单层公路隧道路面结构与盾构掘进同步施工技术研究

上海 200002 ; 2.上海城市非开挖工程技术研究中心

上海 200002摘要：对单层及双层两种越江公路隧道的典型路面结构进行分析与研究，提出了以口字形构件为基础的单层公路隧道

路面结构与盾构掘进同步施工的思路。并从口字形构件结构拼装、同步施工阶段划分、与隧道同步施工关键工艺等方

面，对单层隧道路面结构与盾构掘进同步施工的技术难点进行解析，以期为类似工程提供参考。关键词：盾构法隧道；路面结构；口字形构件；同步施工中图分类号：U455.43 文献标志码：A 文章编号：1004-1001 (2019)07-1331 -04 DOI： 10.14144/j.cnki.jzsg.2019.07.048Research on Synchronous Construction Technology of Single-Layer Highway

Tunnel Pavement Structure and Shield TunnelingYANG Zisong1,21. Shanghai Founelation Engineering Group Co., Ltd., Shanghai 200002, China;2. Shanghai Engineering Research Center of City Trenchless Construction, Shanghai 200002, ChinaAbstract: The typical pavement structure of single-layer and double-layer highway tunnels across river is analyzed and

studied, and the organization idea of synchronous construction of pavement structure of single-layer highway tunnel

and shield tunneling based on square-shaped components is proposed. The technical difficulties of synchronous

construction of singIe-layer tunnel pavement structure and shield tunneling are analyzed from the aspects of square­

shaped component structure assembly, division of synchronous construction stages and key tech nology of synchronous

construction of tunnel, so as to provide referenee for similar projects.Keywords: shield tunnel; pavement structure; square-shaped component; synchronous construction1 工艺介绍公路隧道路面结构与隧道掘进同步施工工艺是为了缩

相应的技术准备工作。其中的几个关键问题需妥善安排。隧道纵向变形是影响同步施工开始时机最主要的因

短隧道建设工期而发展的一种工艺，即在不影响盾构正常 掘进施工的情况下，同时开展内部路面结构的作业。上海 从第一条釆用同步施工工艺的越江隧道——延安东路隧道

素，路面结构需在隧道结构基本稳定后才能进行。一般情

况下，当管片脱出盾构约15 m后，成环管片上浮。然后隧 道将逐步下沉，在脱出盾构50〜60 m后，隧道沉降趋于稳

南线之后还建设有多条越江隧道，这其中大部分隧道均采 定。延安东路隧道南线同步施工在盾构推进200 m后进行，

将隧道纵向沉降变形对道路施工质量的影响减小到了最低

用同步施工工艺。同时，上海市的越江隧道大都采用了泥

水平衡式盾构施工。与土压平衡盾构相比，泥水平衡盾构

挖土、出土全部实现管道输送，有利于改善隧道内作业条 件和施工环境。这一优势能减轻由于采用同步施工工艺所

程度。上部预制路面板采用专用吊装台车进行安装，台车采

用后退悬臂式结构(图1)。台车主梁悬臂与结构不干扰，

带来的空间压力，加快掘进速度、提高施工效率。上海在 行车轨道与电瓶车轨道共用软轨。单层及双层越江隧道中第一次采用同步施工工艺的越江隧 道分别为延安东路隧道南线及复兴东路隧道延安东路隧道南线作为上海以及国内第一条路面结构

与盾构掘进同步施工的大型越江隧道，在诸多方面都需做基全项用：上海市科学技术委员会科研项可课题

(18DZ2283100) o作者简介：杨子松(1980—),男，博士，高级工程呷。通信地址：上诲市氏星路231号(200433 ) 0电子 *F 箱：88196720@qq.com收精 0 期：2019-01-09图1上层预制路面板专用吊装台车管片等材料通过下层2条电瓶车轨道直接运送至盾构机

头部；路面板通过电瓶车在己经完成的路面板结构上安排

建筑施工•第41卷•第7期1331杨子松：单层公路隧道路面结构与盾构掘进同步施工技术研究运输，上下运输路径不冲突。隧道内工序以40 m为单元划分施工段，实行流水作

径10 400 mm,釆用\"11 580 mm泥水平衡式盾构进行掘进 施工。隧道衬砌为单层预制钢筋混凝土管片，采用错缝拼 装。每环由封顶块F、邻接块L及标准块B共8块管片构成。管片厚度480 mm,环宽1 500 mm,管片最大质量8.5 t。隧

业。其工艺流程为：测量定位一弧形肋安装一T形钢架安

装〜短梁安装f路面板吊装〜剩余现浇结构。江中泵房沿隧道轴线布置于隧道竖曲线的最低处，其

道内口字形构件宽1.5 m,质量约13 t。隧道标准断面包括

口字形构件、压脚混凝土、牛腿、车道板、防撞墙、整浇

结构与同步施工运输系统相冲突。为保证材料运输的正常 进行，江中泵房必须在材料运输全部结束后进行。在这之

层等（图4）。前，在泵房位置先架设临时钢便桥，以保持道路施工的连

续性。复兴东路隧道为上下双层隧道，其同步施工主要体现

在上层路面板施工与隧道掘进同步进行。圆隧道内上层道

路由长9.4 m、宽1.5 m、质量为14 t的预制车道板架设在管

片牛腿上而成（图2）。因上层空间狭小，为此研制了高度

低、起重能力大的上层车道板吊装专用行车。整个盾构掘进与路面同步施工作业安排三工班两运转

交替作业，口字形构件安装紧随隧道掘进施工，安排在每

个工班推进结束后进行，时间基本上控制在4 h之内，同期

图2复兴东路隧道带牛腿管片进行盾构设备保养；口字形构件安装完毕后在其上布设运

输轨道，保证运输畅通；牛腿施工采用植筋现浇混凝土施

复兴路隧道创造性地在隧道内部运用立体运输，下层

工工艺，紧随盾构台车后施工；车道板采用专用起重设备 吊装，在盾构台车后200 m处同步安装，防撞墙紧随车道板

后进行分段现浇作业；整浇层在台车后500 m处同步施工。标准环土建结构与盾构推进同步施工分为隧道施工，

轨道运输管片及其他材料，上层路面板通过专用行车解决 自身的路面运输问题。整个解决方案有2点最为关键：一是 解决管片上带牛腿所引起的问题；二是设置上层路面板专

用行车。牛腿、压脚混凝土施工，车道板安装，防撞墙施工等4部 分，各部分施工流程分述如下：1） 隧道施工：隧道推进〜管片运输、泥浆运输一管片

由于上层车道板安装的需要，制作了带牛腿的特殊管

片。管片的形状比较复杂，钢模制作困难，为保证制作精

度，采用了国外先进的技术进行带牛腿管片钢模的设计，

并使用数控加工中心机床进行加工制作。另外，管片上增

拼装一口字形构件运输及拼装〜铺设钢轨枕。2） 牛腿、压脚混凝土施工：凿除混凝土、露出钢筋一

加牛腿后，盾构机头部原来配置的拼装机无法拼装带牛腿 的管片。在更改管片上的手孔、拼装机吊装孔的位置后才

能适应拼装2种管片的可能。拼装好的管片还会随盾构推 进旋转，旋转量过大会影响上层路面板的拼装精度，故要

焊接钢筋f支模〜浇筑混凝土f铺设草垫、浇水养护。3） 车道板安装：检查吊装设备〜运输车道板〜安装车

道板。4） 防撞墙施工：凿出钢筋一焊接钢筋〜支模一浇筑混

求盾构施工时控制牛腿基准面与水平面的转动误差小于 5 cm。当然，牛腿上调整垫层、路面整浇层等也可在一定

凝土〜养护。的范围内减小路面板的安装误差。在已经架设的车道板上铺设轨道后，用平板车将预制

3 同步施工阶段划分1） 盾构出洞掘进阶段：此阶段主要涉及掘进段0〜

车道板运输至架设位置，通过专用台车进行架设，重复上 述过程直至上层车道布置完成。整个过程中最关键的是能 在狭下空间内作业的上层道路板梁吊装台车（图3）。30m。此时由于出洞口负环不能拆除，管片和口字形构件

的垂直运输在暗埋段中的预留吊运孔进行。吊装作业由1台

20 t行车实施。该阶段，盾构台车逐步从暗埋段向隧道段过

渡，并逐步安装台车支架。为便于安装台车支架，靠近暗

2 口字形构件结构通过多年的工程实践，上海地区单层公路隧道内部结

埋段处负环暂不安装，而由钢结构分离桥所替代。2） 100环试推进阶段：此阶段掘进段掘进至150 m （100环处）。在这个过程中盾构工作井负环仍未拆除，

构以口字形构件为基础。某典型隧道外径11360 mm,内

13322019 • 7 • Building Construction杨子松：单层公路隧道路面结构与盾构掘进同步施工技术研究管片及口字形构件仍从暗埋段预留孔吊运。该段推进结束

后，盾构设备提供商试推进保驾完成，负环具备拆除条

输，隧道内的水平运输组成。考虑到同步施工的需要，隧

道内运输通道的布置必须结合盾构掘进各阶段的特点，优

件，暗埋段净空增大，电瓶车轨道可安装岔道，增加运力 以提高隧道推进工效。3）盾构正常推进段：该阶段是盾构同步施工的主体和

化组合隧道内的垂直运输、水平运输、运输车辆编组等，

以确保盾构正常掘进（管片、口字形构件及时运抵拼装区

域），满足土建结构施工、安装工程施工等对材料运输的

重点。该阶段负环管片已拆除，管片及口字形构件的运输

可从盾构井上直接吊运，吊装设备拟采用201行车。盾构推

要求，减少同步施工对工效的不利影响31。垂直运输按施工阶段的不同分2种情况进行。盾构掘

进采用一天两班全天候连续施工，安排三工班两运转。根 进前100环，盾构出洞工作井负环未拆除，隧道的垂直运输

在暗埋段后的预留孔内进行，由1台20 t行车实施吊运。预

据计划工效，在工班开始后8 h内完成4环管片推进，在剩

余4h的时间里进行口字形构件的跟进吊装，吊装数量同推 留孔尺寸为9mX6m,位于隧道线路中心线上，预留孔西

进进度。考虑到后续工班的施工，相应长度的管道和轨道 侧边缘距离浦东工作井东侧地下连续墙外边缘为65 m。该

阶段土建结构、安装工程尚未实施，垂直运输的主要任务

的延长也在工班结束前完成。若管片沉降超过预期范围， 还将在推进结束后进行管片的壁后补浆工作，具体补浆量

是管片和预制口字形构件的吊运下井。盾构初期掘进结束 后，浦东工作井内负环拆除并搭设吊装作业平台，盾构正

根据沉降情况调节。管片运输初步采用电瓶车两次运输方 案，8块管片分2次用25 t电瓶车运入，口字形构件在盾构推

进完成后用口字形构件运输车运入。常掘进时的垂直运输可以在盾构工作井内进行，由1台20t

行车实施吊运。在该阶段除了管片及口字形构件吊运下井

盾构剩余段推进：此阶段盾构准备进洞，盾构进洞 后，剩余土建结构全部现浇以加快施工进度及减少材料运

外，还有土建结构及安装工程施工材料的吊运下井，可以

利用盾构施工吊运的间隙进行。水平运输与垂直运输一样，也分2种情况来进行安排。

输量，并开始联络通道冻结管钻进及后续的开挖工作。前100环，水平运输的主要任务是管片、预制口字形构件、

4 隧道同步施工关键工艺4.1主要工序的施工时机1） 口字形构件施工时机：常规越江隧道先进行隧道

同步注浆浆液从暗埋段预留孔位置运至盾构工作面。该阶

段，水平运输轨道的布置上采用4条24 kg轻轨直接铺设到

盾构机头部，4条轨道中心距均为813 mm,内侧2条轨道用 于电瓶车通行，外侧2条用于口字形构件车通行（轨距增大

结构施工，再进行隧道内土建结构、安装工程，本工程考

虑同步施工以缩短工期。隧道内部大体积受力构件釆用预 为2 439mm,以保证口字形构件在运输过程中的稳定）。 进入隧道后，4条轨道铺设于口字形构件上。由于盾构初

期掘进阶段运输线路较短，也考虑到管片、口字形构件运

制安装，牛腿、防撞墙等小体积土建结构釆用植筋现浇施 工。本次同步施工把水平运输通道安排在口字形构件上，

为了使管片等构件直达盾构机头部，口字形构件必须紧跟 盾构推进实施。2） 牛腿、车道板施工时机：由于隧道管片在设计上没

输的需要，运输车辆在编组上，采用1辆25 t电瓶车+泥浆

车+口字形构件车，口字形构件车在吊运管片时也作为管

片运输车。有考虑设置牛腿对预制车道板的支撑，在安装车道板前， 前100环推进结束后盾构进入正常掘进阶段，此时工作

必须现浇牛腿，牛腿钢筋釆用植筋方式与管片连接。由于 井处负环己拆除，水平运输的主要任务除了把管片、预制

口字形构件、同步注浆浆液从工作井口运至盾构工作面以

现浇牛腿需要时间来建立强度，为尽快满足车道板安装条

件，牛腿施工在时机安排上必须紧跟盾构推进实施。车道 板的安装时机取决于牛腿的强度，所以车道板的安装滞后

牛腿施工一定距离（牛腿一般养护15 d左右，考虑到Id计 划推进8环，车道板吊装滞后牛腿施工约200 m） o车道板

外，还要完成车道板、土建施工钢筋、模板和混凝土等相 关材料的水平运输。此阶段隧道掘进距离加长，仅靠1个水 平运输车组、1条运输通道难以满足工期要求。故在原有轨

道基础上，在暗埋段内增加铺设2副道岔及4条轨道。编组

2组管片车（管片车+管片车+同步注浆箱+25 t电瓶车）

吊装进度同盾构推进进度，在时间安排上也必须考虑不影

响盾构推进施工。3） 防撞墙、整浇层的施工时机主要取决于隧道结构的

及1组口字形构件车（口字形构件车+口字形构件车+坐浆 材料+25 t电瓶车），车道板运输编组借用口字形构件车

（口字形构件车+ 口字形构件车+牛腿用混凝土+25 t电瓶

变形稳定情况，根据以往施工经验，距盾构机头部约800m

处，隧道趋于稳定。所以防撞墙、整浇层的施工可以在盾 车）。盾构掘进时，2组管片车通过广岔道，分别进行管片 及同步注浆浆液运输；盾构掘进工班完毕后，2组管片车、

口字形构件车通过广、2*道岔及行车进行车辆间的转换，从 而完成口字形构件、车道板的水平运输，此外兼顾土建施

构台车后约500 m处开始分段施工。4.2隧道运输布置隧道施工的材料运输主要由工作井上、下的垂直运

建筑施工•第41卷•第7期133371杨子松：单层公路隧道路面结构与盾构掘进同步施工技术研究工钢筋、混凝土的水平运输。另外，车道板吊装滞后于盾 构推进200 m左右。车道板质量约4 t,需要安装1台5 t小型

5 结语同步施工工艺是对传统的公路隧道施工工艺的一种挑 战，在许多方面需作进一步的完善。不足之处主要体现在

以下几个方面：预制构件安装及部分现浇相结合，与普通

悬臂行车，行车轨道安装在车道板上。安装时要考虑到给 电瓶车安全通过的空间。车道板的吊装安排在每天盾构机

保养的4h进行。利用行车将其吊运至安装位置。支模现浇工艺相比，工艺复杂，操作人员不熟悉；工序多 且交叉作业，电机车来往频繁，管理要求严；较多采用预

4.3特殊节点施工安排联络通道采用冻结法施工，主要包括联络通道周围土

制构件，整体性稍差；路面成型调坡不便；构件的运输、 吊装作业面狭小，施工难度高；需占用较大的地面施工区

以布置预制构件堆场；路面板等预制构件的吊装需制作专

层的冻结加固和开挖构筑施工2部分内容，其中开挖构筑

施工安排在2条隧道贯通之后，对隧道同步施工进度无大影

响。但冻结加固前施工冻结管时，口字形构件的存在不利 门的吊装台车；造价较通常的施工方法高。但瑕不掩瑜，

其优点主要体现在：缩短工期；在加强施工管理的基础

于冻结管的架设，可将受影响的口字形构件做成钢结构， 在连接通道侧开孔。这样既能满足在口字形构件上运输的

上，可形成流水作业；仅需少量的模板，支模、拆模及混

需要，又利于冻结管的架设。对于隧道内的装潢工作，因 凝土养护的量小；机械化作业程度高，劳动强度低。总体

来说，同步施工工艺是盾构法隧道施工发展的一种必然趋

盾构运行过程中内部有盾构泥水处理管道等，不宜安排， 可待盾构掘进完成，内部清理完毕后进行。在口字形、路

势。随着工程经验的积累，隧道内部将进一步将朝着预制 化、同步化方向发展。面板下部的机电安装工作可随路面结构同步进行。4.4安全管理同步施工工艺中工序较多，内部作业空间有限且施工

= 参考文献=皿…心严节奏快，安全作业的管理工作繁重。两类安全问题需特别 提醒：一是隧道内部预制构件吊装作业多，空间小，易发

[1] 陈国光.上海复兴东路双层越江隧道道路同步施工工艺研究与应

用[J].地下工程与隧道,2006(3):43-45.生起重伤害；二是隧道施工作业噪声大，特别是在盾构机 头部附近，电机车的声音不易被听到，部分路段隧道的坡

[2] 周文波，吴惠明.水底公路隧道盾构掘进中的道路同步施工技术[J].

世界隧道,1998(3):13-17.度较大，频繁的电机车来往易引起事故。[3] 张翔.公路隧道路面结构设计与施工要领[J].公路与汽运,2008(1):60.OOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOO^OOOOOOOOOOOOOOOOOO^OOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOO(上接第1321页)证全线顺坡，控制难度大。4)关于管材的选择，对于本工程定向钻施工或者压

雨季雨水流量大，故在现有施工条件下选择箱涵而不是管 道增强过水能力来实现截污。白茶五组针对此情况未完全 封堵排向脸河的原排污口，而是通过砌筑溢流墙，平时将 污水排入污水主管网，雨水流量大时，将多余的水量通过

力管道主要采用PE100实壁管，管道耐压、耐磨、柔韧性

好、安全可靠，对于下穿道路等主要考虑釆用钢筋混凝土

管，对于较大面积施工，机械难以送达，考虑采用HDPE钢 带增强管或者HDPE缠绕结构B型管，施工快捷方便，可靠

溢流口排入河水，既实现最大限度的截污，又保证雨污水

正常排放。2) 关于截污管道路线选择，路线必须经过现场踏勘指

性好。认，确认最近排污口，同时标高符合重力管要求。对于部 分排污口，如本工程中财政局公厕，考虑釆用一体化自动

4 结语市政排水管网是城市基础设施的重要组成部分。随着

提升泵站将污水提升至污水主管网。同时路线要经济，减

少对周边道路等的干扰。3) 关于施工方法的选择，对于污水施工主要为明挖，

城市的发展，在对老城区排水管网进行改造时，一定要因

地制宜，结合管网现状及周边管网情况、城市整体规划，

制订合理的排水方案和设计参数，选择合理的施工方法、

管道材料及管线路径等，确保改造工程经济、顺利实施。定向钻和顶管等，对于埋深较浅管道施工主要采用明挖， 速度快，开挖后地下情况明朗，进度好保证，但对周边环

境破坏干扰大，恢复量大。定向钻施工前一定要查明地质

情况，虽然施工速度快，环保，对周边环境干扰小，适合

=参考文献

—[1] 王委.市政给排水工程施工员培训教材[M].北京冲国建材工业出

版社,2010.穿越道路等，但对地质条件有一定要求，如定向钻或顶管

施工遇岩层处理较困难，施工过程中容易对难以查明的管

线造成破坏，补救比较困难。定向钻施工排污管道难以保

[2] 欧阳云生,杨立中.关于河道截污工程特点的探讨[J].西南给排水,

2007(1):11-14.13342019 • 7 ・ Building Construction