盾构隧道先盾后井技术在雨污水工程中的应用

文/林腾飞 日照公路建设有限公司 山东日照 276800

高慧婕 日照市城市建设投资集团有限公司 山东日照 276800

伴随着城市规模的扩大，隧道工程也得到了迅速的发展。为了尽量减少隧道工程建设中对地面交通的影响，以北京为例，隧道通常采用浅埋暗挖法进行施工。虽然浅埋暗挖法有诸多优点，但是在地下水丰富的地区施工时需要降水，并辅以注浆堵水。与浅埋暗挖法相比，盾构法由于无需降水，在地下水丰富、地层环境条件较差的区域有很大的优越性。目前，盾构法以其安全、高效、适用性好等优点已经在城市地铁、电力、供水、通讯等建设中广泛应用，并且积累了丰富的经验。由于工艺的要求，需要间隔一定的距离设置检查室。因此，如果采用先井后盾工法先施工检查室，再进行盾构施工，竖井众多，导致施工周期长，造价高昂。在充分借鉴国内外地铁施工中盾构先行基础上进行扩挖施工的案例、，引入先盾后井的施工方案，即盾构隧道连续掘进，在盾构通过后再开挖竖井，拆除竖井内盾构管片，完成检查室的施工。对于先盾后井工法，由于施工中需要在已经建成隧道中拆除相应的管片，如果处理不当，则会造成端头管片位移过大，引起较大的环缝张开或者错动，会对之后隧道管道的运营造成严重的安全隐患。

1、盾构法在雨污水工程中的优势

盾构法在雨污水工程中的优势主要是：盾构法由于具有低沉降、低风险、占地少、不用降水等优势已经在北京雨污水管道中得到推广，近几年在国内其他给排水工程、水利工程中也陆续得到了推广应用。盾构法可以降低工人的劳动强度，改善作业环境，提高生产效率；采用盾构法施工可最大程度地保护城市自然环境，节约地下水资源，减少交通堵塞和扰民，社会效益显著，应用前景广泛。

2、检查井先盾后井做法在施工过程中的特殊之处

检查井先盾后井做法在施工过程中的特殊之处主要是：先盾后井的做法是，当受到条件限制时，待盾构隧道掘进后，再开挖基坑施作检查井结构。从结构上讲，该施工做法保证了盾构掘进的连续性、结构整体稳定性和施工安全性。从整体施工筹划及施工步序等方面考虑，先盾后井与先井后盾的不同之处为：1）先井后盾：先完成检查井结构，再进行洞口端头加固，然后施作盾构进出洞、增加检查井内基座、井内负环、盾构整体过井等工序；2）先盾后井：先不做检查井，盾构正常推进后再施作检查井。先盾后井做法避免了先井后盾的所有工序。但后续检查井基坑中间存在现况盾构隧道，需要面对基坑开挖、支护、盾构隧道支撑、检查井结构浇筑等一系列技术问题。

3、先盾后井工法盾构隧道受力特征分析

3.1 竖井施工过程盾构隧道受力特征

先盾后井工法盾构隧道受力特征之一是竖井施工过程盾构隧道受力特征。竖井开挖卸荷导致下卧盾构隧道产生上抬变形，在隧道隆起过程中，位于竖井边缘的管片受到弯矩作用。基于纵向等效连续化模型和弹性地基梁理论，建立盾构隧道纵向分析模型，计算此阶段的环缝张开情况。

3.2 管片拆除过程盾构隧道受力特征

先盾后井工法盾构隧道受力特征之二是管片拆除过程盾构隧道受力特征。竖井开挖到盾构隧道处将对竖井内管片进行拆除。此时临近竖井侧端头管片临空，在隧道轴向上处于单向受力状态，由于盾构管片之间残存的挤压力释放，导致隧道环缝的二次张开。管片环缝先是在盾构推力及螺栓预紧作用下闭合，随后拆除管片，卸除管片之间的残余顶力，管片再次张开。假设千斤顶残余顶力为N，管片拆后残余顶力释放，在弹性阶段，可将此部分力视为作用于隧道上的拉应力。

4、盾构隧道先盾后井技术在雨污水工程中的应用

4.1 竖井开挖与支护施工

盾构隧道先盾后井技术在雨污水工程中的应用之一是竖井开挖与支护施工。首先锁口圈梁盾构通过变形稳定后，即可开挖第1 层土至锁口圈梁底部，施作锁口圈梁及挡土墙。预埋钢格栅竖向拉结筋，内外交错设置。其次是盾构交叉部分施工当竖井下挖至与盾构隧道交叉时，采用异形渐变钢格栅加固。清理管片表面，在管片上植入4 根覫20mm 的螺纹钢筋，将钢筋与钢格栅的4根主筋进行焊接；在隧道两侧各设置6 覫20mm洞口加固竖向拉结钢筋，使隧道周围的钢格栅相互拉结形成整体，然后再进行挂钢筋网、喷射混凝土施工。该区域只安装45°角撑2，进行0.5m的加密布置，在管片上钻孔时，应事先在钻头上标注好钻孔深度，避免钻孔过深而钻穿管片。

4.2 管片上盖拆除和流槽浇筑

盾构隧道先盾后井技术在雨污水工程中的应用之二是管片上盖拆除和流槽浇筑。混凝土达到设计强度75%后，进行管片拆除工作，以隧道中心高程线为拆除界限。隧道拆除前做好管片的保护工作，必要时可进行加固。管片采用水钻进行分块切割拆除，拆除面进行修整和凿毛处理，拆除管片后，支模板浇筑流槽上部混凝土至与管内顶齐平，混凝土强度等级为C15。该做法保留了180°管片作为流槽的下半部分，既减少了管片的拆除量，又能保持盾构隧道整体的轴向挤压力，防止隧道管片因挤压松弛导致的防水胶条松弛漏水。

结语：

总之，热力盾构隧道检查室施工过程中，隧道轴向应力变化及环缝张开分为两个阶段：竖井开挖及管片拆除。竖井开挖阶段，隧道受附加应力作用，底部轴向应力减小，环缝张开；管片拆除阶段由于管片一侧临空，盾构千斤顶残余顶力释放，导致隧道顶部轴向应力损失及环缝张开。施工中，应根据隧道受力特性在不同的施工阶段对隧道轴向应力损失最大部位重点监测防护。