6、地铁盾构隧道洞门施工工艺工法

地铁盾构隧道洞门施工工艺工法

QB/ZTYJGYGF-DT-0406-2011

城市轨道交通工程有限公司李霄辉

1.前言

1.1 工艺工法概况

隧道洞门作为连接区间隧道和车站结构的重要工程，其施工质量直接关系着地铁隧道和车站结构以及地铁行车运营的安全和施工功能。本工艺工法主要阐述地铁盾构法隧道洞门的施工工艺和施工方法。

1.2 工艺原理

地铁盾构隧道洞门施工主要分两个步骤：

第一步：首先采用混凝土切割技术，整环拆除盾构隧道零环管片；

第二步：采用支架现浇法浇筑洞门混凝土。

2.工艺工法特点

2.1采用钢筋混凝土切割机整环切割零环管片，具有施工精度高、施工速度快和对洞门防水及周边结构影响小的特点。

2.2采用支架现浇法施工洞门具有操作方便，施工周期短的特点。

3.适用范围

本工艺工法适用于地铁盾构法隧道洞门施工。

4.主要引用标准

4.1《地下铁道设计规范》（GB50157）；

4.2《地下工程防水技术规范》（GB50108）；

4.3《地下铁道、轻轨交通工程测量规范》（GB50308）；

4.4《地下铁道工程施工及验收规范》（GB50299）；

4.5《盾构法隧道施工与验收规范》（GB50446）；

5 施工方法

地铁隧道洞门施工主要分零环管片拆除和洞门圈梁混凝土浇筑两大环节：

零环管片拆除：（零环管片：即连接正环与负环的整环管片，零环管片与正环管片的接缝一般位于车站主体结构侧墙范围，在盾构隧道施工完毕、洞门施工前需拆除。）根据零环管片位置，若能直接拆除，则可利用吊车或手动葫芦将管片分块拆除；若零环管片无

法直接拆除，则需利用混凝土切割锯，将零环管片在不拆除连接螺栓的情况下，整环进行切割，然后将切除下来的整环管片利用吊车整体吊出车站。

洞门混凝土圈梁浇筑：对切割后的零环管片外露端面、管片外弧面及车站主体结构预留洞门内弧面进行清理，然后在三个面上分别粘贴两道缓膨型遇水膨胀止水条，粘贴完止水条之后即按照设计预设环形注浆管，注浆管沿洞门圈内弧面布置，以备洞门浇筑完毕后注浆止水；完成防水施工之后人工绑扎洞门圈梁钢筋；钢筋绑扎完毕后，采用手拉葫芦配合人工进行模板、拱架及支架安装，模板由洞门内圈环形模板和洞门端头封头模板组成；模板安装和固定好之后，即进行洞门混凝土浇筑；模板拆除需等混凝土强度达到设计强度的50%以上方可进行，以防模板拆除过早造成洞门圈梁顶部开裂；拆模后洞门圈梁混凝土养护时间不得少于14天。洞门圈梁混凝土强度达到设计值后观察洞门是否有漏水现象，若有漏水即从预埋注浆管进行注浆堵水，直到不再漏水为止。

6 工艺流程及操作要点

6.1 施工工艺流程

施工工艺流程图见图1

图1 洞门施工工艺流程图

6.2 操作要点

6.2.1 施工准备

1制定施工方案，进行施工技术交底。

2施工测量，放线定位，准确定出盾构洞门分界里程及洞门方向。

3场地规划及供水、供电的线路敷设。

4施工人员、材料设备及机具准备到位。

6.2.2 洞门注浆与洞口段管片紧固

拆除零环管片前，需对洞口段0～6环管片进行壁后注浆处理，直到管片背后填充密实且不漏水为止；同时对洞口段0～20环管片螺栓进行二次紧固和拉紧措施，防止注浆时出现漏浆及管片开裂等问题。

洞门注浆通过管片吊装孔向管片背后土体注入双液浆，双液浆为1:1水泥浆与水玻璃混合双液浆，水泥采用普通硅酸盐水泥，水玻璃采用35～45波美度，注浆压力控制在0.5MPa。

6.2.3 拆除零环管片

洞门注浆完成，待浆液完全凝固后即开始拆除零环管片。根据零环管片位置，若能直接拆除，则可利用吊车或手动葫芦将管片分块拆除；若零环管片无法直接拆除，则需利用混凝土切割锯，将零环管片在不拆除连接螺栓的情况下，整环进行切割，然后将切除下来的整环管片利用吊车整体吊出车站。

6.2.4 清理基面

管片拆除后如果局部有渗漏，则采取注浆的方法进行堵水；若无渗漏水则及时清理暴露岩面的浮渣。对于侵入限界的凝固砂浆，采用人工用钢钎凿除，凿除后将基面清理干净。对个别凹凸不平处继续采用人工用钢钎凿平。如果基面仍有明水，采取注浆堵漏措施止水，以确保基面干爽、清洁，无松动和渗漏水现象。

6.2.5防水施工

洞门防水工程主要包括粘贴缓膨型雨水膨胀止水条和预埋注浆管两项内容。

1 止水条安装

在贴橡胶止水条处先将基面及管片背面的杂物清洗干净，待表面干燥后，再均匀涂刷氯丁-酚醛粘结剂，粘结剂涂刷后，晾置一段时间（一般10～15min,随气温、湿度而异）待手指接触不粘时，再将橡胶条粘结压实，并沿橡胶条长度方向以500mm间距用高强水泥钉固定。

缓膨型遇水膨胀橡胶止水条延伸使用时，接头处采用水平重叠的方法进行搭接，搭接长度100mm并用高强钉加以固定，安装路径闭合成环，中间不能留断点。

在止水条外涂缓膨胀剂，控制止水条安放时间，以保证在其发生膨胀之前（5小时左右）灌注混凝土，防止暴露时间过长因潮湿或不可避免的沾水提前膨胀扭曲。混凝土浇注前对止水条全面检查，确保未发生变形后立即浇注混凝土，否则重新安放。

止水条在管片及基面上固定牢靠后，在施工中加以保护，谨防碰撞。

2 预埋注浆管

注浆管采用专用扣件固定或焊接在管片端面或预埋钢环内侧结构中线上,固定间距一般控制在40～50cm,沿结构防水端面通长设置。注浆管采用搭接法进行连接,有效搭接长度不小于2cm。

注浆导管的开孔部位应做好临时封堵,避免浇筑混凝土时杂物进入堵塞导管。

6.2.6 绑扎钢筋

钢筋在地面加工，在隧道洞门处搭架绑扎。在内衬墙处植筋，钢筋需与车站洞门植筋连接，钢筋必须有质保书和试验报告单，严格遵守“先试验后使用”的原则。

1 钢筋焊接加工

钢筋焊接使用焊条、焊剂的牌号、性能以及使用的钢板及型钢均要符合规范要求和有关规定。焊接成型时，焊接处不得有水锈、油渍、缺口、裂纹，无较大金属焊瘤，钢筋端部的扭曲、弯折予以校直或切除。钢筋加工和焊接允许偏差见表1及表2。

表1 钢筋加工允许偏差

2 钢筋成型与安装

钢筋的钢种、根数、直径、级别等符合设计要求，同一根钢筋上在30d、且<500mm的范围内只准有一个接头，绑扎或焊接接头与钢筋弯曲处相距不应小于10倍主筋直径，也不宜位于最大弯矩处。

钢筋搭接采用搭接焊。钢筋骨架以梅花状点焊，并设足够数量及强度的限位筋，保证钢筋位置准确。钢筋网片成形后不得在其上放置重物。

焊接成型的钢筋网片或骨架稳定牢固，在安装及浇筑混凝土时不得松动或变形，钢筋与模板间设置足够数量与强度的垫块，确保钢筋的保护层达到设计要求。钢筋安装允许偏差见表3。

表3 钢筋安装允许偏差表

6.2.7 模板施工

1 采用钢拱架与3015组合钢模拟合洞门内弧面进行施工，端模采用15mm厚竹胶板。

2 模板架结构应简单，装拆方便，表面光滑，接缝严密，使用之前必须经过力学检算后方可使用，重复使用时应随时修整。模板架预留沉落量为10～30mm。

3 由于洞门长度相对较短（与高度相比），因此，模板架纵向搭设比实际洞门长度长一些，在模板架纵向两侧设立斜撑或采用缆风绳进行固定，防止模板架倾覆。

4 模板架支立其允许偏差为以线路中线为准横向位置为±10mm，拱架垂直度为3%。

5 模板拼装严密，不漏浆，使用前应试拼一圈检查。在模板与管片相接处的模板上贴一圈海绵条防止两者相接处漏浆。

6 端头模板采用弧形木堵头，内贴镀锌铁皮。堵头模板采用后部背钢管设置底脚撑及斜撑的方法进行固定，洞门模板在拱顶及拱腰设封口板。木模与钢模相接处及钢模与管片相接处采用粘结海绵条或泡沫的方法防止漏浆。

7 隧道洞门钢拱架采用φ48钢套管加工，共加工2榀钢拱架，钢拱架纵向水平采用10号槽钢将钢拱架连成一体，洞身钢拱架采用φ48mm钢管双面对称支撑，φ48mm钢管端

部和可旋顶托连接以便微调钢管长度。

图2 洞门脚手架搭设示意图

6.2.8 混凝土浇筑

混凝土自身防水主要应抓好两个环节：①混凝土的密实度要好。②控制混凝土的开裂。混凝土结构自防水和接缝防水处理是结构防水的基本环节。混凝土结构自防水主要是由防水混凝土依靠其自身的密实性来达到防水效果，抑制孔隙。施工中，用控制水灰比、水泥用量和砂率来保证混凝土中砂浆质量和数量以抑制孔隙，使混凝土浸水一定深度而不致透过。通过加入膨胀剂和高效减水剂，减少混凝土收缩，增强其抗裂性能，并采取一系列措施保证混凝土施工质量。

1混凝土的生产

施工中严格按配合比准确计量。计量允许偏差为：水泥、水、外加剂为±1%；砂、石为±2%。减水剂应在混凝土拌合水中预溶成一定浓度的溶液，再加入搅拌机搅拌。为减少水化热的产生，施工时在混凝土中掺入部分粉煤灰，粉煤灰采用Ⅰ级标准，借以提高混凝土的和易性。

严格控制混凝土的坍落度。结构防水混凝土的入模坍落度控制在12±1cm范围。

2 混凝土的运输

施工中采用商品混凝土，混凝土运输采用混凝土拌合车运送，在运输过程中要避免出现离析、漏浆，并要求浇注时有良好的和易性，坍落度损失减至最小或者损失不至于影响

混凝土的浇注与捣实，在冷天、热天、大风等气候条件下运送混凝土时应力求缩短运输时间。

3 混凝土的施工工艺

1)混凝土浇注时除使拌合物充满整个模型外，还应注意拌合物入模的均匀性，保证不离析。施工过程中严禁外来水渗透到正在浇灌的混凝土中。

2)结构防水混凝土振捣采用插入式振捣棒配合附着式振捣器进行。振捣时，“快插慢拔”操作。混凝土分层灌注其层厚不超过振动棒长的1.25倍，并插入下层不小于5cm，振捣时间为10～30s。振捣棒应等距离地插入，均匀地捣实全部混凝土，插入点间距应小于振捣半径的1倍。前后两次振捣棒的作用范围应相互重叠，避免漏捣和过捣。振捣时严禁触及钢筋和模板。

3)洞门混凝土分两次浇筑，第一次浇筑至轨面线位置，在该位置混凝土面预埋止水钢板，第二次浇筑完，在第二次浇筑前在已浇筑好的混凝土面上刷一层水泥基渗透结晶型防水涂料。在第二次浇筑时在拱部预埋三个注浆管，拱顶预埋一个，左右对称各预埋一个。为了防止模板上浮，立拱架时可适当降低10～20mm。浇筑混凝土前检查止水条的铺设，端头木模板，洞门钢模板等是否符合设计及规范要求，模板台架是否稳固，清除模板内的杂物后，准备浇筑混凝土。

4)振捣时不得碰撞钢筋、模板等。施工缝处混凝土必须认真振捣，新旧混凝土结合紧密。混凝土振捣过程中严格按工艺操作，快插慢拔，布点均匀，防止漏振，捣棒端头距施工缝应在 30cm～50cm，防止过近破坏止水条，过远漏振使浆液不能到达接缝处，产生露骨。混凝土灌注过程中有专人随时观察模板、支架、钢筋等情况，发现问题及时处理。模板要架立牢固、严密，尤其是挡头板，不能出现跑模现象。混凝土挡头板做到表面规则平整，避免出现水泥浆漏失现象。

5)在炎热季节施工时，采取有效措施降低原材料温度，减少混凝土运输时吸收外界热量。混凝土结构的表面温度与室外最低温度的差值不应大于15℃。为防止混凝土收缩开裂影响防水效果，结构恒温温度不高于50℃，混凝土降温速度不应大于2℃/h。温度测试由实验人员负责。

6)洞门防水混凝土采用泵送混凝土入模。混凝土入模时，左右对称灌注，沿洞门高度分层进行，每次应连续灌注，以减少接缝造成的渗漏现象。衬砌模架按灌注孔先下后上，由后向前有序进行，防止发生混凝土砂浆与骨料分离。

6.2.8.4 混凝土的养护

防水混凝土灌注完毕，待终凝后应及时养护，养护时间不得少于14天。由于台架和模板不能及时拆除，初期养护洒水至模板表面和挡头板进行降温，待达到规定的强度后方可拆模，拆模后对结构表面喷水养护。

7 劳动力组织

劳动力组织见表4。

表4 劳动力分配表

8 主要机具设备

主要机械设备见表5。

表5 施工设备配备情况表（简化）

9 质量控制

9.1易出现的质量问题

管片与洞门圈梁混凝土接茬处容易出现漏水现象。

9.2保证措施

9.2.1在拆除零环管片之前，首先应采取注浆措施，确保管片后方无渗漏水，方可拆除零环。

9.2.2缓膨型遇水膨胀止水条应严格按照设计准确定位，粘贴牢固，在浇筑洞门圈梁混凝土时注意保护止水条，防止止水条断裂和移位。

9.2.3 在模板拆除完成之后，对洞门漏水位置注入改性环氧树脂进行堵漏，直至不再漏水为止。

10 安全措施

10.1主要安全风险分析

10.1.1 洞门管片切割完成之后，整体管片处于悬空状态，存在管片倒塌的风险。

10.1.2零环管片拆除后管片背后存在涌砂、涌泥的风险。

10.2保证措施

10.2.1防止管片倒塌的措施：

切割及吊装过程中，始终要确保管片环向连接螺栓连接牢靠。

切割过程中，通过顶部管片吊装孔、或在顶部管片上新钻设一个孔，然后穿入钢丝绳，

用吊车或其他提升设备提着需要割除的管片，防止管片倒塌。

切割前，在管片两侧设三角支撑架，防止管片发生横向侧滚。

10.2.2零环管片拆除过程中防止涌砂、涌泥的措施：

拆除零环管片之前，首先进行管片壁后二次注浆堵漏，可注入双液浆，确保没有渗漏水。

加强注浆效果检查，通过从管片内侧向背侧打设探孔的措施，检查注浆效果，确保壁后注浆饱满，强度满足设计要求。检查和注浆工作可反复进行，直到满足要求为止。

在切割过程中，若发现管片后方有渗漏现象，则立即停止切割，进行注浆堵水。确保无渗漏水后再恢复切割工作。

11 环保措施

11.1对洞门漏水部位严禁采用有污染的化学浆液进行堵漏，防止地下水的污染。

11.2施工污水必须经三级沉淀后方可排入市政管网，避免堵塞和污染市政管网系统。

12 应用实例

12.1工程简介

深圳地铁3号线3101标段包括红岭站、晒布站、【红岭站～老街站】区间、【老街站～晒布站】区间、【晒布站～翠竹站】区间，共两站三区间的土建、装修及机电安装工程，三个区间共包含12个洞门。

12.2施工情况

12个洞门每两个一组同时施工，根据盾构隧道完成时间先从翠竹站开始施工，至红岭站洞门结束，每两个洞门的施工时间为7天，12个洞门累计施工42天。

12.3工程结果评价

深圳地铁3101标段洞门施工以施工速度快、安全、高效的方式完成隧道洞门的施工。整个施工过程精细组织，科学施工，操作人员培训到位。

在施工过程中，对每一个部位的方案都进行认真比选，论证，并在施工过程中不断优化，尽量采用现有的材料、设备达到预想的效果，节省施工的投入。相比于人工凿除破除洞门大大节省了时间与人工，收到满意的效果，而且有效地节约了施工成本。

12.4建设效果及施工图片

图3 正在施工的洞门图4 红老区间左线成形洞门