《盾構隧道雙層路面的上層道路施工工法》是上海市第二市政工程有限公司完成的建築類施工工法，作者分別是朱繼文、蔣洪進、黃勇、陳劍敏；該工法適用於各類型的大斷面雙層盾構隧道施工。
《盾構隧道雙層路面的上層道路施工工法》主要的工法特點：對上層道路的結構形式進行了最佳化，並對結構內力進行分析，採用帶預製牛腿管片的方法解決了設計上的難題；在隧道內運用了立體運輸，減小了上層結構施工與下層施工的影響，較好地完成板梁架設；可以在隧道推進的同時，進行上層道路的施工。
2006年1月19日，《盾構隧道雙層路面的上層道路施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2003~2004年度國家級工法。
基本介紹
- 中文名：盾構隧道雙層路面的上層道路施工工法
- 工法編號：YJGF17-2004
- 主要完成人：朱繼文、蔣洪進、黃勇、陳劍敏
- 類別：工程建設類
- 審批單位：中華人民共和國住房和城鄉建設部
- 完成單位：上海市第二市政工程有限公司
- 主要榮譽：國家級工法（2003~2004年度）
形成過程,工法特點,操作原理,適用範圍,工藝原理,工藝流程,操作要點,勞動組織,材料設備,質量控制,安全措施,效益分析,套用實例,榮譽表彰,
形成過程
雙層盾構隧道的上層道路施工工法是指採用架梁設備在已完成的盾構襯砌牛腿上架設板梁後，再進行路面的施工的施工方法。採用此類雙層設計的隧道有法國的A86公路東線隧道工程一項見圖1。由於隧道斷面是在已有盾構機的條件下進行的，因此隧道的內徑被限定，結構上不做二次襯砌，上層二條小車道淨高較小。根據雙層隧道與單層隧道的不同斷面結構特點，在上層道路施工技術上有著一些有利的方面。上海市第二市政工程有限公司根據科研成果和施工經驗總結形成《盾構隧道雙層路面的上層道路施工工法》。
圖1
工法特點
《盾構隧道雙層路面的上層道路施工工法》有以下特點：
1．結合隧道內雙層道路的建築斷面與結構設計，從施工角度探索合理的隧道內部結構形式、支承形式及道路結構形式。對上層道路的結構形式進行了最佳化，並對結構內力進行分析，採用帶預製牛腿管片的方法解決了設計上的難題。
2．帶中腿管片安裝的拼裝機改制及套用，在機械結構上保證管片成環拼裝的可靠性，對盾構機、安裝板梁所需特殊起重機等施工設備的改造與配套研究，順利地完成了適應帶牛腿管片安裝的拼裝機的改制，根據隧道的特殊環境設計了懸臂起重機。
3．在隧道內運用了立體運輸，減小了上層結構施工與下層施工的影響，高效地完成了板梁架設。
4．可以在隧道推進的同時，進行上層道路的施工。
操作原理
適用範圍
《盾構隧道雙層路面的上層道路施工工法》適用於各類型的大斷面雙層盾構隧道施工。
工藝原理
《盾構隧道雙層路面的上層道路施工工法》工藝原理有以下4項。
1．上層道路施工的工序安排
準備工作→鋼平台製作→牛腿混凝土墊層→支座安裝→預製板吊裝→上層道路結構製作→拆除鋼平台→下層道路結構製作。
2．上層道路施工考慮主要因素及荷載分析
（1）牛腿形式的選擇。
從整體分析，牛腿形式是最為重要的關鍵問題，直接涉及盾構施工與後期結構施工。牛腿作為上層道路的主要受力部位，長期承受動載，需絕對確保使用安全。因此從質量、耐久性、可靠度等幾方面考慮，選擇了牛腿與管片結合在一起的預製形式。為此，對混凝土管片鋼模、盾構拼裝機與車架等進行了適應性改造。
（2）上層道路板的選擇。
為加快施工進度，上層車道結構採用預製板作為受力構件，每塊路面板兩端下設4塊平板球冠型橡膠支座，並安放在牛腿墊層（調節襯砌旋轉）上傳遞受力。為承受施工期間電機車的重載，預製板可進行相應配筋。預製板上面再鋪裝路面結構層，以使預製板形成板殼共同受力。預製板根據中部起吊的原則，可不採用預應力結構。
（3）荷載分析。
根據有限元分析，雙層隧道上層路面結構的關鍵在於牛腿和管片、路面板的連線，有限元計算結果的壓應力數值一般都不會超過混凝土的設計強度，拉應力雖然可能超過混凝土設計強度，若考慮配筋還是在安全範圍內，但是在這些關鍵位置採取足夠強度的配筋設計和加強施工、運營過程中的應力應變監測是使得結構安全工作的保證。
3．盾構推進與上層牛腿的混凝土墊層、支座安裝
在盾構推進施工約200米後，隧道即基本穩定（水平和垂直偏差值均小於±100毫米的偏差值範圍），此時可開始進行墊層的施工。
墊層與支座通過在接管台車後跟進的道路施工台車進行。鋼筋網片成型後運進隧道並綁紮，墊層側模用膨脹螺栓直接固定在牛腿上。在墊層施工前對牛腿旋轉情況進行測量，根據結果調整厚度。牛腿現澆段根據上層預製板梁吊裝情況分一次或二次澆築完成，詳見圖2。
上層道路施工總體方案圖（圖2）
4．上層道路板安裝
上層道路板在運輸到位後，先將預製板卸車，電機車退回。吊裝採取完全上層安裝，構件懸臂迴轉的形式。為提高有效起吊高度，行車葫蘆採用可以節約高度的雙軌行走機構以及DEMAG鋼絲繩葫蘆。並在行車末端設計一個頂托裝置，直接頂在了隧道拱頂上。為確保大坡度下的安全，行車只在靜止狀態工作，並使用了鎖軌器。
預製板的安裝採用有4個吊點的鐵扁擔進行，施工中盾構施工用裝置應在預製板安裝前擺放到位，以免造成安裝困難。在遇到鋼管片的位置，因旁通道施工鑽孔需要預製板留出一定距離，進行架設鋼軌枕的特殊處理，此區域的道路結構需等到旁通道施工完成後再進行。當盾構進洞後，由於車架的阻擋，不能將預製板全部鋪設完，車架段需等到車架全部拆完後再進行鋪設。
伸縮縫沿隧道軸線方向每隔30米布置一條，其位置與隧道管片的變形縫位置一致，詳見圖3。
架梁方法圖（圖3）
工藝流程
《盾構隧道雙層路面的上層道路施工工法》施工工藝流程見圖4。
工藝流程（圖4）
操作要點
《盾構隧道雙層路面的上層道路施工工法》操作要點有以下4項：
1．與盾構推進有關的施工
將隧道施工與上層道路施工分為上下兩部分，在負環拆除後，即在負環上架設道路板，電機車在已經架設好的上層預製混凝土道路板上行走，通過一部特殊行車進行上層預製混凝土道路板的架設與管片、鋼管等材料的轉駁，再由隧道底部的電機車將管片等運到前方。盾構推進施工則利用下層空間進行施工，互相不干擾。
2．墊層施工
牛腿混凝土墊層施工時，利用後跟進的道路施工台車進行立模和澆築混凝土施工，立模時在牛腿側面上打上下兩隻膨脹螺栓，把事先加工好的三腳架固定壓膨脹螺栓上，然後模板擱置在牛腿側面的三腳架上，在模板側面用三腳鐵加鋼管固定。三腳架在加工時預留有活絡的孔洞，可根據牛腿位置變化，現場調節。牛腿墊層鋼筋在上面鋼筋加工場地配製，運輸到井下，根據調坡情況現場綁紮。
在上層電機車前部裝一個混凝土容量為1立方米的鋼儲放箱。混凝土運輸到道路施工車後通過隧道內的上層道路施工小行車吊運至操作面，然後用人工進行墊層澆築。
3．板梁施工
上層路面板用14噸電機車運輸到位後，先將預製板卸車，電機車退回。預製板通過上層架梁行車安裝到位，該行車採用16噸的DEMAG鋼絲繩葫蘆。在上層車道板上鋪設機電車軌道下必須鋪設槽鋼墊塊，墊塊安裝在兩塊車道板之間並≤0.5米處，使下層車道板的受力均勻。
4．上層道路結構施工
車行板安裝結束後，進行上層道路的結構施工，在不影響盾構推進施工的前提下，可以穿插進行後澆法牛腿的施工。
上層道路結構施工包括：車道板間的絞縫施工、鋪裝層、防撞欄、側牆及側牆頂排水溝、預留孔道與預埋件、後澆牛腿。上述工作內容可根據車道板安裝進度進行穿插交叉施工。
勞動組織
《盾構隧道雙層路面的上層道路施工工法》道路的施工考慮到24小時作業，保證操作的連續性。操作界面需要相應的人員進行連續施工（見表1）。
工作項目 | 工種 | 人數 | 階段 | |
|---|---|---|---|---|
預製道路板製作 | 鋼筋網製作 | 普通工 | 15 | 道路板架設前 |
立模 | 普通工 | 9 | ||
混凝土澆搗 | 普通工 | 6 | ||
道路板運輸 | 裝卸指揮 | 指揮起重工 | 3 | |
駕駛員 | 普通工 | 3 | ||
井口吊放 | 井上指揮 | 指揮工 | 3 | 道路板架設 |
井下裝卸 | 指揮工 | 6 | ||
水平運輸 | 電平車司機 | 普通工 | 3 | |
預製板架設 | 架設指揮班長 | 施工員 | 3 | |
支座及板梁架設 | 井下工 | 12 | ||
測量及監測 | 測量工 | 6 | ||
安全 | 安全員 | 2 | ||
牛腿現澆施工 | 混凝土澆搗 | 井下工 | 8 | 結構施工 |
道路結構施工 | 模板施工 | 普通工 | 5 | |
鋼筋綁紮 | 鋼筋工 | 10 | ||
混凝土澆搗 | 井工 | 6 | ||
總 計 | 100 | - | ||
材料設備
《盾構隧道雙層路面的上層道路施工工法》需用的主要機具設備見表2。
序號 | 設備名稱 | 數量 | 用途 | 備註 |
|---|---|---|---|---|
1 | 20噸行車 | 1台 | 吊運預製板梁 | - |
2 | 電瓶車 | 2部 | 運輸預製板梁 | - |
3 | 墊層施工台車 | 1台 | 運輸混凝土 | - |
4 | 架梁機 | 1台 | 敷設預製板梁 | - |
5 | 4.5噸自卸卡車 | 1輛 | 運輸 | - |
6 | 定型模板 | 1500平方米 | 結構 | - |
7 | 插入式振搗器 | 20台 | 澆混凝土 | - |
8 | 平板式振搗器 | 4台 | 鋪裝 | - |
9 | 0.9立方米／分空壓機 | 2台 | 鑿毛 | - |
10 | GC40-A型鋼筋切斷機 | 1台 | 鋼筋 | - |
11 | GC40-1型鋼筋成型機 | 1台 | 鋼筋 | - |
13 | AX320＊1型直流電焊機 | 1台 | 鋼筋 | - |
14 | 水準儀 | 1台 | 隧道內測量 | - |
15 | 經緯儀 | 1台 | 牛腿測量 | - |
質量控制
《盾構隧道雙層路面的上層道路施工工法》按照《市政地下工程施工及驗收規程》（DGJ 08-236-1999）所要求的允許誤差，檢驗測量結果達到精度要求。
1．墊層施工對隧道盾構推進質量要求
（1）隧道實際軸線與設計軸線允許高程偏差±50毫米，平面偏差±50毫米。
（2）管片環面間隙＜1毫米，無大於0.3毫米寬的裂縫及剝落現象。
（3）水平直徑和垂直直徑允許偏差＜50毫米。
（4）在正常推進條件下，沉降值控制範圍15～-40毫米。
2．板梁架設要求的隧道穩定標準
在隧道推進200米內（上層道路施工前），對隧道沉降監數據及盾構和管片的報表來統計隧道的沉降速率與40米內隧道差異沉降的控制標準。隧道沉降速率≤0.1毫米/天；40米內的隧道差異沉降控制標準為≤1毫米。
安全措施
採用《盾構隧道雙層路面的上層道路施工工法》施工涉及必須對施工全過程、各道工序進行有效的監控，把事故苗子消滅於生產之前。同時成立上層道路施工安全監理小組，安全監理小組由各類安全專業人員組成。安全監理小組對上層道路施工實施風險管理和監控。
1．施工時，上層車道板上不得堆載，施工荷載應嚴格控制在規定範圍內。
2．運輸板梁的電瓶車，因隧道坡度較大，需要設性能良好的剎車裝置，並在運輸過程中，限制速度，防止溜車。
3．為保證施工過程中，上層車道板不偏心受力，運輸鋼軌與車道板間應設墊塊，墊塊應位於車道板橫截面中部0.5米範圍內，架板專用台車輪軸也應位於該範圍內。
4．上層車道板設定4個吊點，車道板吊裝時應採取保護措施保證施工安全。
效益分析
《盾構隧道雙層路面的上層道路施工工法》具有以下社會經濟效應：
1．經濟效益
通過最佳化設計和施工工藝，可節約工期4～6個月，並通過改進上層牛腿和道路板設計，將現澆更改為預製等，產生可觀的直接及間接經濟效益達1000～2000萬，利潤達300萬元。
2．社會效益
該成果為同類型工程，及擬開展的其他雙層公路隧道的施工提供了更多的技術支持和技術保障，從而產生更大的經濟效益和社會效益。
套用實例
《盾構隧道雙層路面的上層道路施工工法》套用實例：
該項技術的套用於上海復興路越江隧道工程的道路施工中。
上海市復興東路隧道工程是規劃中連線浦西南外灘、新黃浦區與浦東小陸家嘴地區的重要通道工程，北距延安東路南、北線隧道約1.6千米，南距南浦大橋約2.0千米。復興東路隧道工程的建成將直接溝通浦西復興東路和浦東張楊路，對浦東的開發、開放，完善上海市城市交通網路都將起重要作用。
復興東路越江隧道道路施工工程，位於浦東張楊路、浦城路口往浦西方向越江隧道內至江中部分，分南線與北線兩部分，全長約1215米。隧道道路施工法，分兩步實施，第一部分先開始上層預製板安裝及上層道路施工，與隧道盾構推進同時進行。第二部分隧道貫通後進行下層道路的結構施工。旁通道附近結構必須在旁通道完成後再行施工。
上層道路板施工包括牛腿上混凝土墊層施工，橡膠支座安裝，預製板架設。南北線總計有1620塊混凝土上層道路板的架設，該板根據襯砌環類型共分為3種基本型號及三種衍生型號，尺寸約為1500毫米x9400毫米x400毫米。牛腿上墊層的設計厚度為118毫米，需根據管片拼裝的旋轉情況與隧道軸線情況做略微的調整。支座為平板球冠型橡膠支座，每塊板下有4塊橡膠支座。
隧道南線、北線掘進施工都非常順利，正常情況下進度達到了6～7環／天，單線的總推進時間都不到6個月，速度與同類隧道相當。管片的拼裝質量良好，尤其在牛腿高差的控制方面完全符合設計要求。上層道路施工期間，每天平均架板梁15塊，最高紀錄為25塊，兩條隧道的板梁都分別在2個月不到的時間裡完成了架設縮短了總體工期4～6個月，產生了可觀的效益。同時，也為上海至崇明越江隧道，跨越長江、黃河、海峽隧道施工作為技術儲備，提供參考。
榮譽表彰
2006年1月19日，中華人民共和國住房和城鄉建設部發布《建設部關於公布2003~2004年度國家級工法的通知》，以文號建質[2006]16號公布，《盾構隧道雙層路面的上層道路施工工法》被評定為2003~2004年度國家級工法。
