地铁隧道钢环加固施工技术研究

摘  要：当前在城市发展进程中，交通与环境的矛盾问题日益明显，城市隧道工程在空间上的交叉成为缓解这一矛盾的关键。在此背景下，交叉段既有隧道加固施工则成为了重点控制的施工方案之一。本文将结合十五中站～武昌火车站明挖区间（简称“明挖区间”）这一具体工程，分析明挖段既有隧道钢环加固的范围设计、施工工艺流程及相关施工保障措施，以供参考。

关键词：十五中站～武昌火车站区间;明挖段隧道钢环加固;施工方案

中图分类号：U455.43         文献标识码：A         文章编号：2096-6903（2021）01-0000-00

1工程概况

地铁12号线十五中站～武昌火车站区间明挖段长178.354m，明挖段结构顶覆土埋深为2～4.9m。

已建成的4号线隧道截面为单线圆形隧道，管片外径为Ф6.0m，内径为Ф5.4m，整个环形结构由一个封顶块、两个相邻块和三个标准块组成。片材厚度30cm，环宽1.5m，片材用圆环连接，片材和片材之间用弯螺栓连接，片材拼接采用错缝。既有4号线隧道洞身基本位于10-2号粉质粘土层内，隧道结构底部与既有线4号线盾构隧道顶的最小距离为2.2m[1]。由于既有4号线隧道顶与明挖区间结构底净距过小，为保证后期4号线地铁运营与12号线地铁运营通行安全，需对盾构隧道采取钢环加固措施。

2钢环加固范围设计及施工工艺流程

2.1钢环加固范围设计

在明挖区间段隧道钢环加固施工中[2]，隧道管片环宽为1200mm，每一环分为5块制作，采用整体环形加固形式，在钢圈上留有相应的注射孔，用钢圈固定后，将刚性环氧液体填满管件之间的剩余空间。为减小卸荷效应对隧道变形的影响，在隧道内出现浮移变形时，应采取加压措施和有效的隔震措施，以提高隧道的刚度。为减少基坑开挖卸荷对既有4号线区间侧向挤压变形影响，在基坑范围及外扩10m区域内的既有4号线隧道进行钢环加固，钢环加固数量约共74环，每环重量1.81t，总计133.94t。

2.2施工工艺流程

如图1所示，首先在施工前完成各种管线改排、缺陷整治和道床切割等的准备工作，在管片预处理和管线改排过程穿插进行加固段落的道床切割、凿除等钢环准备工作，而减震道床则无需切割，在机械手到位和其他准备工作全部结束后进行钢环拼装;其次，牛腿的放样、加工、安装及侧板和顶板的安装工作完成后，再安装道床上钢拉条并进行钢圈支撑成环焊接，同时穿插进行环氧树脂的填充压注工作。全部工序结束后进行钢环防腐和防火处理;最后进行管线和道床的恢复工作。

2.3各种缺陷的处理及改排工作

2.3.1缺陷处理

渗漏水处理：隧道内各种环缝、纵缝渗漏采取注浆止水的方法。注浆止水前，在渗漏点周围无明水渗出的纵、环缝处骑缝垂直钻孔至遇水膨胀止水条（弹性密封条）处，用聚氨酯灌浆材料在孔内形成浆液阻断点并围成区域，采用速凝型聚合物砂浆埋设注浆钢管，用环氧胶泥封缝。处理完成后的渗漏点两侧管片的环缝及纵缝的高度与管片内弧面平齐。

管片破碎修补：管片破碎处采用SD或堆胶修补。

裂缝处理：考虑到结构安全、耐久性等问题，为了恢复管片的整体性，对有裂缝的管片采用刚性环氧注浆封闭。

隧道道床离缝脱空处理：采用刚性环氧树脂灌浆处理管片压扁后砼道床两侧与管片连接位置产生的缝隙。

2.3.2改排工作

由专业管线改排单位根据专项管线临时改排方案组织施工，内容包括施工前管线改排、施工过程中的监护、配合及管线出现突发受损后的应急处理和后期管线的恢复。

改排后的各类管线与隧道管片净距不小于15cm，管线分层叠高不大于70cm，管线改排过程中严格按照限界要求组织施工，确保既有地铁线路正常运营。

2.4钢环安装

（1）管片除尘清理。加固范围内的所有管片要进行除尘清理，保证管片弧度平整、无渗漏水，重点是既有管片堵漏后产生的高低不平和渗漏后钙化物的处理。

（2）凿除及切割。在管片预处理和管线改排过程中进行道床切割、凿除等准备工作（只针对普通道床，减震道床无需切割）;凿除道床两侧40cm宽的混凝土以保证施工空间满足要求，凿除深度直至盾构管片，切割后的道床侧面进行凿毛处理。

（3）牛腿加工安装。将加工好的牛腿按照放样及时安装，并进行后续侧板和顶板的放样和加工;采用M16/8.8级膨胀螺栓和化学螺栓将牛腿支架固定在管片内弧，钻孔时避开管片主筋、管片接缝、管线;在支架与管片及道床间通过牛腿支架上预留的压注孔填充环氧树脂，且要求接触面混凝土凿毛处理，以保证环氧粘结密贴、牢固。

（4）侧板和顶板的安裝[3]。1）钢环分块原则：从受力角度出发，块数应尽可能的少;钢板间的纵向接缝避开管片纵缝位置;考虑安装及焊接安全，分块位置避开管线及支架;考虑机械手理论抓起重量和安装方便，单块不能过大。2）钢环分块（尺寸、规格、分块）：钢环选用厚20mm、宽1300mm的Q235钢弧板，外径55500mm，每环分成5块制作，每环钢板总重约1.8t。3）侧板顶板安装。在牛腿支架安装完成后，开始进行环形钢板的安装工作，其安装顺序从低到高逐渐开始。安装环形钢板前在管片上进行膨胀螺栓和化学螺栓孔位准确放样、布点并完成打孔钻眼;同时根据螺栓对应位置在环形钢板上钻孔预留孔位。根据牛腿安装情况现场放样、加工邻接、封顶钢板（先安装邻接钢板后再放样加工安装封顶钢板），环形钢板拼装就位后立即用膨胀螺栓临时固定;同时人工跟进安装化学螺栓。螺栓的埋设采用排孔的方式依次进行;安装完成的环形钢板当天全部固定完毕。

（5）道床上钢拉条安装。考虑到环板安装过程中存在的尺寸误差，所有环板安装完成后再进行普通道床上牛腿支架间、减震道床底部环板间钢拉条连接，形成密闭环，减震道床拉条悬空于道床面，与道床之间的间距为2cm，后续采用耐候胶填充。钢拉条设置在两轨枕之间;钢拉条尺寸规格为2根20×100mm ，钢拉条间坡口焊接采用对接或搭接方式，长度按照实际量测。

（6）环形钢板之间的焊接。环形钢板间点焊定位，拼装接口采用坡口焊接;同时采用气体保护焊。为后期特殊注浆的需要，在管片原注浆孔位置对应的钢板上预留Φ110mm孔;钢板支撑和环形钢板安装完成后进行钢板间的整体焊接，使得内部支撑整体受力，起到支撑隧道加固的作用。

所有钢板间拼接均采用坡口焊，焊缝高度与板厚相同，焊接时应采取有效措施，避免钢板变形过大。所有焊缝验收质量等级为二级。

环形钢圈安装完成后采用环氧树脂填充环形钢板与管片之间的空隙，因部分管片有错台，其填充厚度按照不大于2.5cm控制。

1）钢板两侧与管片接缝处采用环氧胶泥进行封堵;2）钢板两侧预留注浆孔和出气孔及时封堵，每块钢板上不少于4个;3）环氧树脂压注顺序自下而上，直至上部预留孔溢出环氧树脂为止。

（7）钢环防腐和防火处理。钢环采用喷涂聚脲防腐，喷涂总厚度不小于1.2mm，钢板表面防腐达到国家标准GB8923《涂覆涂料前钢材表面处理 表面清洁度的目视评定》规定的Sa2级（彻底的抛射或是喷射除锈），表面粗糙度Rz40～75µm，喷砂除锈之前，用砂轮打平和清除钢材表面的毛刺、突起和焊瘤、焊缝，防腐施工在表面处理完成后三小时内进行，如有返锈现象，表面再次喷砂直至满足要求。

本区间隧道防火设计分类为三类，钢结构耐火极限不小于2.0H。钢结构防火涂料喷涂施工顺序为：底漆+2道中间漆+防火漆+面漆;重要构件采用防火涂料做好保护措施;钢结构防火涂料种类、厚度及喷涂施工满足《钢结构防火涂料应用技术规范》CECS24：90的要求。

（8）管线和道床的恢复工作。隧道加固完成后，对改排的管线视现场具体情况选择性地进行恢复，确保地铁运营安全和各管线设备及设施的正常使用。管线支架焊接固定于钢环上，加固强度及牢固性需满足相关规范要求，焊接处防腐防火要求与钢环一致，疏散平台支架的固定螺栓焊接在钢环上，疏散平台原状恢复。

2.5其他注意事项

在整个隧道钢环加固的过程中需要加强以下方面的准备工作：其一，施工期间需要协调各方配合。整个隧道加固工期长，且是在夜间天窗时间进行施工，因此需要各方协助配合，才能顺利的完成施工任务;其二，物流组织。利用天窗时间从停车场通过既有地铁线路由轨道车运送材料至施工工点，运送过程保证限速、不侵限，施工完成后做到工完料尽;其三，成品保护。在施工过程中保护好各种设施和管线，确保白天地铁正常运营;其四，施工过程中隧道的监测。在施工过程中加强既有工点及前后各100m隧道的变形及应力监测，同时做好地面的沉降观测。

3相关施工保障措施

3.1强化施工安全内容

施工安全是研究内容中必不可少的关键。因此，本次施工在结合不同专业施工技术的前提下，将施工安全保证措施分为五个方向分别进行阐述：其一，是制定明确的安全生产管理目标;其二，是确立安全生产的保证体系;其三，是关于施工安全技术的保证措施;其四，是施工现场的安全用电问题;其五，是关于施工监测方面的相关探讨。

为进一步确保施工安全保障措施的全面性，本次施工方案研究中，将确立安全生产保证体系：安全生产管理小组、安全职责界定、安全技术交底、安全设施验收及安全检查制度这五个方向。其中具体所涉及到的范畴，包含“人员管理”、“进度管理”及“制度管理”等三个领域中的基本内容。

3.2完善质量保证体系

研究施工质量的保证措施其意义不仅仅是在于明挖区间这一单独的施工项目，更重要的实践意义在于通过明挖区间的质量保证措施，促进更多同类型的施工能够同样得到“质”的提升，从而以专业施工技术与施工管理的角度，为城市轨道交道与国家现代化发展贡献更多应有的功能价值[4]。因此，在本次研究与实践过程当中，首先，将质量保证措施划分为下述三个大方向：（1）明确质量保证目标;（2）构建质量保证体系;（3）保证质量的组织措施。在第三个大方向中，基于实际需要，将下设全面质量管理的措施、按规范施工的措施与保证施工人员操作技能的措施这三个方面，进而确保“组织管理”在施工过程中的周密详尽。

3.3风险源控制及风险应急小组

在上述保证措施均顺利完成的前提下，施工方案的研究与实践将进入到验收标准与风险预案这两个环节之中。对于任何施工项目而言，验收标准与风险预案都是重要的环节，因为这两个环节与施工项目在投入使用后的持久性上能够发挥出极为重要且关键的作用。因此，关于风险预案则分为：确定风险源、风险源控制与成立风险应急小组这三大方向，在实践过程中一旦确定了风险源则应在第一时间内从运营过程中可能发生的险情、施工时间与地铁运营的衔接、施工过程发生意外失火现象等三个方面决定最后具体所要采取的风险源控制措施，该过程是为风险应急小组提供应急处理方向的重要基础，由此可见其实际价值及意义。

4结论

综上所述，城市地下隧道建设的发展必定会使原有城市的交通更加顺畅，而更多的新型施工方法也同样会在施工方案中有所应用。因此，充分了解地表建筑设施、地下公用设施、地质介质环境，保证安全的情况下选择隧道钢环加固方法则尤其重要。

参考文献

[1]蒋海军.明挖区间隧道施工对临近明挖高铁隧道影响的研究[J].中国市政工程，2019（5）：77-80.

[2]王刚.双线明挖区间隧道全断面整体自行式衬砌台车施工技术[J].科学与财富，2019（12）：52.

[3]阮小赛，刘晓毅.既有成型盾构隧道上新增明挖车站施工技术[J].建筑技术，2019，50（11）：4-8.

[4]王喜桃.明挖法地鐵车站施工安全风险及处理措施分析[J].冶金管理，2020（9）：68-69.

收稿日期：2020-12-10

作者简介：俞鸿宪（1983—），男，青海海东人，本科，工程师，从事工程施工工作。

Research on Construction Technology for Steel Ring Reinforcement of Metro Tunnel

YU  Hongxian

（China Railway Fourth Bureau Group Fifth Engineering Co.， Ltd.， Jiujiang Jiangxi  332000）

Abstract： In the current process of urban development， the contradiction between traffic and the environment has become increasingly obvious. The spatial intersection of urban tunnel projects has become the key to alleviating this contradiction. In this context， the reinforcement construction of the existing tunnel at the intersection has become one of the key construction plans. This article will combine the specific project of the 15th Middle School Station to Wuchang Railway Station's open-cut section （referred to as "open-cut section"） to analyze the scope design， construction process and related construction safeguard measures of the steel ring reinforcement of the existing tunnel in the section of the open-cut section.

Keywords： the section between the 15th Middle School Station and Wuchang Railway Station; the reinforcement of the steel ring of the open-cut section of the tunnel; the construction plan