隧道凈空影響因素

概述

地鐵土建工程投資巨大，合理確定地鐵隧道開挖斷面尺寸，對地鐵工程投資有著十分重要的作用。在總結(jié)了北京、上海、廣州、南京等地鐵隧道建設(shè)的基礎(chǔ)上，《地鐵設(shè)計規(guī)范》對不同城市應(yīng)采用的地鐵隧道凈空余量做了規(guī)定，但是未對影響地鐵凈空余量的施工方法、施工質(zhì)量、工程地質(zhì)等因素進行分項規(guī)定 。在實際施工過程中，由于凈空余量預(yù)留過大，造成混凝土工程量增加或拱墻背后注漿、回填不密實的現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生。因此合理確定隧道開挖斷面，不僅可以起到節(jié)約地鐵工程投資的作用，而且有助于提高工程實體質(zhì)量。本文結(jié)合沈陽地鐵工程實例，就影響隧道凈空余量的主要因素進行探討。

1 挖區(qū)間隧道凈空余量影響因素分析

1.1 工程概況

沈陽地鐵一號線滂黎區(qū)間左線DK21 485— DK21 710. 63 區(qū)段為明挖結(jié)構(gòu)，隧道斷面為矩形。底板厚600 ～1 100 mm，頂板厚600 ～1 000 mm，結(jié)構(gòu)高度6 400 ～7 300 mm。明挖區(qū)間線路由兩個矩形結(jié)構(gòu)漸變?yōu)橐粋€矩形結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)為C30 防水混凝土。明挖隧道采用800@ 1 200 鉆孔灌注樁作為圍護結(jié)構(gòu)，混凝土等級為C30，樁間掛網(wǎng)噴射混凝土?；又蜗到y(tǒng)橫撐采用600、t = 14 mm 鋼管。

滂黎明挖區(qū)間勘察深度范圍內(nèi)的地層結(jié)構(gòu)由第四系全新統(tǒng)人工填筑層，第四系全新統(tǒng)渾河高漫灘及古河道沖積層，第四系全新統(tǒng)渾河新扇沖積層，第四系上更新統(tǒng)渾河老扇沖積層，第四系下更新統(tǒng)冰水沉積相地層組成。

1.2 凈空余量影響因素分析

1)滂黎明挖隧道結(jié)構(gòu)變形及位移。

2)測量誤差《地下鐵道、輕軌交通工程測量規(guī)范》12. 4. 3 規(guī)定，明挖隧道結(jié)構(gòu)邊、中墻模板支立前，應(yīng)按設(shè)計要求，依據(jù)線路中線放樣邊墻內(nèi)側(cè)和中墻中線位置，放樣允許偏差為± 10 mm。從現(xiàn)場施工測量復(fù)核的情況來看，施工單位的測量誤差能控制在規(guī)范要求的范圍內(nèi)。

3)立模、模板變形誤差在明挖區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)施工完成后，施工單位、監(jiān)測單位對隧道斷面誤差狀況進行了復(fù)核。為了便于對立模及模板變形誤差進行分析，結(jié)合施工現(xiàn)場的實際情況，本文在對斷面誤差復(fù)核結(jié)果進行分析時做了以下幾點假設(shè):由施工測量引起的誤差為± 10 mm;同一斷面各測點誤差的最小值是由于立模誤差引起的;同一斷面最大誤差與最小誤差的差值是由于模板變形引起的。

2影響地鐵隧道凈空余量的主要因素

2.1 地質(zhì)條件

隧道橫向位移、豎向位移與地質(zhì)條件關(guān)系密切。上海、南京地區(qū)地質(zhì)條件差，在施工及運營過程中地鐵隧道均會產(chǎn)生較大收斂。黃小平 通過研究表明，上海軌道交通2 號線人民廣場站—南京東路站上行區(qū)間隧道，2006 年水平徑向收斂變形平均值為44 mm。北方大多數(shù)地區(qū)地質(zhì)條件較好，各類隧道收斂值較小。徐建國 通過對分水嶺隧道施工監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析得出，隧道橫向最終收斂值在10 mm 以內(nèi)。沈陽地鐵滂黎明挖區(qū)間隧道收斂值為6 mm 左右;小滂盾構(gòu)區(qū)間隧道收斂值在10 ～20 mm 之間;滂黎礦山法隧道的初支收斂值在10 ～20 mm 之間。

2.2 施工測量

通過理論分析在明挖隧道設(shè)計、施工過程中，需要考慮到地面控制測量、聯(lián)系測量以及施工測量誤差對隧道凈空的影響。在盾構(gòu)法、礦山法隧道設(shè)計與施工過程中，需要考慮地面控制測量、聯(lián)系測量、地下控制測量以及施工測量誤差，其中地下控制測量誤差與隧道貫通長度有密切關(guān)系( 基本成正比關(guān)系) ，隧道貫通長度越長該誤差值越大。沈陽地鐵滂黎暗挖段 ( 礦山法施工 ) 隧道貫通長度約400 m，隧道橫向貫通誤差為10 mm;小滂盾構(gòu)區(qū)間長度為1 500 m，隧道橫向貫通誤差為35 mm。

2.3 施工質(zhì)量

《地下鐵道工程施工及驗收規(guī)范》(GB50299—1999)對各種工法施工的混凝土結(jié)構(gòu)的允許偏差做了明確規(guī)定(表4)。從我們國家各個城市地鐵工程施工情況來看，大多數(shù)施工單位的灌注樁垂直度、模板安裝、管片拼裝質(zhì)量距離國家規(guī)范的要求還存在一定的差距。

3結(jié)束語

地鐵隧道工程凈空余量，與工程地質(zhì)條件、施工質(zhì)量、施工方法等密切相關(guān)。在實際工作中，設(shè)計單位可以根據(jù)工程地質(zhì)情況、施工工法、隧道長度等因素合理確定隧道凈空余量。對于沈陽、哈爾濱等地質(zhì)條件好的地區(qū)，可以適當(dāng)減少隧道收斂預(yù)留量; 對于隧道貫通長度短的盾構(gòu)及礦山法隧道，可以減小地下控制測量誤差的預(yù)留量。施工單位應(yīng)根據(jù)自身實力，合理選擇隧道開挖斷面，對于明挖區(qū)間隧道，在立模質(zhì)量好的情況下，可以合理減少施工立模誤差預(yù)留量; 對于盾構(gòu)區(qū)間隧道，在管片拼裝錯臺小、盾構(gòu)機姿態(tài)控制能力強等情況下，可以合理減少盾構(gòu)機開挖斷面; 對于礦山法施工的隧道，可以根據(jù)地下控制測量誤差的不同，設(shè)計不同的初期支護開挖斷面。合理確定隧道凈空余量的大小，需要設(shè)計、施工單位將信息化工作切實落實到位。將施工中收集的隧道收斂、測量貫通誤差、模板變形等信息通過分析整理，反過來用于指導(dǎo)設(shè)計和施工。只有這樣才能將國家提出的“地鐵工程建設(shè)應(yīng)做到安全、可靠、適用經(jīng)濟和技術(shù)先進”的要求落到實處。 2100433B

通過調(diào)整架橋機尺寸至極限工作狀態(tài)，充分利用橋隧相連處的路基段將架橋機段 2 號柱置于隧道外作業(yè)，再降低隧道內(nèi)軌面標(biāo)高以滿足隧道內(nèi)作業(yè)時需要的高度空間。

2． 1 調(diào)整架橋機尺寸至極限工作狀態(tài)

TJ165 型架橋機由主機、機動平車以及倒裝龍門吊三部分組成，采用主機定位架梁、機動平車運送梁片、龍門吊倒裝梁片的作業(yè)方式，其中主機主要由 0 號柱、1 號柱、2 號柱、3號柱、機臂、吊梁行車和主機車輛等構(gòu)成，其構(gòu)成示意見圖 1。主機額定起重量 165 t，總質(zhì)量 255 t，正常架設(shè)兩片的最小曲線半徑 600 m，自行速度 12 km / h，自行最大爬行坡度 16‰，自行狀態(tài)時重心高度 2. 4 m，工作狀態(tài)外型尺寸 64 m × 4. 8m × 7. 36 m，段為 0 號、1 號、2 號柱柱頂。經(jīng)檢算，架橋機達到極限工作條件的高度( 軌面至 2 號柱頂) 為 6. 76 m，其中軌面至大臂頂高 6. 36 m。即:將1 號、2 號柱均降低三個鎖定高度(0. 2 m) 至 6. 76 m，將吊梁車下的鋼纜縮短并更換為加強型粗鋼纜，以滿足高度減小后，吊梁時斜向軸拉力增加。同時對架橋機油壓系統(tǒng)、走行系統(tǒng)鎖定系統(tǒng)、吊裝系統(tǒng)進行隱患排查，更換部分老舊零配件，進行聯(lián)調(diào)聯(lián)試，進一步排查隱患，以充分保障作業(yè)安全。

2． 2 架橋機段置于隧道外作業(yè)的措施

架橋機段為 0 號、1 號、2 號柱柱頂，橋臺胸墻至隧道洞口底距離為 14． 9 m，由于隧道洞口設(shè)計為 10∶ 1 的仰坡，則橋臺胸墻至隧道洞口頂距離將增加仰坡投影至水平的距離 0． 55 m，即增至 15. 45 m，此長度大于架橋機前端車鉤至 2號柱末端長 15. 2 m，能將 2 號柱置于隧道外作業(yè)。但架橋機前方 5 個輪對將會有 3 個輪對置于橋臺道碴槽上，為避免在架橋過程中產(chǎn)生不均勻沉降，架橋機向前傾覆，故將橋臺臺尾填方改為 M10. 0 漿砌片石剛性材料填充。

2． 3 隧道凈空不滿足作業(yè)條件的處理措施

由于架橋機 2 號柱置于隧道外作業(yè)，僅架橋機大臂在隧道內(nèi)作業(yè)，則隧道凈空只需滿足軌面至大臂頂?shù)母叨?6. 36 m即可。采取調(diào)整隧道內(nèi)軌面面高度的措施。即橋臺胸墻至隧道洞內(nèi) 100 m 范圍內(nèi)用鋼板軌枕代替混凝土軌枕，并取消 50m 范圍內(nèi)的道碴，另 50 m 為鋼板枕下以少量道碴逐步過渡至混凝土軌區(qū)域。原設(shè)計的鋪設(shè)道碴隧道底至軌面高為0. 65 m，采用此措施后，僅為鋼板軌枕厚 0. 02 m 和鋼軌高0. 18 m，共計 0. 2 m，較原設(shè)計降低了 0. 45 m，由此，軌面至故通過此試驗基本確定該澆注料產(chǎn)生的氣孔與水量、水質(zhì)無關(guān)，即水量、水質(zhì)不是該澆注料產(chǎn)生氣孔的主要原因。

隧道凈空澆注料施工

3.1 澆注料攪拌

該澆注料對施工溫度要求嚴(yán)格，要求施工溫度在 30 以下。而在夏季 7 ～ 9 月施工當(dāng)?shù)丨h(huán)境溫度大多在 30 以上，為了確保澆注料施工質(zhì)量，將澆注料存放在室內(nèi)，攪拌站安置在鍋爐結(jié)構(gòu)下部避免太陽曝曬，并采取在施工用水中加入冰塊降低水溫至 20 以下，從而降低拌合料的溫度。

3.2 澆注料運輸

澆注料的初凝時間為 30 min。初凝時間較短，必須在15min以內(nèi)將拌合好的料運送到施工地點，盡量縮短運輸時間，使用電葫蘆、卷揚機、門架為垂直運輸設(shè)備。

3.3 澆注料入模

澆注料入模時應(yīng)均勻布料，不得在一個位置連續(xù)傾倒?jié)沧⒘?，對于燃燒室與各部位接口處的異型澆注料模倉 ，澆注料入模只得在較小的范圍內(nèi)布料，應(yīng)一邊布料一邊用小鐵鍬刨平。在入模時散落在已澆注的澆注料表面應(yīng)即時清理干凈，保證澆注料表面光潔。

3.4 澆注料振搗

澆注料振搗時振動棒應(yīng)緩慢拖動，讓氣泡均勻排除，但振動時間也不能過長，避免造成澆注料骨料與粉料的偏析。在澆注時安排專人檢查模板支撐情況，預(yù)防出現(xiàn)脹模、漏漿。

3.5 澆注料脫模與養(yǎng)護

澆注料初凝12 h 后可脫模，脫模時澆注料的強度應(yīng)能保證脫模時其表面及棱角不損壞。一般應(yīng)按模板支設(shè)順序逆向拆除，即最后支設(shè)的最先拆除，最先支設(shè)的最后拆除。不得用力敲打模板及澆注料，以防損傷澆注料。對于各孔洞、通道處的模板，澆注料的強度應(yīng)達到終凝強度的75% 后方可拆除模板。澆注料在拆除模板后應(yīng)進行自然養(yǎng)護。

隧道凈空施工結(jié)果

該澆注料施工工藝優(yōu)點:表面光潔明亮、氣孔率低、密實度高、澆注質(zhì)量非常好、質(zhì)量合格率達到95% 以上。施工工藝難點:模板必須使用高光潔模板，小模塊分塊間隔支模數(shù)量大、難度大、施工工序多、費工耗時，澆注料攪拌、運輸、澆注、振搗質(zhì)量要求嚴(yán)格。要達到本工程Alsthom 公司的質(zhì)量要求，其施工工期相對較長，施工成本相對較高。

隧道凈空結(jié)論

通過對該工程澆注料施工存在的氣孔率、光潔度、密實度質(zhì)量問題的深入分析研究，反復(fù)多次進行澆注試驗，找到了氣孔率高的主要原因;通過嚴(yán)格控制澆注料的攪拌、運輸、澆注、振搗各工序，確定施工振搗時間，最終解決了該澆注料施工質(zhì)量問題，達到Alsthom 公司的質(zhì)量要求，贏得了業(yè)主及Alsthom 公司專家的好評與贊譽。

普光氣田專用鐵路工程是國家重點項目川氣東送工程的配套工程項目，主要承擔(dān)普光氣田副產(chǎn)品硫磺的外運任務(wù)，按單線 80 km / h、內(nèi)燃牽引的主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)。其中隧道按內(nèi)燃鐵路標(biāo)準(zhǔn)，軌面至拱頂凈空 6. 0 m，橋梁梁型和架橋機采用與相鄰鐵路襄渝二線一致，即采用鐵路簡支梁橋 2101梁型和 TJ165 型架橋機，便于同步施工，節(jié)省投資。由于 TJ165 型架橋機工作狀態(tài)時空間尺寸( L × B × H)為 64 m × 4. 8 m × 7. 36 m。在某橋隧相連處，橋臺胸墻至隧道口之間路基段長 14． 9 m，架橋機將有部分段在隧道內(nèi)完成作業(yè)，而隧道凈空( 軌面至拱頂) 為 6. 0 m，不滿足高度空間尺寸。