NOMJS联络通道施工新工艺研究

顾沉颖

(上海市地下空间设计研究总院有限公司，上海 200020)

0 引言

上海地区地铁隧道及市政公路隧道的联络通道大都采用隧道内水平冻结加固土体后开挖构筑内衬结构，即“水平冻结、人工暗挖”的施工方法。但在施工期间土体冻结加固失效或者遇到流沙等险情，将产生很大的危险［1－6］。2003年7月1日，上海轨道交通4号线在联络通道施工过程中发生管涌坍塌事故，大量水、流沙涌入旁通道，引起隧道结构破坏及周边地区地面沉降、建筑物严重倾斜。

顶管法是广泛应用于软土地区地下通道、综合管廊等短距离隧道的成熟技术［7－9］，上海、南京等少数地铁隧道工程中也有采用顶管法建造联络通道的施工案例。具体的做法是首先在联络通道位置的钢管片上开孔对地层进行注浆加固，待加固体达到设计强度后，再逐渐打开钢管片进行顶管推进［10］。该工法同样对土体加固效果要求很高，且传统的顶管不具备切削管片的能力，需要通过人工切割的方式打开钢管片，施工过程缓慢，缺少必要的风险方法措施，因此并未得到推广。

针对联络通道施工的风险与难题，提出了隧道联络通道施工新技术——顶管直接切削管片联络通道施工方法。该工艺采用特殊设计的顶管机直接切削贯穿上下行线隧道管片形成联络通道结构，并在顶管始发和接收过程中设置止水框体和整体接收装置，可大大降低施工联络通道施工过程中的风险，简化联络通道施工的工序。

文章结合直径6.2 m的常规地铁盾构法隧道，重点介绍该工艺的工艺流程及设计施工关键技术。针对本技术专门研发的刀盘顶管机可实现矩形断面的无盲区切削，并通过试验验证对于C30、C45和C60混凝土的切削能力。

1 NOMJS联络通道施工工艺流程

施工准备阶段，需完成顶管始发平台、顶管始发与接收密封装置、顶管机组装与调试等施工准备。准备阶段结束后，顶管机在密封装置保护下，直接切削主隧道的可切削复合管片始发;在刀盘贯穿管片后，从顶管机内预留的注浆孔向顶管机外注浆，对切削间隙进行临时封堵;之后继续至接收隧道，并切削接收隧道的可切削复合管片进入整体接收装置;利用第1环和最后1环特殊管节上预留的安全措施对洞门实施临时封堵;在确认所有密封措施可靠有效后，打开整体接收装置，拆除顶管机及接收平台等，最后进行联络通道与主隧道的接头施工。NOMJS联络通道施工工艺流程如图1所示。

图1 NOMJS联络通道施工工艺流程图Fig.1 Technological process of NOMJS

2 可切削复合管片设计

2.1 可切削复合管片形式

可切削复合管片的形式如图2所示，其由可切削部和不可切削部构成，可切削部主要使用可切削混凝土和玻璃纤维筋浇筑。

图2 复合管片形式示意图Fig.2 Schematic diagram of cuttable composite segments

2.2 可切削复合管片材料

常规管片混凝土为C55，抗渗等级为P10。可切削复合管片的不可切削部材料为Q235B钢，可切削部填充混凝土强度为C30，筋材选用玻璃纤维钢，与普通管片连接采用机械性能等级为5.8级的螺栓。

3 联络通道管节设计

联络通道管节形式为钢管节，由钢壳和内衬混凝土组成。钢壳背板涂有环氧沥青漆2度。钢壳内衬浇注的混凝土等级为C30，抗渗强度为0.8 MPa，混凝土保护层为30 mm，要求浇注的内衬混凝土具有设计规定的平整度和密实量，并预留压浆孔。管节分为始发与接收管节、常规管节和特殊管节组成，如图3所示。

图3 联络通道管节示意图Fig.3 Schematic diagram of jacked pipes

3.1 始发与接收管节

始发与接收管节结构相同，由主管节和补偿块组成，如图4所示。主管节一端为平面，另一端为弧面，与主隧道内弧面一致。主管节外侧开有2圈凹槽，靠近内弧面的凹槽内放置10 cm宽的橡胶气囊，用于接收阶段切削间隙的临时封堵;2道凹槽之间设置若干注浆孔，可在接收阶段从管节内部向外注浆;外侧凹槽内设置1圈冻结管，可作为临时封堵失效时的应急措施。补偿块与主管节之间通过内法兰连接，可以与主管节组成一个完整的方形管节，便于施工顶进，而在结构施工阶段可以快速拆除，进行通道与主隧道的结构连接。

图4 始发与接收管节结构示意图Fig.4 Schematic diagram of launching pipe and receiving pipe

3.2 常规管节与特殊管节

常规管节长度为2.5 m，下部预留泵房施工开孔(见图5)。特殊管节长度根据整条通道的长度确定，使之可与常规管节、始发接收管节任意组合适应不同长度的通道需要(见图6)。钢管节选用Q235B钢铸成，钢管片内腔填充混凝土为C30。

图5 常规管节示意图Fig.5 Conventional pipe

图6 特殊管节示意图Fig.6 Special pipe

4 始发与到达施工

4.1 始发阶段

顶管始发止水箱体(见图7)是尺寸比顶管机略大的两端开口的整体焊接箱体，其一侧开口端为平面，另一侧为弧面，弧面半径与主隧道半径一致，与主隧道结构特殊管片环预留洞门外缘的不可切削部通过螺栓连接。止水箱体内部一圈安装有“Y形橡胶密封条”，开口端指向隧道结构外侧，通过压条固定于止水箱体内。止水箱体安装时必须保证其中心线与联络通道平行。

由于切削面为弧面，因此顶管机刀盘会在不同时间段切削管片(如图8所示)，会产生受力不均的现象，不利于顶管轴线的控制。因此必须进行机头姿态的实时测量，如果出现姿态偏差，应立即控制顶进千斤顶推力分布。由于顶管机尺寸略大于管节尺寸，顶管机贯穿管片后，应立即从顶管机内置的注浆管向外注浆，对切削间隙进行临时封堵。

图7 始发阶段临时封堵示意图Fig.7 Temporary sealing in launching stage

图8 始发与止水框示意图Fig.8 Launching sealing frame

4.2 到达阶段

如图9所示，与始发阶段类似，在接收隧道设置止水框体，并在止水框体外再安装顶管机整体接收装置，装置内设有注浆孔、排浆孔以及应急冻结管。在顶管切削贯通接收隧道管片前，先在整体接收装置内注入水或者膨润土浆液，以平衡管片贯通过程中地层的土水压力，并把可能发生的渗漏风险隔绝在整体接收装置内。

图9 接收隧道止水框体与整体接收装置Fig.9 Receiving sealing frame and overall receiving device

在切削接收隧道管片进入接收装置的过程中，顶管机也会由于切削管片位置不同而产生受力不均，而在此阶段由于没有始发基座的限制，顶管机极易由于受力不均而发生姿态或轴线的偏差，必须严格控制各组千斤顶的行程和推力变化，并根据监测数据实时调整。

在切削接收隧道管片的过程中，顶管机土舱应保持欠压推进的状态，并实时监测主隧道结构和已成型通道结构的变形、张角等数据，观察渗漏水情况，一旦发现超标或其他异常情况，则应立即停止施工，完善施工方案。

顶管机进入整体接收装置后，首先向始发与接收端以及接收箱体内预留的气囊进行充气，封堵可能存在的渗漏间隙，再通过始发与接收管节上预留的注浆管进行注浆临时封堵，如图10和图11所示。待确认所有的封堵措施有效，渗漏风险排除后拆除整体接收装置、两端隧道止水框体、顶管机以及配套设备，再进行通道与隧道结构的接头封口施工。

图10 到达阶段始发端密封Fig.10 Permanent sealing of launching tunnel in receiving stage

图11 到达阶段接收端密封Fig.11 Permanent sealing of receiving tunnel in receiving stage

5 结论与讨论

针对盾构法隧道联络通道施工技术的难题，研究提出了顶管法直接切削管片建造隧道联络通道(NOMJS)新技术，利用顶管机直接切削隧道管片实现联络通道结构的一次性贯通，并利用始发止水框、整体接收装置和管节结构特殊设计等措施保证施工过程的安全。该施工方法适用于含水量大、自立性差的软土地层以及埋深大或加固条件不佳的施工条件，对地层和地下水无污染，地表沉降易于控制。由于顶管机、整体接收装置等可回收重复使用，顶管管节与可切削复合管片可采用标准化设计，便于量化生产，因此能有效降低施工成本，具有极高的经济性和普遍的工程适用性。

由于联络通道的距离较短，轴线控制进度要求较高，关于该方法在始发、推进与接收过程中的姿态控制措施还有待结合实际工程应用加以验证。

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