矿山法解救盾构机及盾构空推施工技术

梁晗

摘要：当采用盾构法施工城市轨道交通隧道工程时，若遇到上软下硬地层等复杂地质条件，就会导致盾构机掘进效率低下，既不能快速通过该段区域，又极易造成地面沉降超标甚至坍塌，对敏感建（构）筑物及重要管线造成破坏，最终导致盾构无法按期穿越乃至盾构机被困。依托某新建轨道交通工程盾构空推段施工，介绍了一种复杂条件下矿山法解救盾构机及盾构空推掘进施工方法，对该方法施工工艺流程及其主要操作要点进行了详细说明，并对该方案带来的经济效益和社会效益进行了分析。该施工方法步骤简单，设计合理并且容易实施，具有良好的经济效益和社会效益，可以为同类工程提供参考。

关键词：   矿山法解救盾构机   盾构空推   施工技术   空隙填充

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1  引言

近年来随着城市轨道交通建设的飞速发展，越来越多的城市开始大规模修建城际铁路等城市轨道交通，大多数城市中的轨道区间建设都采用盾构法施工，但由于城际铁路建设的区域一般都处于城市相对繁华的区域，其周边的环境情况相对比较复杂[1-4]。当盾构施工遇到上软下硬地质条件时就会导致其掘进效率极其低下，既不能快速通过该段区域，又极易造成地面沉降超标甚至坍塌，对敏感建筑物及重要管线造成破坏。同时在这种地层掘进时刀具磨损较快，需要经常换刀，换刀前需对土体进行注浆加固，当地面条件无法满足注浆加固施工时就会无法进行带压开仓换刀工作，最终导致盾构无法按期穿越[6-7]。为此，本文介绍了一种复杂条件下矿山法解救盾构机及盾构空推掘进施工方法，该方法步骤简单，设计合理并且容易实施，不仅达到了缩短工期的目的，还节约了施工成本，使掘进效率大幅提高使单位时间内生产产值提高，经济效益良好[8]。

2  工程概况

新建某轨道交通工程原设计工法为盾构法，现场补勘某区间隧道范围内硬岩局部强度大于120Mpa,采用盾构法施工将增加盾构机停机故障及换刀频率，降低掘进施工效率。为确保工期目标的实现，降低因掘进硬岩造成的盾构机故障停机，在靠近盾构接收井处，左线117m、右线89m范围采用暗挖初期支护，盾构机空推拼装二衬管片施工接应盾构施工来达到满足施工工期目标的要求。

3  解救盾构机及盾构空推工艺流程

矿山法解救盾构机及盾构空推掘进施工工艺流程：矿山法接收盾构机、导台施工、砂浆回填并掘进回填段、盾构顶推豆砾石、管片拼装吹填豆砾石跟进同步及二次注浆、紧固管片、空推完成。

4  主要操作要点

4.1  矿山法解救盾构机

盾构受困地段剩余7米，为Ⅵ级围岩，将盾构法改为台阶临时仰拱法开挖。开挖时，考虑区间围岩地质较差，岩体破碎，采用小型挖掘机开挖配合人工，开挖0.5m/榀，单次连续开挖不得超过0.6米。同时应及时支护以防止掌子面裸露时间过长，造成塌方或隧道拱顶下沉或水平收敛从而引起上方道路不同程度变形。掌子面开挖前，先施作超前支护管棚、小导管在进行爆破开挖，出渣采用无轨运输。

4.2导台施工

矿山法隧道导台厚度550mm，采用钢筋混凝土现浇，导台弦长3150mm。导台作为盾构机通过硬岩隧道时的下部支撑，其施工精度直接决定着盾构机的姿态。导台施工模板定位后必须进行测量复核，混凝土浇注后应进行标高的复测，确保导向平台的标高施工精度在0~+15mm以内。导台施工完成后，需对其进行线路联系测量，包括水平及竖直方向，误差超过设计规范要求的，需重新施作。

4.3砂浆回填并掘进回填段

砂浆回填段长度13m，采用M7.5砂浆自盾构与矿山交界处向矿山法隧道方向全断面回填，并进行回填段盾构掘进。

4.4盾构顶推豆砾石

盾构机暗挖段隧道空推掘进时，由于盾构机前方及周边阻力很小，需对盾体及管片周围喷射豆砾石，以便增大摩擦阻力，因此豆砾石应在盾构机进入矿山法隧道前提前备好。豆砾石选择直径为5~10mm，具体备料方量为需填充空隙的60%~70%，给盾构机提供足够的反力的同时也能使管片水平连接螺栓牢固，止水条挤压密实，从而达到抑制成型管片错台漏水的效果。

4.5管片拼装，吹填豆砾石，跟进同步及二次注浆

因盾构机在盾尾处设计有止浆板，故将50导管长度设定为11.2m，使豆砾石充分填充在管片与初支空隙中。导管自盾构机刀盘2、10点位处插入到盾尾后20cm处(盾构机盾体含刀盘总长为11m)，导管与盾体焊接固定，推进前和随同盾构步进时用砼喷射机自刀盘前方向盾构后方吹入豆砾石骨料，每步进一环再一次用砼喷射机向管片背后吹入豆砾石，以确保管片背后充分密实。

随着盾构向前推进及时拼装管片，盾构机在导台上步进，每步进1.6m安装一环管片，本区间管片采用错缝拼装方式。

管片拼装完成后跟进同步注浆及二次注浆。采用注浆压力和注浆量双指标控制标准，即当注浆压力达到设定值、注浆量达到豆砾石理论空隙率的80%以上时，即可认为达到了质量要求。采用水泥净浆、水泥砂浆，或加入水玻璃组成的双液浆，为了保证达到对环向空隙的有效填充，同时又能确保管片结构不因注浆产生变形和损坏，注浆压力取值为

0.1～0.2MPa。由于管片回填注浆时，盾构机前方是敞开的，管片注浆效果可能不理想，必须对管片进行补充注浆。管片安装10环后，间隔6m打开管片二次注浆孔，检查注浆效果，根据检查结果，若注浆效果不好，则进行补充注浆。

4.6  紧固管片

为防止管片连接不牢靠，每隔2环对管片注浆孔处进行支撑加固，点位选取宜为管片成环后的3点、9点钟以上的位置，采用M25钢筋纵向焊接，呈梅花形布置。

4.7空推完成

盾构机步进前拆除刀盘底部边刮刀，防止底部边刮刀与导台过度摩擦，破坏导台、磨损刀具并影响隧道中心线精度。

根据刀盘与导台之间的位置关系，调整各组推进油缸的油压(下部油缸压力略大于上部油缸压力)，保证盾构与矿山隧道间的建筑空隙均匀。盾构推进时，派专人在盾构机前方检查、监测盾构机推进情况。刀盘前方的监测人员与盾构主司机要紧密配合，使盾构机沿导台的中心进行前移，保证盾构前移时管片受力均匀。

5  效益分析

5.1  经济效益

针对复杂条件下矿山法解救盾构机及盾构空推掘进方案的施工，将盾构受困地段盾构法改为矿山法接收盾构机，设计合理，大大缩短了工期，同时砂浆回填段的设置合理可行，在空推段提前堆填豆砾石，也达到缩短施工工期目的[9]。掘进效率大幅提高使单位时间内生产产值提高，经济效益良好。

5.2社会效益

本方案步骤简单，设计合理并且容易实施，能够有效利用空间，施工作业场地集中、固定，便于组织工厂化生产，确保了工程质量，对周围干扰小，施工安全高效，作业面集中，适合各种复杂特殊地质及富水地层使用。

6  结束语

综上所述，本隧道工程采用矿山法解救盾构机及盾构空推掘进施工方案，适用于地下隧道工程矿山法与盾构法相结合的工程领域的情况。该方案步骤简单易实现，接收盾构安全可靠，设计合理且大大缩短了工期，提高了工程质量，掘进效率大幅提高，单位时间内生产产值提高，经济效益良好。

参考文献

[1]  李达. 上软下硬富水地层盾构法施工技术研究[J].铁道建筑技术，2018（5）：68-69+91.

[2]温庆峰.西安地铁典型地裂缝段盾构接收、整体空推、始发施工技术[J].施工技术，2018,47(S4)：1302-1306.

[3]杜万强. 大断面燕尾段隧道盾构长距离空推始发技术[J]. 铁道建筑技术，2013（5）：25-32.

[4]张中阳.地铁盾构空推过暗挖隧道施工关键技术[J].住宅与房地产，2018(03)：179-180.

[5]邓国忠.盾构机空推过矿山法段地铁隧道施工技术探究[J].城市建设理论研究(电子版)，2017(27)：129.

[6]王贺昆.城市地下隧道盾构空推过矿山法段施工技术[J].土工基础,2016，30(03)：375-379.

[7]黎寿.提高盾构机空推通过矿山法隧道施工质量的技术措施[J].广州建筑，2015，43(01)：36-39.

[8]刘盈华,张春强.盾构过矿山法空推施工工艺[J].科技信息，2013(05)：415-416+461.

[9]张广成.盾构空推过矿山法隧道施工技术及质量控制探究[J].建筑技术开发，2019，46(01)：60-61.

作者简介：梁晗（1994年—），男，河北石家庄人，助理工程师，主要从事城市轨道交通工程设计及研究。

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