CN106930777B - 地铁暗挖区间正线装配式二衬的施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的地铁暗挖区间正线装配式二衬的施工方法是在已完成初支结构的地铁暗挖区间内，通过常规竖井及横通道进行预制管片拼装设备的始发、接收以及预制管片等物料的运输，通过专用管片拼装设备进行预制管片的拼装，完成隧道二衬结构的施工，结合暗挖隧道的灵活性，同时提高暗挖隧道二衬的机械化水平与施工工效，改善现场作业环境，提高现场作业安全性，提高防水质量，实现工业化生产。

Description

地铁暗挖区间正线装配式二衬的施工方法
技术领域
本发明属于轨道交通工程施工技术领域，特别是涉及一种应用于地铁暗挖区间已施工完成初支结构的区间隧道，其二衬结构采用预制管片洞内拼装的施工方法。
背景技术
现有资料表明，暗挖隧道装配式结构在日本和前苏联有所实施和应用。其中，日本在修建某公路隧道时，采用预制板兼模板技术，仰拱及填充用碾压混凝土浇注，加快了施工进度，提高了仰拱及填充混凝土的质量。施工中先铺筑坍落度较小的干硬混凝土，然后将钢筋混凝土预制板逐块铺在该混凝土面上，充分利用此类混凝土的强度增长快、受力后变形小的特点，可实现在隧道施工的两次出碴间隙达到预制板上能够通行汽车的要求。由于不需要设置和拆除模板，比现场灌注混凝土的仰拱降低成本10％～15％。另外，日法联合开发了大型拱形结构的预制技术，并在公路隧道的扩建中得到了实际应用，全预制结构的最大跨度己经达到12m左右。
前苏联在全环装配式衬砌研究上也有许多成功的经验。主要有应用于地铁的铸铁管片和钢筋混凝土的砌块式和管片式衬砌。在铁路隧道装配式衬砌研究上，还开发出了适用于暗挖修建隧道的马蹄形管片式和砌块式的衬砌。此外，前苏联在竖井、竖井与通道联结处等，皆有采用装配式构件的工程事例。前苏联全环装配式衬砌，采用台车装配施工，不采用封顶块，拼装顺序为：底板—拱顶—边墙。
目前国内对地铁盾构隧道装配式结构研究比较成熟，但对暗挖隧道装配式二衬的研究还处于起步阶段。我国秦岭I线铁路隧道(18.4km)中，仰拱采用预制构件，拱墙部分采用模筑混凝土。预制块长度按TBM一个掘进行程1.8m设计，顶面宽度3.88m，仰拱块上预留中心排水沟、注浆孔、起吊杆等。每块仰拱块重约12.5t，采用C40钢筋混凝土预制。此外，广东省上小洞水库输水涵洞改建中采用了装配式马蹄形无压隧洞结构，取得了较好经济、技术效益。
目前国内的隧道机械化主要体现在盾构与TBM(适用于岩石地层)隧道施工技术，其突出特点为采用预制管片构件作为二衬结构，从而能够提高施工效率与降低工程造价。盾构隧道及盾构机设备设计施工、研究应用技术均比较成熟，但盾构区间工程造价偏高，盾构始发、接收对场地条件要求较高，如何结合暗挖隧道的灵活性，同时提高暗挖隧道二衬的机械化水平与施工工效，改善现场作业环境，提高现场作业安全性，提高防水质量，实现工业化生产，是暗挖隧道建设发展趋势之一。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种地铁暗挖区间正线装配式二衬的施工方法。
为了达到上述目的，本发明提供的地铁暗挖区间正线装配式二衬的施工方法包括按顺序进行的下列步骤：
1)首先施工地铁暗挖区间竖井、横通道及正线初支结构；
2)利用全站仪、水准仪在内的测量仪器在已施工完成的正线初支结构底部标注出混凝土找平层的位置和顶面高度，浇筑混凝土而制成混凝土找平层，混凝土找平层的顶面高程与后面将要叙述的第一预制管片底部外轮廓设计高程相同；
3)在区间正线马头门处施工洞口圈梁，在洞口圈梁与所有预制管片进行连接的部位对应预制管片横断面上纵向螺栓设置盲孔的位置预埋平直双头螺栓16；
4)在已施工完成的横通道拱顶部位安装可沿横通道纵向行走的吊机，吊机的行走范围为横通道的纵向长度；
5)将地面上已拆解为部件的专用管片拼装设备通过地面吊装设备吊至竖井底部的转运平台上，由转运平台将部件转运至横通道内，然后由吊机将上述部件吊运至横通道与区间正线相交区域，并在该区域完成专用管片拼装设备的组装；所述的专用管片拼装设备包括电力及柴油驱动行走机构、管片拼装机、大臂、豆砾石及浆注入系统、管片运输车及管片吊机；
6)专用管片拼装设备组装完成后进入区间正线，其上的管片拼装机应位于靠近洞口圈梁的第一环预制管片的安装位置；
7)由地面吊装设备将预制管片吊运至竖井的底部，然后由转运平台转运至横通道内，之后由吊机吊运至专用管片拼装设备的管片运输车上，最后利用专用管片拼装设备上的管片运输车及管片吊机将预制管片放置在该设备上的管片存放区；所述的预制管片为长方形弧形板，分为第一至第六预制管片六种，每一预制管片上与同一环的相邻预制管片连接的两端边缘左右侧分别沿预制管片长度方向形成有一个环向螺栓设置盲孔，预制管片内表面上位于环向螺栓设置盲孔中间的部位形成有一个与环向螺栓设置盲孔相连通的环向螺栓手孔；每一预制管片上与相邻环的相邻预制管片连接的两侧边缘沿预制管片宽度方向形成有多个纵向螺栓设置盲孔，预制管片内表面上位于纵向螺栓设置盲孔中间的部位形成有一个与纵向螺栓设置盲孔相连通的纵向螺栓手孔；并且预制管片的中部贯通形成有一个径向注浆孔；
8)控制管片拼装机沿大臂行走至管片存放区上方并吊取预制管片，然后将预制管片从洞口圈梁开始逐环安装在正线初支结构内侧的安装部位；每一环管片均由第一至第六预制管片拼装而成，拼装顺序为由下至上，左右对称，即先拼装位于混凝土找平层顶面的第一预制管片，之后拼装左右侧下部的第二预制管片和第三预制管片，再拼装左右侧上部的第四预制管片和第五预制管片，最后拼装位于拱顶的第六预制管片；第一环管片的安装方法是将第一预制管片上的纵向螺栓设置盲孔套进洞口圈梁上相应处的预埋平直双头螺栓外端，然后在预制管片内表面上的纵向螺栓手孔内将螺母安装在平直双头螺栓的外端上，使用力矩扳手紧固平直双头螺栓直至达到设计要求的力矩值；拼装下一块预制管片时，先在该块预制管片的每一环向螺栓设置盲孔中插入一根平直双头螺栓，此时平直双头螺栓全部藏入该环向螺栓设置盲孔内，将该预制管片放置在设计位置并按上述方法紧固好纵向螺栓设置盲孔内的平直双头螺栓后，在环向螺栓手孔内将平直双头螺栓由环向螺栓设置盲孔内推出，使平直双头螺栓另一头插入与该块预制管片连接的同一环相邻预制管片对应的环向螺栓设置盲孔内，平直双头螺栓另一头的推入位置应在使该螺栓的两头分别处于两块被连接的预制管片上相应环向螺栓设置盲孔的对应环向螺栓手孔位置，然后将螺母安装在平直双头螺栓的两端上，使用力矩扳手紧固；
9)完成每一环管片的拼装后，使用专用管片拼装设备上的豆砾石及浆注入系统通过预制管片上的径向注浆孔向预制管片背后与正线初支结构之间的间隙进行吹填豆砾石施工，吹填豆砾石的顺序为由下至上、左右对称；
10)之后沿区间正线纵向方向依次拼装下一环管片，拼装下一环的某一块预制管片时，先在该块预制管片的环向螺栓设置盲孔和纵向螺栓设置盲孔内分别插入一根平直双头螺栓；预制管片安装至设计位置后，从预制管片内表面上的纵向螺栓手孔和环向螺栓手孔中将相应的平直双头螺栓向外推出，使平直双头螺栓另一头插入与该块预制管片连接的上一环的相应纵向螺栓设置盲孔内或同一环相邻的预制管片对应的环向螺栓设置盲孔内，然后将螺母安装在平直双头螺栓的两端上，使用力矩扳手紧固；先紧固纵向平直双头螺栓，再紧固环向平直双头螺栓；
11)拼装完成若干环后，通过上述径向注浆孔向预制管片背后注入水泥浆，利用水泥浆将该环预制管片背后填充的豆砾石间隙填充饱满，形成封闭环，注浆顺序为由下至上、左右对称，待径向注浆孔内溢出浆液后立即将该注浆孔封闭；
12)待安装完成最后一环预制管片后，如该区间正线为盲洞，则盲洞端部与最后一环预制管片之间的二衬结构通过现浇混凝土进行施工，如该区间正线前端为非标准断面，则最后一环预制管片与非标准断面之间的二衬结构也通过现浇混凝土的方式进行施工，由此完成整个区间正线装配式二衬的施工过程。
所述的区间正线装配式二衬或为直线，或水平转弯半径大于等于350m的曲线，纵向坡度小于等于0.5％。
所述的装配式二衬的防水依靠挤压在预制管片之间接缝处的防水橡胶条来实现。
所述的预制管片与正线初支结构之间留有50-200mm的间隙。
所述的水泥浆为化学灌浆料。
本发明提供的地铁暗挖区间正线装配式二衬的施工方法是在已完成初支结构的地铁暗挖区间内，通过常规竖井及横通道进行预制管片拼装设备的始发、接收以及预制管片等物料的运输，通过专用管片拼装设备进行预制管片的拼装，完成隧道二衬结构的施工，结合暗挖隧道的灵活性，同时提高暗挖隧道二衬的机械化水平与施工工效，改善现场作业环境，提高现场作业安全性，提高防水质量，实现工业化生产。
附图说明
图1为地铁暗挖隧道装配式二衬横向断面示意图。
图2为两片相邻预制管片连接处横断面结构示意图。
图3为预制管片内侧面部分结构示意图。
图4为专用管片拼装设备示意图。
图5为竖井、横通道结构剖视图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明提供的地铁暗挖区间正线装配式二衬的施工方法进行详细说明。
现以某地铁暗挖区间工程为例进行说明：如图1所示，该工程区间竖井、横通道及正线初支结构已完成，其二衬结构为马蹄形断面，由第一至第六预制管片拼装而成，预制管片与正线初支结构之间存在间隙，预制管片之间通过纵向与环向的平直双头螺栓进行连接。
如图1—图5所示，本发明提供的地铁暗挖区间正线装配式二衬的施工方法包括按顺序进行的下列步骤：
1)首先施工地铁暗挖区间竖井25、横通道26及正线初支结构1；
2)利用全站仪、水准仪在内的测量仪器在已施工完成的正线初支结构1底部标注出混凝土找平层12的位置和顶面高度，浇筑混凝土而制成混凝土找平层12，混凝土找平层12的顶面高程与后面将要叙述的第一预制管片2底部外轮廓设计高程相同；
3)在区间正线马头门27处施工洞口圈梁，在洞口圈梁与所有预制管片进行连接的部位对应预制管片横断面上纵向螺栓设置盲孔9的位置预埋平直双头螺栓16；
4)在已施工完成的横通道26拱顶部位安装可沿横通道26纵向行走的吊机28，吊机28的行走范围为横通道26的纵向长度；
5)将地面上已拆解为部件30的专用管片拼装设备通过地面吊装设备吊至竖井25底部的转运平台29上，由转运平台29将部件30转运至横通道26内，然后由吊机28将上述部件30吊运至横通道26与区间正线相交区域，并在该区域完成专用管片拼装设备的组装；所述的专用管片拼装设备包括电力及柴油驱动行走机构20、管片拼装机21、大臂22、豆砾石及浆注入系统23、管片运输车24及管片吊机；
6)专用管片拼装设备组装完成后进入区间正线，其上的管片拼装机21应位于靠近洞口圈梁的第一环预制管片的安装位置；
7)由地面吊装设备将预制管片吊运至竖井25的底部，然后由转运平台29转运至横通道26内，之后由吊机28吊运至专用管片拼装设备的管片运输车24上，最后利用专用管片拼装设备上的管片运输车24及管片吊机将预制管片放置在该设备上的管片存放区；所述的预制管片为长方形弧形板，分为第一至第六预制管片2-7六种，每一预制管片上与同一环的相邻预制管片连接的两端边缘左右侧分别沿预制管片长度方向形成有一个环向螺栓设置盲孔15，预制管片内表面上位于环向螺栓设置盲孔15中间的部位形成有一个与环向螺栓设置盲孔15相连通的环向螺栓手孔11；每一预制管片上与相邻环的相邻预制管片连接的两侧边缘沿预制管片宽度方向形成有多个纵向螺栓设置盲孔9，预制管片内表面上位于纵向螺栓设置盲孔9中间的部位形成有一个与纵向螺栓设置盲孔9相连通的纵向螺栓手孔18；并且预制管片的中部贯通形成有一个径向注浆孔19；
8)控制管片拼装机21沿大臂22行走至管片存放区上方并吊取预制管片，然后将预制管片从洞口圈梁开始逐环安装在正线初支结构1内侧的安装部位；每一环管片均由第一至第六预制管片2-7拼装而成，拼装顺序为由下至上，左右对称，即先拼装位于混凝土找平层12顶面的第一预制管片2，之后拼装左右侧下部的第二预制管片3和第三预制管片4，再拼装左右侧上部的第四预制管片5和第五预制管片6，最后拼装位于拱顶的第六预制管片7；第一环管片的安装方法是将第一预制管片2上的纵向螺栓设置盲孔9套进洞口圈梁上相应处的预埋平直双头螺栓16外端，然后在预制管片内表面上的纵向螺栓手孔18内将螺母17安装在平直双头螺栓16的外端上，使用力矩扳手紧固平直双头螺栓16直至达到设计要求的力矩值；拼装下一块预制管片时，先在该块预制管片的每一环向螺栓设置盲孔15中插入一根平直双头螺栓16，此时平直双头螺栓16全部藏入该环向螺栓设置盲孔15内，将该预制管片放置在设计位置并按上述方法紧固好纵向螺栓设置盲孔9内的平直双头螺栓16后，在环向螺栓手孔11内将平直双头螺栓16由环向螺栓设置盲孔15内推出，使平直双头螺栓16另一头插入与该块预制管片连接的同一环相邻预制管片对应的环向螺栓设置盲孔15内，平直双头螺栓16另一头的推入位置应在使该螺栓的两头分别处于两块被连接的预制管片上相应环向螺栓设置盲孔15的对应环向螺栓手孔11位置，然后将螺母17安装在平直双头螺栓16的两端上，使用力矩扳手紧固；装配式二衬的防水依靠挤压在预制管片之间接缝处8的防水橡胶条14来实现；
9)完成每一环管片的拼装后，使用专用管片拼装设备上的豆砾石及浆注入系统23通过预制管片上的径向注浆孔19向预制管片背后与正线初支结构1之间的间隙进行吹填豆砾石施工，吹填豆砾石的顺序为由下至上、左右对称；预制管片与正线初支结构1之间的间隙为50-200mm；
10)之后沿区间正线纵向方向依次拼装下一环管片，拼装下一环的某一块预制管片时，先在该块预制管片的环向螺栓设置盲孔15和纵向螺栓设置盲孔9内分别插入一根平直双头螺栓16；预制管片安装至设计位置后，从预制管片内表面上的纵向螺栓手孔18和环向螺栓手孔11中将相应的平直双头螺栓16向外推出，使平直双头螺栓16另一头插入与该块预制管片连接的上一环的相应纵向螺栓设置盲孔9内或同一环相邻的预制管片对应的环向螺栓设置盲孔15内，然后将螺母17安装在平直双头螺栓16的两端上，使用力矩扳手紧固；先紧固纵向平直双头螺栓16，再紧固环向平直双头螺栓16；
11)拼装完成若干环后，通过上述径向注浆孔19向预制管片背后注入水泥浆，本发明采用化学灌浆料，利用化学灌浆料的膨胀和快硬性质将该环预制管片背后填充的豆砾石间隙填充饱满，形成封闭环，注浆顺序为由下至上、左右对称，待径向注浆孔19内溢出浆液后立即将该注浆孔封闭；
12)待安装完成最后一环预制管片后，如该区间正线为盲洞，则盲洞端部与最后一环预制管片之间的二衬结构通过现浇混凝土进行施工，如该区间正线前端为非标准断面，则最后一环预制管片与非标准断面之间的二衬结构也通过现浇混凝土的方式进行施工，由此完成整个区间正线装配式二衬的施工过程。
所述的区间正线装配式二衬或为直线，或水平转弯半径大于等于350m的曲线，区间正线纵向坡度小于等于0.5％。
以上实施例为本发明所揭示的实施方式，其内容只是为了便于理解本发明的技术方案而采用的实施方式，并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭示的核心技术方案的前提下，可以在实施的形式和细节上做任何修改与变化，但本发明所限定的保护范围，仍须以所附的权利要求书限定的范围为准。

Claims (5)

1.一种地铁暗挖区间正线装配式二衬的施工方法，其特征在于：所述的施工方法包括按顺序进行的下列步骤：
1)首先施工地铁暗挖区间竖井(25)、横通道(26)及正线初支结构(1)；
2)利用全站仪、水准仪在内的测量仪器在已施工完成的正线初支结构(1)底部标注出混凝土找平层(12)的位置和顶面高度，浇筑混凝土而制成混凝土找平层(12)，混凝土找平层(12)的顶面高程与第一预制管片(2)底部外轮廓设计高程相同；
3)在区间正线马头门(27)处施工洞口圈梁，在洞口圈梁与所有预制管片进行连接的部位对应预制管片横断面上纵向螺栓设置盲孔(9)的位置预埋平直双头螺栓(16)；
4)在已施工完成的横通道(26)拱顶部位安装可沿横通道(26)纵向行走的吊机(28)，吊机(28)的行走范围为横通道(26)的纵向长度；
5)将地面上已拆解为部件(30)的专用管片拼装设备通过地面吊装设备吊至竖井(25)底部的转运平台(29)上，由转运平台(29)将部件(30)转运至横通道(26)内，然后由吊机(28)将上述部件(30)吊运至横通道(26)与区间正线相交区域，并在该区域完成专用管片拼装设备的组装；所述的专用管片拼装设备包括电力及柴油驱动行走机构(20)、管片拼装机(21)、大臂(22)、豆砾石及浆注入系统(23)、管片运输车(24)及管片吊机；
6)专用管片拼装设备组装完成后进入区间正线，其上的管片拼装机(21)应位于靠近洞口圈梁的第一环预制管片的安装位置；
7)由地面吊装设备将预制管片吊运至竖井(25)的底部，然后由转运平台(29)转运至横通道(26)内，之后由吊机(28)吊运至专用管片拼装设备的管片运输车(24)上，最后利用专用管片拼装设备上的管片运输车(24)及管片吊机将预制管片放置在该设备上的管片存放区；所述的预制管片为长方形弧形板，分为第一至第六预制管片(2-7)六种，每一预制管片上与同一环的相邻预制管片连接的两端边缘左右侧分别沿预制管片长度方向形成有一个环向螺栓设置盲孔(15)，预制管片内表面上位于环向螺栓设置盲孔(15)中间的部位形成有一个与环向螺栓设置盲孔(15)相连通的环向螺栓手孔(11)；每一预制管片上与相邻环的相邻预制管片连接的两侧边缘沿预制管片宽度方向形成有多个纵向螺栓设置盲孔(9)，预制管片内表面上位于纵向螺栓设置盲孔(9)中间的部位形成有一个与纵向螺栓设置盲孔(9)相连通的纵向螺栓手孔(18)；并且预制管片的中部贯通形成有一个径向注浆孔(19)；
8)控制管片拼装机(21)沿大臂(22)行走至管片存放区上方并吊取预制管片，然后将预制管片从洞口圈梁开始逐环安装在正线初支结构(1)内侧的安装部位；每一环管片均由第一至第六预制管片(2-7)拼装而成，拼装顺序为由下至上，左右对称，即先拼装位于混凝土找平层(12)顶面的第一预制管片(2)，之后拼装左右侧下部的第二预制管片(3)和第三预制管片(4)，再拼装左右侧上部的第四预制管片(5)和第五预制管片(6)，最后拼装位于拱顶的第六预制管片(7)；第一环管片的安装方法是将第一预制管片(2)上的纵向螺栓设置盲孔(9)套进洞口圈梁上相应处的预埋平直双头螺栓(16)外端，然后在预制管片内表面上的纵向螺栓手孔(18)内将螺母(17)安装在平直双头螺栓(16)的外端上，使用力矩扳手紧固平直双头螺栓(16)直至达到设计要求的力矩值；拼装下一块预制管片时，先在该块预制管片的每一环向螺栓设置盲孔(15)中插入一根平直双头螺栓(16)，此时平直双头螺栓(16)全部藏入该环向螺栓设置盲孔(15)内，将该预制管片放置在设计位置并按上述方法紧固好纵向螺栓设置盲孔(9)内的平直双头螺栓(16)后，在环向螺栓手孔(11)内将平直双头螺栓(16)由环向螺栓设置盲孔(15)内推出，使平直双头螺栓(16)另一头插入与该块预制管片连接的同一环相邻预制管片对应的环向螺栓设置盲孔(15)内，平直双头螺栓(16)另一头的推入位置应在使该螺栓的两头分别处于两块被连接的预制管片上相应环向螺栓设置盲孔(15)的对应环向螺栓手孔(11)位置，然后将螺母(17)安装在平直双头螺栓(16)的两端上，使用力矩扳手紧固；
9)完成每一环管片的拼装后，使用专用管片拼装设备上的豆砾石及浆注入系统(23)通过预制管片上的径向注浆孔(19)向预制管片背后与正线初支结构(1)之间的间隙进行吹填豆砾石施工，吹填豆砾石的顺序为由下至上、左右对称；
10)之后沿区间正线纵向方向依次拼装下一环管片，拼装下一环的某一块预制管片时，先在该块预制管片的环向螺栓设置盲孔(15)和纵向螺栓设置盲孔(9)内分别插入一根平直双头螺栓(16)；预制管片安装至设计位置后，从预制管片内表面上的纵向螺栓手孔(18)和环向螺栓手孔(11)中将相应的平直双头螺栓(16)向外推出，使平直双头螺栓(16)另一头插入与该块预制管片连接的上一环的相应纵向螺栓设置盲孔(9)内或同一环相邻的预制管片对应的环向螺栓设置盲孔(15)内，然后将螺母(17)安装在平直双头螺栓(16)的两端上，使用力矩扳手紧固；先紧固纵向平直双头螺栓(16)，再紧固环向平直双头螺栓(16)；
11)拼装完成若干环后，通过上述径向注浆孔(19)向预制管片背后注入水泥浆，利用水泥浆将该环预制管片背后填充的豆砾石间隙填充饱满，形成封闭环，注浆顺序为由下至上、左右对称，待径向注浆孔(19)内溢出浆液后立即将该注浆孔封闭；
12)待安装完成最后一环预制管片后，如该区间正线为盲洞，则盲洞端部与最后一环预制管片之间的二衬结构通过现浇混凝土进行施工，如该区间正线前端为非标准断面，则最后一环预制管片与非标准断面之间的二衬结构也通过现浇混凝土的方式进行施工，由此完成整个区间正线装配式二衬的施工过程。
2.根据权利要求1中所述的地铁暗挖区间装配式二衬施工方法，其特征在于：所述的区间正线装配式二衬或为直线，或水平转弯半径大于等于350m的曲线，纵向坡度小于等于0.5％。
3.根据权利要求1中所述的地铁暗挖区间装配式二衬施工方法，其特征在于：所述的装配式二衬的防水依靠挤压在预制管片之间接缝处(8)的防水橡胶条(14)来实现。
4.根据权利要求1中所述的地铁暗挖区间装配式二衬施工方法，其特征在于：所述的预制管片与正线初支结构(1)之间留有50-200mm的间隙。
5.根据权利要求1中所述的地铁暗挖区间装配式二衬施工方法，其特征在于：所述的水泥浆为化学灌浆料。
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