨道：联络通道施工时，不需要另行铺设钢轨，电瓶车与设备台车使用同宽900mm轨道，与区间现有电瓶车轨道相同，对部分轨道间距进行调整，对轨枕进行加固调整（轨枕间距以600mm为准，误差不大于100mm)；

2)铺设人行通道：借助隧道内物料及台车运输轨道，走道板布设于双轨中间部位，另外在两侧设置人行避让平台；

3)铺设上水、下水管道：给水管及排水管均采用主隧道推进时预留水管，不另增设，水管放置于轨道两侧；水路增压泵需要保留；

4)铺设低压、高压电缆及灯带：设备所选用主供电为10kV高压电，预留好高压接口，用电容量不低于600kW，隧道内照明采用灯带照明，照明设备含电线连接端子、配电盒等设备宽度不能超过250mm。

3.1.4洞门及正线隧道微加固

1)洞门处采用多点位注浆微加固处理；

2)设计水灰比如下：超细水泥浆(按质量配比)水:水泥=1:1；双液浆(按体积配比)水泥浆:玻璃液=1:1；

3)复合管片前后5-10环管片进行二次注浆，二次注浆结束后，对注浆孔进行密封。

3.2套筒始发

3.2.1管片焊接

焊接前用角磨机打磨复合管片环缝、纵缝，形成坡口，坡口深度2cm。焊接主要是为提高洞门钢环的整体性，保证管片受力良好，洞门范围内螺栓及吊装孔拆除后，增加管片自稳能力。

3.2.2套筒后端安装“导向块”

将导向块焊接在套筒底部，前后间接为1m，水平间距为1.2m。

3.2.3台车组装及运输

顶管整机共计包含5个台车，其中3号台车为盾构机始发台车，5号车为盾构接收台车，台车下井顺序如下图所示：

台车下井示意图

3.2.4套筒安装

1)在井口将3号台车底座吊装下井固定；

2)在地面完成3道盾尾刷的焊接与油脂涂抹工作，手涂盾尾油脂要求选用专用手涂油脂，并涂抹密实、饱满；

3)将主机吊至钢套筒内，并复核主机姿态；姿态复核完成后整体将钢套筒与主机吊装下井与3号台组装连接，组装完成后由测量人员对套筒进行精准定位。

4)通过电瓶车将3#台车整体运送至洞内指定位置；

5)测量定位，通过千斤顶将套筒和主机前移，套筒前部工装与洞门钢环精准对接，始发姿态以接收时高程目标+25mm控制；

6)以贴板焊的形式将套筒与洞门钢圈连接，最终形成一个完全密封结构，保证联络通道掘进机安全始发。

套筒前端焊接示意图

3.2.5始发套筒保压

本阶段主要进行始发钢套筒密封检测，利用套筒外膨润土注入系统注入膨润土，此时螺旋机关闭闸门，观测土仓压力变化情况，控制土仓压力在1.0bar左右，满足初始压力后，观察始发钢套筒尾刷密封情况，逐步加压至1.5bar后，套筒未出现渗漏再次加压至静止土压力，同时5min内压降不超过0.1bar,套筒焊接部位及盾尾密封为满足要求，方可组织始发。

3.3据进过程

3.3.1管片运输

1)管片从正线隧道运至4号台车，再由联络通道单梁运输至3号台车盾尾支撑体系预留的空隙中;

2)已成型联络通道隧道内管片运输采用轨道小车，人力推动。

3)管节直接由单梁运输至拼装区域，过程中需要人工帮扶，防止倾覆。

3.3.2削切管片

1)掘进机行程0-350mm，始发至中心刀磨穿管片该阶段刀盘与管片接触面积由小变大，适当加入泡沫剂润滑刀盘，对渣土进行改良，通过注入膨胀土材料置换切削下来的混凝土，保证出土流畅。

2)掘进机行程350mm+433mm，中心刀磨穿管片至刀盘与管片接触面积最大时，该阶仍以控制扭矩为主，通过注入膨胀土材料置换切削下来的混凝土，保证出土

流畅。

3)掘进机行程433mm+1120mm，刀盘与管片接触面积最大至盾构机完全脱离管片，该阶以控制推力为主。

3.3.3掘进参数控制

1)参数、姿态控制

试验段施工通过理论土压力计算确定土仓压力控制值，推力控制小于2000kN，推进速度3050mm/min，扭矩不大于600kN·m，据进时姿态水平姿态控制在±20m

以内，高程姿态控制在士10mm以内。

2)姿态纠偏

盾构法施工通过调整推进油缸分区油压进行姿态纠偏，并调整楔形环管片拼

装角度拟合纠偏曲线，纠偏量不超过2mm/m

3)渣土改良

通过刀盘前方注入泡沫剂改良渣土和易性，要求改良后的渣土塌落度为

120~140mm，具体泡沫掺量需试验后决定。

4)土仓建压

在顶管切削至洞门混凝土破碎后，外界水土压力传递至刚套筒内，为达到平

衡外界水土压力的目的，在套筒密封形成后，通过预留注入管道注入膨润土达到

试压值（取水土压力+0.5bar);

3.3.4渣土改良

切削管片时通过注入膨润土或泡沫剂降压改良渣土，膨润土浆液配比为1:12，固定速度持续注入，同时螺旋机出渣，过程中需要与人盯控出土量。

3.3.5顶进出泥

具备放置输土泵后，采用输土泵直接泵送至4号台车后方渣土车内的方式出土，过程中确保顶进速度与出泥量匹配，严格监控土压力变化。

3.3.6顶进纠偏

顶管顶进最大偏差量不超过±50mm，顶进过程中遇姿态出现偏差，优先通过调整顶推油缸的压力分配调整顶管机姿态，若效果不佳，则通过调节顶管铰接调整强化纠偏，开启铰接后须密切关注成型管节的变形情况。

顶管掘进示意图

3.4套筒内接收

3.4.1准备工作

1)姿态复测

顶管机姿态复测应考虑顶管机贯通时的中心轴线与隧道设计轴线的偏差，同时要考虑接收洞门位置的偏差和接收钢套筒位置偏差。

2)接收装置安装

套筒前端与特殊管片预留洞门焊接成整体，套筒连接到位后，且支撑体系加载完成后，需要在外圈对其进行加固，加固采用20工钢（或钢板拼接)沿套筒轴向及环向进行支撑，支撑一端焊接于套筒外弧，一端支撑在管片或外部支撑环。

3)钢套筒填仓

在刀盘距接收端管片500mm时，停止掘进，在钢套筒组装完成后，开始填充

钢套筒，填注材料为砂浆（砂、水、膨润土、粉煤灰)，采用挤压泵泵送至钢套

筒内，进料口在钢套筒第二块正上方的下料口位置。

砂浆采购商品砂浆，在地面由汽车泵车输送至井口转浆车中，运输至洞内后

使用挤压泵泵送至钢套筒顶部注浆孔，直至完全充满钢套筒。

钢套筒初步填仓之后，打开钢套筒上预留的2个卸压口，顶部泄压口接入注

浆管，采用高速自动压浆台车进行加泥加压，加压注浆压力0.35Mpa，浆液为膨

润土浆液，注入过程中密切关注仓内压力，在观察阶段确保套筒内压力不少于

0.25MPa，保持60分钟未出现渗漏，且压力损失不大于0.05MPa，证明接收套筒

密封试验完成；若出现渗漏，立即组织封堵，持续进行保压试验直至压力满足要

求为止。

完成密封试验后密切关注套筒内压力变化，安排专人值守。当套筒内压力小

于0.27Mpa时，立即组织拌制浆液，补充压力至0.35Mpa时停止。切削管片之前，做好保压注浆的准备工作，刀盘切削过程中，密切关注接收套筒压力变化，当压

力小于0.27MPa时，立即组织补浆。

3.4.2削切管片

1)准确计算顶进行程，刀尖顶至管片后缓慢推进，开始切削洞门混凝土（管片)，推进速度控制在2mm/min，顶进总力小于4000kN,该阶段刀盘与管片接触面

积由小变大，控制盾构机栽头发生，严防盾构机被洞门卡住。

2)中心刀磨穿管片至刀盘与管片接触面积最大时，该阶段以控制扭矩为主，

该阶段刀盘对地层扰动很大，注意沉降监测。

3)刀盘与管片接触面积最大至盾构机完全脱离管片，刀盘与套筒填充物接触

面积不断增加。如遇到出土不畅，则通过刀盘注入膨胀土改良土体。

套筒接收示意图

3.4.3停机位置确认

最终停机位置需结合疏散平台和弧形钢板的焊接综合考虑，始发端与接收端钢管片突出主隧道管片内侧一般控制在28-35cm之间，大于35影响疏散平台设置，小于28mm，影响弧形钢板焊接和补强注浆止水效果。

钢管片突出主隧道管片示意图

3.4.4套筒拆除

顶管机机完全进入钢套筒后，使用螺旋出土降低土仓压力，等待3～5小时后，通过观察土仓压力是否回升，或者通过胸隔板上土仓闸门进行观察判断洞门是否密封完好。判断其出水量，若水量较大，则继续通过预留注浆管、注浆孔注浆，直至打开球阀无水流出后，方可拆解钢套筒。钢套筒拆除前在确保土仓压力无变化时，利用套筒尾端的泄压阀门进行泄压，以确保套筒拆除时的安全。

始发端套筒的拆除与接收端情况类似，拆除前应对洞门位置进行注浆加固处理，注浆完成后通过管节上安装的球阀观察出水量，若水量较大，则继续通过管

节吊装孔、注浆孔注浆，直至打开球阀无水流出后，方可进行钢套筒与预埋钢环

的分解工作，分解完成后通过电瓶车将3号台车拖至端头井位置进行泥渣的清理。

1)套筒拆除前对工人进行安全教育，施工现场规范作业人员操作方法，拆除

过程中必须按照技术交底执行，严禁随意操作。

2)拆除过程前，应急物资及注浆设备摆放到位，做好注浆准备，一旦发生渗漏，立即注浆封堵。

3)套筒拆除前，须打开洞门钢环位置及管节注浆孔位置球阀对注浆效果进行

检查，若出现漏水、漏泥现象，则重新对该孔进行注浆，直至洞门处第一环所有

注浆孔均不出现漏水现象。

4)套筒拆除过程中，若出现有从管片外侧渗水现象，立即使用速水泥和棉絮

一起堵漏螺栓不可直接拧落，应确认洞门封堵有效后拆除。同时技术人员须全程

旁站监督指导。

5)套筒与预埋钢环完成分离后，及时将台车拖出隧道，对洞门进行封堵处理。

6)在井口进行后端盖拆除过程中，采用吊车加以保护，以保证后端盖的安全

拆除。

4施工效果

项目部在充分了解现有联络通道施工边界条件后讨论研究，在“保证联络通

道施工安全为主线，工期合理紧凑为原则，守住业主工期节点为底线”的指导思

想下，项目部抛弃原有冻结法联络通道施工的思路，引入机械法联络通道施工工艺，因地制宜的解决工期节点瓶颈的难题，采用冷冻法联络通道施工一般需要

100-120天完成，采用机械法联络通道施工工期一般30天左右完成一个联络通道，项目部通过该工法的实施，有效的缩减了项目部2个月的管理成本约100万，在

保证安全和质量的前提下，缩短了联络通道的施工耗时，为杭州地铁7号线实现

2年半通车的既定目标奠定了基础。

5结束语

机械法联络通道施工技术不仅适用城市轨道交通联络通道施工，还可作为铁路、公路区间联络通道施工的技术选型，具有不错的市场发展前景，通过本次机械法联络通道施工技术的成功应用，不仅具有施工工期短，还规避了传统冻结法施工联络通道的工期长、后期融沉注浆沉降难以控制等缺点，在确保业主节点的同时得到了业主的广泛认可，产生了良好的社会效益，为公司在杭州市场扎根奠定了基础。

参考文献

[1] 沈张勇,机械法联络通道结构设计研究[J].现代城市轨道交

通,2019(11):58-63.

[2] 丁修恒,地铁区间联络通道盾构法修建关键技术[J].建筑施

工,2019(4):667-671.

[3] 王昆，叶蕾，程永龙，高文梁，张树祺，郑亮奎；机械法联络通道用掘进机始发接收密封装置研究[J].隧道建设（中英文），2020,40（1）:134-142.

[4] 刘军,贺美德,宋旱云,联络通道施工盾构管片力学行为研究[J].岩土工程学报,2013(S2):271.

[5] 何邦亮，丁修恒，郎志超，郑明飞，熊勇林，朱瑶宏；列车荷载作用下机械法联络通道—隧道结构响应[J].岩土工程学报2019（7）:173-176.

[6] 桂焱平，胡新泉，刘腾，地铁机械法联络通道施工技术[J].山西建筑2020（24）:78-79.

[7] 朱瑶宏，董子博，尹铁锋，周俊宏;地下空间联络通道微加固机械法T 接技术探索[J].中国土木工程学会2017年学术年会论文集，2017（10）:130-139.

6