一种盾构隧道管片拆除施工方法与流程

本发明属于地铁施工技术领域，尤其涉及一种盾构隧道管片拆除施工方法。

背景技术：

孵化园站是9号线一期工程的中间站，位于天府大道与交子南一路之间，沿锦城大道路中呈东西向布置。车站北侧临近泰达时代中心及市级机关第三办公区，南侧临近天河中西医科技保育有限公司大楼及拉德方斯大楼。在地铁施工过程中需要拆除盾构隧道的管片结构，管片结构自重大，洞内空间狭小，管片拆除施工风险最大，因此，管片能否被成功拆除直接制约扩挖车站的结构能否顺利形成。

技术实现要素：

本发明提供一种盾构隧道管片拆除施工方法，旨在解决上述存在的问题。

本发明是这样实现的，一种盾构隧道管片拆除施工方法，地铁m号线车站范围内共涉及既有地铁n号线管片25片，管片采用错缝拼装，1号管片与既有地铁n号线车站端墙相接，25号管片嵌入南侧墙围护桩865mm，包括以下步骤：

s1：地铁m号线与地铁n号线换乘节点部位基坑第八层土开挖至管片顶端、第九层土开挖至管片顶下1.77m、第十层土开挖深2m、第十一层土开挖至管片起拱线下1m处、第十二级十三层土开挖深2m；

s2：管片拆除前，先将管片拆除范围内土方统一逐层开挖至第八层底，并边开挖边网喷支护；再采用小挖机分层开挖第九层、第十层管片周围土体，并进行桩间网喷支护；最后用小挖机和人工风镐清理第十一层土及固结浆液，并施作桩间锚索及网喷支护；

s3：分块拆除并吊出第一环管片上半环4块管片后，用小挖机或人工将管片背后的第二层土及固结浆液清理干净，小挖机可站在已拆除管片原位置上，从侧面清理第十二层土及固结浆液；分块拆除并吊出下半环3块管片，依次循环逐环拆除；

s4：每拆除4整环管片后，进行一次第十二开挖层桩间网喷支护施工，确保基坑稳定；

s5：管片全部拆除后，分层开挖第十三、十四层土体，并逐层进行桩间网喷支护。

进一步的，管片拆除前，端头洞门位置10环范围内的管片均安装纵向拉紧联系条，纵向拉紧联系条均采用槽钢制作，并采用m36螺栓及特制螺纹与管片注浆吊装孔预埋件连接。

进一步的，管片拆除前，洞门位置采用φ48、间距600*600mm的钢管支架加固，支撑加固范围为洞口处五环，方木置于顶托与管片之间；支撑加固完成后，卸下第24环与第25环管片环缝19根螺栓的螺母，并采用水钻将14环管片环向打通，卸除隧道轴线方向顶力。

进一步的，管片纵向拆除顺序采用逐环拆除，先拆除中间支撑间距较大的管片，最后由车站中间向两端顺序拆除，左右线分四个作业面同时进行。

进一步的，拆除首环编号为14，先将14环与13环间的纵向连接螺栓全部取出，在14环管片上，靠近13环的边缘处打一圈环向水钻，卸除管片纵向顶力，将该环分块拆除。

进一步的，拆除14环管片时，在14环管片上半环凿穿吊装孔，在吊装孔中安装特制吊装螺栓，并通过钢丝吊绳与吊车吊钩连接,缓慢起吊钢丝绳，使钢丝绳处于拉直但管片不受拉力状态，卸除其环向螺栓螺母与纵向螺栓螺母，采用管片螺栓作为顶出工具，用铁锤击打管片螺栓，随后吊出，再利用管片上端2个环向螺栓孔进行吊装，逐步拆除该环其他管片。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：在施工过程中，能够确保地面交通顺畅和地面建筑物的正常使用，能够了解管片破除施工对地层与支护结构影响的动态变化，把握施工过程中结构所处的安全状态；本发明的管片拆除方法能够确保在拆除管片结构时的施工安全；能保证管片被完整拆除，便于再次利用。

附图说明

图1为本发明吊装结构示意图；

图2为本发明环向管片剖视图；

图3为本发明管片加固结构截面图；

图4为本发明监测点布置图；

图5为管片拆除工艺流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

地铁m号线r站为采用地下二层(局部三层)16m岛式站台明挖车站，车站总主体长度354m，站台中心里程覆土约5.9m，标准段线间距19.2m，标准段结构外皮宽25.5m，车站主体基坑深度约22.5m。在建地铁n号线车站为地下三层14m岛式站台车站，下穿m号线车站范围内盾构区间位于直线上。

m号线与在建n线采用“l”节点换乘，m号线车站小里程端北侧墙与在建n号线车站南端墙连通；m号线盾构区间从车站南端墙接出后，在n号线孵化园站38轴至41轴负三层位置，由北侧墙至南侧墙下穿r站，下穿长度36.7m；盾构区间管片外轮廓与围护桩最小间距为1.996m、最大间距为2.805m，左右线管片净距8.9m。

车站基坑范围内共有50环管片，每条线路各25环(主体完整侵占管片环数为24环，第25环侵入南侧墙围护桩865mm)。本次设计拆除第1-24号管片，第25号管片保留与m号线车站侧墙浇筑成整体。

管片采用错缝拼装，第一环的封顶块管片从正上方左偏一个螺栓孔位18.9474°，第二环的封顶块管片从正上方右偏一个螺栓孔位18.9474°。每环管片由四块标准块(b<b>1、b<b>2、b<b>3、b<b>4)，两块邻接块(l<b>1、l<b>2)，一块封顶块(f<b>)构成。管片外径8300mm、内径7500mm、厚度400mm、环宽1500mm。纵、环缝两侧管片均采用弯螺栓连接，其中纵缝两侧管片采用2根m30螺栓连接，全环共计14根；环缝两侧管片采用19根m30螺栓连接。

地表第四系堆积层广泛分布，表层多为第四系全新统人工填土(q4ml)覆盖，中部为第四系上更新统冰水沉积、冲积层粉质黏土、卵石土(中密-密实)，下伏白垩系上统灌口组(k2g)泥岩(中风化)。

场区范围内地下水标高为481.14～487.49m，地下水埋深4.70m～9.80m，地下水埋深较深，水位起伏较大，水位随降雨季节开始而回升，随旱季到来而下降，年平均水位变幅1.2～3.5m。

起吊工具制作，如图1所示，将管片的每块管片上的吊装孔凿穿，利用吊装孔安装吊具作为主要吊点。利用长60cm型号为q235a，φ32mm圆钢作为起吊连接件，顶端锻造成扁形，中间锻压40mm孔洞，孔洞外壁保留20mm边缘，扁头底部使用20mm钢板焊接至圆钢上，作为垫片使用，圆钢底部车5cm螺纹，插入管片吊装孔内，底部使用20cm垫片外加螺帽进行紧固。

使用轮升降机做为管片吊装孔打孔、拆卸管片螺栓、安装吊具及钢丝绳等工作平台，在升降机上进行作业时施工人员必须系好安全绳，防止高空坠落。进行管片起吊时升降机必须移出吊装区域，吊装区域内严禁站人。

车站范围内管片拆除时，由于前方应力松弛，引起端头洞门管片松动，使得管片环与环之间的间隙被拉大，易造成漏水或漏泥现象。为避免管片拆除带来的不利影响，管片拆除前，端头洞门位置10环范围内的管片均需安装纵向拉紧联系装置，直至车站侧墙达到强度后方可拆除。

利用盾构管片的注浆吊装孔内的预埋件，纵向拉紧联系条均采用[14b槽钢制作。联系条采用m36螺栓及特制螺纹与管片注浆吊装孔预埋件连接。

如图3所示，为保障土方开挖后，南侧洞口处管片的稳定性，管片拆除前洞门位置采用φ48(t＝3.2mm)、间距600*600mm的钢管支架加固。支撑加固范围为洞口处五环，方木置于顶托与管片之间。支撑加固完成后，卸下第24环与第25环管片环缝19根螺栓的螺母，并采用水钻将14环管片环向打通，卸除隧道轴线方向顶力。

待吊耳、钢丝绳、200t汽车吊全部准备到位后，利用废旧管片在平空地进行试吊试验，试吊时首先将圆钢及吊耳安装，将200t汽车吊底部钩挂至吊耳上，另一端挂至叉车铲上，叉车臂缓慢上抬，试吊10分钟，检验吊具安全性，确定各设备安全，满足施工条件后方可运至隧道内进行使用。

管片拆除顺序，m号线车站范围内共涉及既有n号线管片25片，管片采用错缝拼装(第一环的封顶块管片从正上方左偏一个螺栓孔位18.9474°，第二环的封顶块管片从正上方右偏一个螺栓孔位18.9474°)，1号管片与既有n号线车站端墙相接，25号管片嵌入南侧墙围护桩865mm。本次设计拆除第1-24号管片，第25号管片保留与m号线车站侧墙浇筑成整体。

管片纵向拆除顺序，考虑管片为错缝拼装，管片拆除采用逐环拆除。结合基坑支撑体系情况，考虑先拆除中间支撑间距较大的管片(14→13→12→11)，最后由车站中间向两端顺序拆除(10→1/15→24)，左右线分四个作业面同时进行。

如图2所示，管片竖向拆除顺序，管片由7块组成，先拆除上半部4块管片，再拆除下半部3块管片。

上半环拆除：当封顶块右偏时,先拆除f<b>、l<b>2块，再分别拆除l<b>1、b<b>4块；当封顶块左偏时,先拆除f<b>、l<b>1块，再分别拆除l<b>2、b<b>1块。

下半环拆除：当封顶块右偏时,先拆除b<b>1块，再拆除b<b>3块，最后拆除b<b>2块；当封顶块左偏时,先拆除b<b>4块，再拆除b<b>2块，最后拆除b<b>3块。

土方开挖与管片拆除的处理，m号线与n号线换乘节点部位基坑第八层土开挖至管片顶端、第九层土开挖至管片顶下1.77m、第十层土开挖深2m、第十一层土开挖至管片起拱线下1m处、第十二级十三层土开挖深2m。

管片拆除前，先将管片拆除范围内土方统一逐层开挖至第八层底，并边开挖边网喷支护；再采用小挖机分层开挖第九层、第十层管片周围土体，并进行桩间网喷支护；最后用小挖机和人工风镐清理第十一层土及固结浆液，并施作桩间锚索及网喷支护。由于管片尚未拆除，小挖机可在完整的隧道管片上进行土方清理。

分块拆除并吊出第一环管片上半环后(f<b>、l<b>1、l<b>2、b<b>1或b<b>4)，用小挖机或人工将管片背后的第二层土及固结浆液清理干净，小挖机可站在已拆除管片原位置上，从侧面清理第十二层土及固结浆液。分块拆除并吊出下半环3块管片(b<b>1或b<b>4、b<b>2、b<b>3)。依次循环逐环拆除。

每拆除4整环管片后，进行一次第十二开挖层桩间网喷支护施工，确保基坑稳定。

管片全部拆除后，分层开挖第十三、十四层土体，并逐层进行桩间网喷支护。

首环管片拆除，本次拆除首环编号为14，先将14环与13环间的纵向连接螺栓全部取出，在14环管片上，靠近13环的边缘处打一圈环向水钻，卸除管片纵向顶力，将该环分块拆除。首先拆除f<b>、l<b>1块(或f<b>、l<b>2块)块，凿穿吊装孔，在吊装孔中安装特制吊装螺栓，并通过钢丝吊绳与吊车吊钩连接,缓慢起吊钢丝绳，使钢丝绳处于拉直但管片不受拉力状态，卸除其环向螺栓螺母与纵向螺栓螺母(采用管片螺栓作为顶出工具，用铁锤击打管片螺栓)，随后吊出。再利用管片上端2个环向螺栓孔进行吊装，逐步拆除该环其他管片。

其他管片拆除，根据土层开挖分层，管片拆除分上、下两部分进行，先上后下逐环拆除，拆卸起吊方式基本相同。

管片拆除步骤：为保证安全，上部管片拆除时，视f<b>块位置不同选择f<b>、l<b>1块(或f<b>、l<b>2块)一起拆除，具体如下：

①、吊装工具安装：使用钢钎将f<b>、l<b>1(l<b>2)块管片吊装孔打穿，用2根特制吊装工具安装在管片吊装孔上，并通过两根钢丝吊绳与吊车吊钩连接，缓慢起吊钢丝绳，使钢丝绳处于拉直但管片不受拉力状态(两块管片一同起吊前应检查两片管片之间螺栓连接是否牢靠，经检查合格后方可起吊)。

②、环纵向连接螺栓拆除：采用管片螺栓作为顶出工具，用铁锤击打管片螺栓卸除环纵向连接螺栓螺母。

③、吊运至地面：采用汽车吊将螺栓全部卸除完毕的管片吊至地面，如最后一块管片较紧无法拉出，可人工用撬杆协助将管片水平撬出，或采用破碎头就地破除。

重复上述步骤逐块拆除剩余管片，剩余管片拆除时利用管片上方环向螺栓孔作为特制吊装工具的吊点。为保证施工安全，拆除螺栓时下端环向2根螺栓不宜全部取出，可在剩余1/4～1/3处时，利用提升吊钩将其拉出。

管片吊装，管片拆除后采用200t汽车吊吊装，吊装前先检查吊用绳索、吊具、卡具及每块管片的吊环是否完整有效，须复查环纵连结螺杆是否拆除完，在确保无遗漏且起吊管片与其它管片、连结体完全脱离后方可吊起管片。

将每块管片拼装孔位置凿穿，安装穿心螺栓。吊装前检查穿心螺栓是否安装牢固。由于管片拆除范围上部有3道基坑支撑，且两端附近由于受基坑支撑影响，不具体管片吊装条件，管片拆除后应垂直下放，利用装载机水平运至基坑中部后，再采用汽车吊吊出地面。

管片起吊时应选取好吊起点位并拉好缆风绳控制方向，避免因管片旋转或摆幅过大而碰撞到支撑或作业人员。缆风绳至少两根由两人配合完成，角度由现场实际情况而定。管片吊装时应由专人指挥，同时专职安全员须进行旁站监管，及时制止违规操作。吊装过程中，管片下方严禁站人。

管片拆除注意事项，施工前降水井工作正常，水位降到基坑底板位置以下1m，每天监测两次，如若出现异常及时换大泵或者联系设计增加降水井个数。管片起吊时，作业台车、机械及人员必须撤离出吊出管片下方。下部管片拆除后应及时进行桩间网喷支护，拆除长度不宜超过5环。管片拆除过程中，应加强基坑稳定性监测，并及时预警。

如图4所示，破除管片前应在隧道内布设拱顶沉降及净空收敛监测点。监测点采用反射片作为测点靶标，反射片正面由均匀分布的微型棱镜和透明塑料薄膜构成，反面涂有压缩不干胶，它可以牢固地粘附在构件表面上。通过固定的后视基准点，对比不同时刻监测点的三维坐标，计算该监测点的三维位移变化量(相对于某一初始状态)。该方法能够获取监测点全面的三维位移数据，有利于数据处理和提高自动化程度。

通过监控量测了解管片破除施工对地层与支护结构影响的动态变化，把握施工过程中结构所处的安全状态。通过对监测数据的处理、分析，采取工程措施来控制地表下沉，确保地面交通顺畅和地面建筑物的正常使用。用现场实测的结果弥补理论分析过程中存在的不足，并把监测结果反馈设计、指导施工。通过监控量测对工程施工可能产生的环境影响进行全面的监控。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。