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1、机械法联络通道建造成套技术摘要：为提升地下空间结构的互联性，抑或满足大量地下空间结构间的安全、 通风、便捷穿行等要求，需要建设大量的联络通道工程，如地铁出入口及风井、 地铁、公路区间联络通道、市政管廊检修井、长隧道中间风井、水务隧道连接线 等。联络通道大多采用矿山法开挖，为保证施工作业人员的人身安全，控制地层 扰动引起的地面建构筑物的沉降风险等，在通道开挖前需对周边土体做加固处理 上述工法存在施工周期长、受地面环境约束大和安全保障难度大等缺点，已成为 掣肘轨道交通快速发展的一大难题。随着工程装备和地下工程建造技术、理念的 不断创新发展，采用更加智能化、人性化的机械法进行联络通道的建造，已在地
2、铁建设行业不断研讨、酝酿，依托具体工程项目的实验、研究、实践，形成一套 机械法施工的新技术、新工法已经具备一定的客观条件。关键词：智能化；机械化；安全稳定1引言：城市轨道交通隧道联络通道建设在单线上下行隧道之间，并联通上下行隧道 主要用作消防疏散和险情救援等。“V”字型地铁隧道线路最低点处联络通道常 与隧道排水泵房合并建设，并在泵房内安设隧道排水设施，汇集地铁隧道内流水 并集中抽排至市政管道。一、工程概况机械法联络通道建造成套技术研究依托宁波轨道交通 3 号线一期工程和 4号线共计26个联络通道实体建造工程，并将3号线鄞州区政府南部商务区站 和儿童公园站樱花公园站区间联络通道设立为本作者简介：
3、1、朱云浩（1985-），男，工程师，2007 年毕业于中国地质大学。试验段两个联络通道均位于宁波市区，地表为无建筑物开阔地带，其中儿 樱区间联络通道周边存在楼体建筑，但距离较远，影响较小。联络通道埋深 17m22m,均处于黏土性质土层中，渗透性低，自稳性差，且土体较软，非常适 合联络通道机械法建造实体建造试验段。本次科研项目采用科研、设计、施工总承包模式，由科研联合体负责联络通 道的设计和关键技术攻关。联合体科研组成员根据专业划分具体科研任务，通过 国内外相关行业、技术调研、专家咨询和理论试验研究，确定科研具体方向和主 要攻关技术难题，在理论与试验研究、联络通道结构及防水、建造装备研制和施
4、工工艺等四大方面展开研究，并结合施工过程监测和运行期稳定状态研究改进方 向和具体的改进措施。二、关键施工技术2.1 洞门预埋技术洞门预埋技术应满足掘进机在微加固状态下进洞，故研发出联络通道处主隧 道特殊钢混复合管片。该管片外形尺寸与主隧道管片相同，可与主隧道管片相互 组合成环，6片钢混复合管片组合后，可在隧道腰部形成联络通道洞门。总体工 艺流程为：预制钢混管片f拼装钢混管片f焊接钢混管片。联络通道洞门模型2.2微加固技术采用机械法进行联络通道施工时，掘进机开挖土体产生的反作用力将由正线 隧道提供，会使成型隧道产生形变及位移；同时，在掘进机破除洞门后，土仓与 土体水系将会连通，亦可能连通正线隧道
5、周围建筑空隙，此时，整条隧道周围的 水压将会集中与洞门处，增大始发与接收风险泥。结合上述分析，微加固主要解决两点问题：一是，弥补正线隧道管片周边同 步注浆凝固收缩、在地层中的扩散出现局部填充不均匀、不密实等缺陷，其优点 在于可以控制正线隧道管片在推进反力作用下的位移量；二是，在洞门周边形成 止水封闭环，阻断沿正线隧道的后方来水，其优点在于降低洞门处承受的水压力 故，微加固分为两个步骤：一是，正线隧道微加固；二是，洞门微加固。2.3掘进机组装、运输及调试2.3.1组装场地准备掘进机组装场地主要考虑吊车放置区地面的承重能力，如果地面强度不够需 要进行加固，同时对竖井的结构尺寸进行复核和四周环境、进
6、场道路进行踏勘。2.3.2铺设运输钢轨掘进机需要在竖井处进行组装并运输至联络通道洞门处连接，故运输钢轨从 竖井处铺设至联络通道洞门处。所铺轨道目的为运输设备及物料，始发侧轨道须铺设至超过联络通道中心线 40m，接收侧轨道须铺设至超过联络通道中心线10m。掘进机设备重量较大，尤其 3号台车可重达3001,可能对隧道产生结构上的影响，因此，运输掘进过程中疏 散整体设备对隧道荷载为重中之重。经研究讨论，常规地铁隧道运输采用铺设轨 台车配备钢轮运输，可降低隧道荷载的同时保证安全性和运输体系使用寿命。本 研究项目计划借鉴盾构隧道运输系统，设计新型的双轨轨枕，在隧道内铺设4根 P43钢轨，轨枕间距0.6m
7、，内轨轨距0.9m，可保证材料运输电瓶车同时运行， 外轨轨距1.3m,主要用作后配套运输。顶管机使用机械因整体重量较轻，且整机重心较接近隧道重心位置，故采用 常规轨距为900mm的轨枕。2.3.3后配套台车下井运输联络通道掘进机的 5节台车之间差异较大，其中1号、2号台车尺寸较小， 重量较轻，可整体吊装下井。 3号、5号台车总重较大，4号台车尺寸超长，须在 井口进行组装。考虑到电瓶车工作能力、连接部位强度及设备通用性，5节台车 分别单独由电瓶车推入隧道。2.3.4套筒尾刷安装套筒钢丝刷是掘进机的一种刷形密封件，安装在始发套筒内。钢丝刷正确的 安装是发挥顶管机套筒尾刷密封性能的基本前提，正确的油
8、脂涂抹和施工是发挥 套筒尾刷密封性能的保障，套筒钢丝刷正确的安装结合油脂的正确涂抹及施工， 为满足始发套筒的密封要求打下坚实的基础。套筒钢丝刷安装的好坏直接影响套 筒的质量和安全。每组钢丝刷由钢板制成的保护板、压紧板和不锈钢材料的钢丝刷组成。保护 板与压紧板之间夹装了钢丝刷。保护板、压紧板、钢丝刷通过销钉固定，由此构 成整块钢丝刷.2.3.5托架初步定位、固安始发与接收托架分别安装在3号、5号台车上，托架内设有竖向与横向千斤 顶，横向千斤顶能在负载主机时进行水平姿态调节，竖向千斤顶能在负载主机时 进行竖向姿态调节，其调节范围极限为80mm。正线隧道设计及施工过程中，上、下行线的联络通道处钢混复
9、合管片拼装精 度无法达到理想状态，即联络通道进出洞方位角与正线隧道并非垂直，这是由于 正线隧道洞门钢环在拼装成型后的里程差、自转等多因素导致。虽然始发托架具 备微调能力，但为了减少在洞内的调整幅度，因此始发与接收托架应参照计划线 进行初步定位。托架初步定位应考虑方位角、坡度两个因素。始发托架初步定位后，会随着 台车一同运输至联络通道处，其运输路途有曲线及坡度。故，初步定位过程中， 采用相对坐标控制，以运输钢轨为基准，换算出托架方位角及坡度。需要注意的 是，组装过程中托架内置的千斤顶处于非工作状态，即非伸出状态，所以高程定 位时须按偏低控制，避免就位后托架无法降低而引起姿态异常。托架定位标准为：
10、坡度与计划线偏差0%02%0,水平趋势偏差3%0，即套筒 及主机放置于托架上后，趋势基本拟合计划线。2.3.6反力架安装常规的的反力架与盾构机或顶管顶推系统后方，着力于车站等刚性结构，且 作业空间充足。机械法联络通道施工中的盾构模式同样需要反力系统，其掘进反 力只能依靠正线隧道管片提供，且作业空间有限，始发阶段不具备放置常规反力 架的条件。为克服正线隧道内不满足吊装条件，施工空间狭小问题，反力架设计 为轻巧且可拼装的结构形式。反力架可在盾尾内部拼装，隐藏与盾体内，不占用 始发阶段的空间。2.3.7主机下井定位主机下井前，须将套筒下半环放置于始发基座上，同时避免侵入运输限界。 主机下井过程中要做
11、好防倾覆措施，可在台车底部支撑型钢至地面，同时可防止 因主机较重引起的台车形变。定位时，应确保3号台车在运输过程中主机不侵入 运输限界，运输限界距离隧道边为200mm。即，顶管主机尾部应距台车中心 1055mm，盾构主机法兰盘位置距台车重心175mm。2.3.8套筒组装钢套筒上半环安装前，应对法兰连接面进行除锈，然后按图纸安装密封圈，并涂抹硅酮密封胶。安装过程中，应设置定位导向销，并通过4个10t倒链将上 下套筒合拢，合拢过程中应注意调整钢丝刷压倒方向并注意保护钢丝刷。安装完 成后，应将套筒与主机通过焊接方式相连，确保运输及精调位置过程中主机与套 筒不发生相对位移。2.3.9 空载调试设备组装
12、完毕后，即可进行空载调试。空载调试的目的是检查盾构各系统是 否能正常与转，对于不能正常运转的要找出原因。主要调试内容顶管和盾构稍有 区别，但大致一样，主要都是配电系统、液压系统、润滑系统、冷却系统、控制 系统、注浆系统以及各种仪表的校正。2.4 掘进前的准备工作2.4.1 始发姿态调整设备空载调试完毕后，进行始发姿态调整。调整标准为：坡度与计划线偏差 0%02%0,水平趋势偏差3%0，即套筒及主机前端与洞门对齐，趋势基本拟合计 划线。始发姿态的调整通过托架集成的微调系统完成。始发托架下部安装千斤顶， 将原有的固定式托架改为可调节式托架，增加始发架的自由度，能够通过对千斤 顶的控制调节始发姿态。
13、左右及上下方向调节通过自锁液压千斤顶调整，并且在调整架上设置上下顶 升的导向柱。导向柱允许调整架上下方向和左右方向的运动，但是限制调整架在 主机前进方向的运动，保证调整油缸的稳定性。2.4.2 洞门临时密封在常规盾构掘进中，洞门密封常采用橡胶帘布板，该密封装置能够防止泥水 从洞门与盾构壳体形成环形的空隙窜入端头井内，确保盾构机开挖面泥水压力、 开挖面土体的稳定，而在联络通道施工中，受空间限制，无法采用安装橡胶帘布 板这一密封装置。机械法联络通道始发与接收均采用套筒进行洞门临时密封，其中接收套筒为 常规套筒。始发套筒参考了盾尾密封机制，通过套筒内置钢丝刷（密封刷）进行 密封。始发端洞门临时密封的
14、工作原理是，钢套筒与洞门之间的密封采用焊接连 接，套筒与盾体之间设置钢丝刷并填充油脂密封，在盾尾完全进入套筒后，钢丝 刷弹起并接触衬砌，形成套筒与衬砌之间的密封。因盾构法联络通道作业空间狭小，需要在竖井等此类宽阔地方提前将主机预 存于套筒内。为便于操作，将套筒分半设计，上半部分待主机就位后安装。待始 发姿态调整完成后，通过将洞门与套筒相连，形成套筒与洞门之间的密封。始发套筒拆为三部分，各部分之间采用法兰连接，其目的在于方便井口安装 及洞内拆除。从洞门整体的密闭性考虑，施工中选择焊接的方式将套筒与洞门连 接。但焊接接缝拆除所需时间较长，且在单侧密实的状态下割除较为困难。为了 方便拆除，将套筒拆分
15、出一个较小的前端，使得拆除工作可以通过拆卸法兰螺栓 快速进行，有效的保障了施工进度，避免了掌子面长期暴露而带来的风险。并且 从后期套筒拆除过程看，可以将套筒从安装时洞门处的焊缝附近割除，套筒前端 虽有部分损失，但经加工后仍可再次使用，而套筒后完整保留端，从而节约施工 成本。套筒后端主要是解决密封问题，其通过法兰与套筒前端连接，将联络通道洞 门密封位置延长至套筒尾端，套筒尾端仿照盾构机尾刷设计，设有盾尾油脂注入 口，增加套筒的密封性。在始发阶段，套筒后端包裹着掘进机被运送至联络通道处，与套筒前端的连 接，尾刷在整个过程中完全压缩，当始发掘进后，盾尾脱离套筒尾刷后，套筒尾 刷需要完全弹起，使其紧紧
16、包裹住负环管片，起到密封效果，此后随着盾构机掘 进，衬砌与套筒钢丝刷之间出现空隙，需及时注入填充物，调节空隙处的压力， 填充物的压力应与土压持平，阻止泥水外溢，因此套筒钢丝刷设计应考虑三个因 素：弹性、长度、强度。(1) 尾刷长度主机盾体外径3280mm，套筒内径3420mm，管片外径为3150mm，管节的外径 为3260mm。盾构法施工中，与套筒之间的环形空隙宽度最大为135mm，顶管法施 工中，最大间隙为80mm。钢丝刷设计厚度为30mm，因此，盾构法理论是钢丝刷 弹起量为105m，顶管法理论的尾刷谈起量为50mm。为保证尾刷能正常工作，尾 刷长度一般为弹起量的 3 倍，此时尾刷的力学效果最好，因此盾构法钢丝刷长度 为360mm，顶管法钢丝刷长度为150mm。(2) 尾刷强度套筒内需注入填充物来减小洞门内外压力差，因此
