盾构隧道管廊内分舱结构的设计与施工关键技术

李 鸣 邱 昌 蒋少武 张彦文 黄心颖

中建三局集团有限公司工程总承包公司 湖北 武汉 430064

摘要：十堰市地下综合管廊PPP项目在进行中心城区管廊施工时采用了盾构法建造技术。以此为例，在施工盾构隧道管廊内部结构时，对如何确定盾构隧道分隔墙结构形式、如何确保后浇混凝土结构与预制盾构管片的有效可靠连接、如何解决盾构隧道内混凝土浇筑难题等方面进行了研究，最终总结得出了一整套盾构隧道管廊内分舱结构的设计与施工关键技术。

关键词：盾构隧道管廊；弧形连接钢板；竖向分舱结构；混凝土接力浇筑

中图分类号：U452.2 文献标志码：A 文章编号：1004-1001(2020)02-0235-03 DOI：10.14144/j.cnki.jzsg.2020.02.031

Design and Construction Key Technology of the Subdivision Structure in Pipe Gallery of Shield TunnelLI Ming QIU Chang JIANG Shaowu ZHANG Yanwen HAUNG Xinying

General Construction Company of China Construction Third Engineering Bureau Group Co., Ltd., Wuhan, Hubei 430064, China Abstract: The shield construction technology is used in the construction of pipe gallery in the central urban area of Shiyan underground comprehensive pipe gallery PPP project. Taking this project as an example, during the construction of the internal structure of the tunnel, the paper studies how to determine the structural form of the shield tunnel partition wall, how to ensure the effective and reliable connection between the post-cast concrete structure and the prefabricated shield segment, and how to solve the problem of the concrete pouring in the tunnel. Finally, the paper summarizes a complete set of the design and construction key technology of subdivision structure in the pipe gallery of shield tunnel.Keywords: pipe gallery of shield tunnel; arc connecting steel plate; vertical subdivision structure; concrete relay pouring当前我国城市地下综合管廊工程建设如火如荼、方兴未艾。盾构法作为一种较成熟的暗挖工艺，其能避免开挖，不影响道路交通，且对城市既有建、构筑物及地下管线的影响较小，但是很少被应用于城市地下综合管廊的建设[1-4]。一方面，管廊作为各类管线的集成容纳通道，往往需要在单条盾构隧道内部进行分舱，如何实现盾构隧道内的竖向分舱结构施工尚无参考经验；另一方面，盾构隧道内混凝土运输难度大，浇筑施工难。

针对以上难点，以十堰市地下综合管廊项目发展大道中段延长线北京北路盾构段工程为依托，对盾构隧道管廊内分舱结构进行了优化设计，并总结得出一整套施工工艺。提出了一种盾构隧道管廊内部框架结构分隔墙形式，通过发明带有耳板及连接筋的钢弧板、采用“天泵＋地泵接力”的混凝土浇筑方式等措施，成功实现了盾构隧道管廊内部竖向分舱结构的优质高效施工。

1 工程概况

十堰市地下综合管廊项目发展大道中段延长线北京北路盾构段工程设计为三舱形式，总长1 161.81 m，包含明挖段与盾构段。明挖段长835.47 m，盾构段长326.34 m。其中盾构段起讫里程FYK3＋872.12—FYK4＋198.46，沿线穿越熊家湾立交，并从道路防洪暗沟下2次穿越，包括一座始发井、一座接收井、一段双线盾构区间隧道（图1）。

接收井

始发井

图1 北京北路盾构段管廊位置

作者简介：李 鸣（1979—），男，硕士，工程师。通信地址：湖北省武汉市江夏区中地大科技园9栋5楼（430200）。

电子邮箱：1225442362@qq.com收稿日期：2019-11-21

2 盾构隧道管廊竖向分舱结构形式设计优化

实现盾构隧道管廊结构竖向分舱最核心的内容就是确定竖向分隔墙的结构形式。以背景工程为例，该条管廊过既有立交段设计为双线盾构隧道。根据设计要求，管廊为竖向三舱形式，故需对盾构隧道内部进行分舱处理。具体

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分舱结构形式为：在左线盾构隧道内设置内隔墙，将整个隧道空间分隔为2个舱室，分别为综合舱、燃气舱；右线盾构隧道未设置内隔墙，单独成为一个舱室，即热力舱。

盾构隧道分舱结构原设计为钢筋混凝土结构，但盾构隧道内部空间狭小，且本工程隧道埋深17 m，混凝土分舱结构在舱内二次浇筑的工艺较为复杂且浇筑难度极大。因此，在保证分舱结构受力性能的前提下，应该尽可能减少盾构隧道内混凝土浇筑量。基于上述考虑，对盾构隧道分舱结构形式进行深化设计，将原设计钢筋混凝土结构优化为框架结构，极大地减少了混凝土二次浇筑量。

具体结构形式为：

1）在既有盾构隧道内部设置左右2座地台及竖向内隔墙。竖向内隔墙将隧道分隔为2个独立的舱室，实现管廊结构的竖向分舱。2座地台分别作为2个独立舱室的检修通道，地台之间预留管道架设空间，上覆盖板，最大程度提高既有断面的空间利用率，满足管廊功能要求。

2）右侧地台与内隔墙连接处设置导墙。内隔墙为框架结构，即“钢筋混凝土梁柱结构＋立柱与圈梁上部砌筑砖墙”。钢筋混凝土立柱尺寸为250 mm×600 mm、纵向中心间距1.6 m；顶圈梁为钢筋混凝土结构，沿盾构隧道纵向通长布置；立柱及顶部圈梁形成钢筋混凝土框架结构，立柱与顶圈梁之间采用MU20混凝土实心砖砌筑，圈梁上部与盾构管片之间采用MU20混凝土实心砖斜砌。

综上所述，盾构隧道内部分舱结构形式为：钢筋混凝土地台及导墙＋钢筋混凝土立柱及顶圈梁＋梁柱之间砌筑砖墙＋圈梁上部斜砌砖墙。结构如图2所示。

顶圈梁立柱@1600沿隧道纵向通长布置接入管片纵向螺栓内，与螺栓可靠连接图2 盾构隧道内隔墙设计3 盾构隧道管廊分舱结构与盾构管片连接节点设计优化

确定了盾构隧道管廊分舱结构形式之后，最重要的问题就是做好隧道内后浇分舱结构与既有盾构管片之间的节点设计。就本工程盾构隧道内隔墙结构而言，主要是确保现浇地台与预制盾构管片的有效可靠连接。原设计做法为在盾构管片纵向弯螺栓处焊接连接钢筋，但螺栓与钢筋接触面积太小，无法确保二者之间的可靠连接，进而影响现浇地台与预制盾构管片之间的整体性。

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为解决这一难题，对原设计做法进行深化设计，研发了一种用于盾构隧道内现浇地台与预制管片连接的钢弧板，实现盾构隧道内现浇地台与预制管片的可靠连接。

钢弧板主要包括弧形钢板、连接钢筋与钢耳板。其中：弧形钢板的弧度与预制盾构管片设计弧度相契合；钢耳板焊接于弧形钢板边缘，钢耳板预留孔洞，孔洞位置与盾构管片的纵向弯螺栓位置一一对应；连接钢筋与弧形钢板垂直焊接。弧形钢板、连接钢筋及钢耳板之间均为满焊连接。钢耳板孔洞穿过相邻盾构管片之间的纵向弯螺栓，并用螺帽紧固。钢弧板结构如图3所示。

连接钢筋

连接钢筋

弧形钢板

钢耳板钢耳板

弧形钢板（a）钢弧板立面

（b）钢弧板三维

图3 钢弧板结构示意

在进行钢弧板安装施工时，操作要点如下：

1）钢弧板安装时，首先拧开地台施工范围内用于连接相邻盾构管片的竖向弯螺栓的螺帽，将钢弧板紧密贴合于盾构管片之上，纵向弯螺栓穿入钢耳板预留孔洞内，并重新拧紧螺帽，完成钢弧板的安装。

2）绑扎地台钢筋，地台钢筋与钢弧板上的连接钢筋应可靠连接。

3）进行地台模板支设和混凝土浇筑。钢弧板安装完成后的隧道结构如图4所示。

地台钢筋连接钢筋螺帽弧形钢板纵向弯螺栓盾构管片钢耳板图4 钢弧板安装完成示意

4 盾构隧道管廊分舱结构施工技术

盾构隧道内部空间狭小，且本工程盾构隧道埋深达17 m，隧道内混凝土浇筑施工的难度极大。为此，项目部创新地提出了一种“天泵＋地泵接力”的混凝土浇筑方式，解决了深基坑超狭窄环境下盾构隧道内部的混凝土浇筑难题。

4.1󰀡施工准备

1）在进行分舱结构施工之前，应做好盾构隧道内钢轨

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等材料的清理工作，保证隧道分舱结构施工作业面；同时对隧道内进行清理，确保基面的清洁。

2）盾构隧道管廊分舱结构施工之前应完成盾构隧道管片壁后注浆工作。

3）钢弧板作为后浇分舱结构与预制盾构管片的连接件，需在地台及导墙施工前制作。

4.2󰀡地台及导墙施工

1）完成钢弧板安装后，在进行地台钢筋绑扎时，要确保地台钢筋与钢弧板上连接钢筋的有效可靠连接。同时，绑扎右侧地台及导墙钢筋时，须将立柱位置竖向钢筋同步绑扎。

2）地台及导墙模板采用常规“木方＋钢管＋对拉螺杆加固”体系。需要注意的是，地台部分为单侧支模，在采用对拉螺杆加固过程中，螺杆一端应同地台内钢筋有效可靠连接。

3）为保证混凝土浇筑质量，同时方便现场施工、加快进度，针对盾构隧道内地台、导墙、立柱等现浇钢筋混凝土结构，采用“天泵＋地泵接力”的方式进行混凝土浇筑。即在地面盾构工作井井口架设1台天泵，同时在工作井内部盾构隧道口设置1台地泵。在浇筑地台混凝土过程中，利用天泵将混凝土送入盾构隧道口的地泵内，经由地泵输送至盾构隧道内待浇筑分舱结构处。地台结构共分2次浇筑，单次浇筑长度约为155 m。为架设地泵泵管，在盾构隧道进口及地台施工范围内需搭设钢管架。在混凝土浇筑过程中，要根据地台结构浇筑进度及时对地泵泵管进行相应接长。混凝土浇筑方式如图5所示。

天泵泵管臂架泵车（天泵）盾构管片地泵地泵泵管钢管架体系图5 盾构隧道内中隔墙地台的混凝土浇筑示意

4.3󰀡圈梁下部砌体墙施工

在地台及导墙施工完成后，进行砌体中隔墙施工。砌体墙墙体采用MU20混凝土实心砖砌筑，砂浆为Mb10，厚度为240 mm，采用水泥砂浆抹砖砌面（厚度不小于1 cm，采用钢丝网砂浆面层加强，网孔边长为20 mm）。仅砌体墙部分需要用水泥砂浆抹面；立柱结构面需一次成形，无

需抹灰；砌体墙抹灰后的完成面应与立柱结构外表面平齐、顺直。

需要注意的是，在墙体交接处需预留马牙槎，以保证砌体的整体性与稳定性。

4.4󰀡立柱及顶部圈梁施工

立柱及顶部圈梁模板采用“木方＋钢管＋对拉螺杆加固”体系。同时，为保证在混凝土浇筑过程中梁柱模板的稳定性，需设置稳固斜撑。

4.5󰀡圈梁上部斜砌砖墙施工

圈梁上部采用MU20混凝土实心砖砌筑，砂浆为Mb10，采用水泥砂浆抹砖砌面（厚度不小于1 cm，采用钢丝网砂浆面层加强，网孔边长为20 mm）。圈梁上部砌体结构采用斜砌，倾斜度为50°～60°，并挤紧，砂浆砌筑应饱满。砌体墙抹灰后的完成面应与顶部圈梁结构外表面平齐、顺直。

5 实施效果

通过优化盾构隧道管廊竖向分舱结构形式、创新混凝土浇筑方式等措施，在保证工程质量的同时，极大地降低了盾构隧道管廊内部结构施工的难度，相比于计划工期节约了10 d，加快了施工进度。同时，总结得出一整套盾构隧道管廊内部分舱结构施工技术，可为后续类似工程施工提供参考。

6 结语

1）创新性地提出了一种盾构隧道内部分舱结构形式，即“钢筋混凝土地台及导墙＋钢筋混凝土立柱及顶圈梁＋梁柱之间砌筑砖墙＋圈梁上部斜砌砖墙”的框架结构形式，在实现盾构隧道管廊竖向分舱的同时，极大地降低了现场的施工难度。

2）研发了一种带有耳板以及连接钢筋的钢弧板，实现了盾构隧道管廊内部后浇分舱结构与预制盾构管片的有效

连接。

3）采取“天泵＋地泵接力”的混凝土浇筑方式，解决了盾构隧道内部混凝土浇筑难题。

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