中铁十二局集团第二工程有限公司 030000
摘要：盾构空推过矿山法隧道是盾构工法应用中较为特殊的一种工况，其施工难度及施工技术要求较高。本文通过典型工程实例：将军祠站~文灶站区间小半径曲线隧道单井口的复杂始发条件介绍这一工况下盾构施工的关键技术与成功经验，为今后类似工程 提供一定指导或借鉴。
关键词：盾构竖井始发；空推；矿山法隧道；施工技术
1工程概况
将军祠站～文灶站区间盾构区间起点里程YDK3+842.444，将军祠站终点里程YDK3+297.143，全长545.301米，左线短链17.815米。将军祠站～文灶站区间从文灶站始发，沿湖滨中路前行进入文园路，到达将军祠站。区间以R=350m曲线出文灶站后，以R=600m曲线进入文园路，到达将军祠站，区间纵剖面采用单面坡，最大坡度为18‰，区间隧道埋深8.5m～18.2m。在YDK3+842.444~YDK3+857.695处设置盾构始发井，该盾构井兼作联络通道。区间在YDK3+857.695~YDK3+955.342段因基岩面突起，采用矿山法施工；始发段YDK3+765.444~YDK3+842.444因基岩面突起，采用矿山法施工，盾构空推通过。隧道洞身和隧道基本围岩以微风化花岗岩层为主，强度较高，采用盾构法施工较困难，故采用矿山法初支+盾构空推拼管片通过的组合工法。
盾构空推段与盾构段之间设置一道玻璃纤维筋混凝土堵头墙，始发端厚度0.4m，堵头墙在接口处初支完成后进行封堵。为保证刀具顺利切削，端墙务必处理平整。
2盾构机进矿山法隧道前的准备
2.1 导台测量及断面超欠挖测量
矿山法隧道导台厚度400mm，采用混凝土喷锚配合钢筋网片施做，导台弦长4064mm。靠近端墙位置预留1.5米不施做导台，预留刀盘转动空间，避免刀盘卡死。导台是盾构机通过暗挖隧道时的下部支撑，其施工精度直接决定着盾构机的姿态。导台施工标高定位后必须进行测量复核，混凝土喷锚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，由测量班对导台进行线路联系测量，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。
由于矿山法隧道采用爆破施工，隧道断面存在大量的超挖或欠挖现象，一旦隧道欠挖严重，盾构机无法通过，后期处理难度较大。在盾构机进矿山法隧道之前对矿山法隧道进行断面测量，发现有欠挖现象，则提前处理。
为保证盾构姿态控制，需要注意以下几点：
①将盾构机沿曲线的割线方向掘进，预偏量为20mm，以减小管片因受侧向分力而引起的向圆弧外侧的偏移量；
②适当降低推进速度，控制在1~2cm/min。在盾构机推进启动时，推进速度要以较小的加速度递增；
③推进时，要适当调整左右两组油缸的压力差，使曲线内侧油缸压力略小于外侧油缸压力，但纠偏幅度不要过大，避免纠偏过大造成管片破裂。
始发托架安装时依据盾构机割线始发姿态对始发托架进行定位，施工盾构井底板时，按照测量放样的基准线在盾构始发位置预埋钢板。按照测量放样的位置，将始发托架吊入井下就位焊接，并组装始发托架，始发托架安装完成后测量班进行复核，如有偏差进行微调，最后进行焊接。
3.2负环管片安装
本次始发，采用9环负环加1环零环，共计10环。由于场地限制采用分体始发，为方便材料下井，负环为半环拼装。负环管片采用通缝拼装，便于后期负环拆除。
在盾构机向前推进之前，先进行－9环和－8环负环管片安装。管片环向和纵向螺栓均需连接牢固。负环拼装时-9环的定位相当重要，对后面的管片拼装起着基准面的作用。同时为了确保盾构机进洞以后，盾构机和管片姿态一致，需根据隧道轴线走向对－9环进行定位，尽量保证－9环和盾构姿态保持相对平衡。
负环管片在推出的过程中要及时将负环管片支撑，包括底部及侧面支撑。当-2环整环负环推出盾尾400mm时，必须用钢丝绳和手拉葫芦箍紧，避免负环管片失圆过大引起管片拼装困难。
为保证盾构隧道管片的拼装质量，提前调整管片拼装姿态。将负环与反力架空缺部位用钢支撑进行联系支撑，并让推进油缸顶紧管片。注意预留下料空间。效果如图：
4盾构矿山法隧道内空推
4.1 盾构机步进
盾构机向前步进前，观察刀盘外侧刀具是否与导台干扰，如相互干扰提前拆除，二次始发前装回。
根据刀盘与导向平台之间的关系，调整各组推进油缸的行程，使盾构姿态沿设计线路方向推进。前期推进速度一般控制在15~40mm∕min之间，工艺熟练后推进速度可达到40~60mm∕min。下部油缸压力略大于上部油缸压力。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，主要检查矿山法隧道是否有侵入盾构刀盘轮廓的岩石存在、盾构前体下部与导台的结合情况等。盾构推进时，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。
盾构空推由于管片与隧道初支空隙较大且不均匀，导致顶部注浆难以密实，管片上下压力不平衡而出现上浮状况。现场通过豆粒石密实填充与同步注双液浆等措施进行有效控制，管片脱出盾尾后及时进行双液注浆，快速固结所有填充物。控制隧道垂直偏差±50mm以内。对空推隧道进行连续监测，对监测结果进行线性分析，对隧道变形趋势进行预判并处理。
4.2豆粒石填充
豆粒石填充原计划采用湿喷机在刀盘前面喷射，受困于场地狭小，未能进行。我部采用人工从刀盘两侧向左右盾体间隙铲豆砾石的方式，每隔5m在盾构机的切口四周用袋装砂石料围成一个围堰，围堰范围不小于2：00~10：00的时钟位置，以防管片背后的豆粒石、砂浆前窜。
4.3 管片拼装
加强管片选型工作，通过控制盾尾与管片外表面的间隙，确保管片拼装符合设计要求。管片拼装工艺与正常掘进时的工艺相同。选型时，根据盾尾间隙与油缸行程差，结合盾构姿态选择合适的管片。
管片每安装一片，先人工初步紧固连接螺栓；安装完一环后，用风动扳手对所有管片螺栓进行紧固；管片出盾尾后，重新用扳手人工进行紧固。
4.4 同步注浆
4.4.1同步注浆浆液性能
同步注浆采用水泥砂浆。浆液初凝时间为6h，终凝时间为8h，施工时根据盾构机推进过程中浆液的流动情况，适当调整浆液胶凝时间。
4.4.2注浆工艺
同步注浆在每环管片豆粒石人工回填后进行，与盾构机步进同步。注浆通过盾构机自身配备的同步注浆系统，采用手动控制方式，由人工根据现场情况调整注浆流量、速度、压力。
（1）注浆压力：为保证对管片背后空隙的有效填充，同时防止砂浆前窜至刀盘前方，注浆压力取值为0.05～0.08Mpa。
（2）注浆结束标准：同步注浆时盾壳外围是敞开的，压力变化不大，不以压力作为注浆结束的控制标准。当注浆量达到能够顶托稳固管片时，即可结束注浆，约注2m³。在注浆过程加强对盾构机四周以及盾壳外部的围堰变形的观测，发现有浆液外泄，应暂时停止注浆。
4.5盾构始发洞门临时密封
盾构机空推进洞后，洞门临时密封采用在始发洞口砌砖墙进行封堵，并绑扎钢筋网片，然后进行喷锚稳固，防止隧道内豆砾石及浆液外流。顶部预留注浆管口及排气口，空推完成后，在顶部进行注浆，填充管片上部与初支之间间隙。确保隧道质量，避免空推段沉降。
4.6盾构机二次始发
盾构机即将到达端墙掌子面时，即对盾体周围尽可能多的填充豆粒石，填充完毕后将刀盘前面清理干净，拆除刀盘内部防止空推时刀盘变形而焊接的支撑。从盾体预留孔注入低强度水泥浆，使盾壳与隧道初支间空隙尽可能填满，以增加盾体转动阻力，待水泥浆初凝后再继续掘进。盾构机顶到掌子面同时开始转动刀盘，根据滚动角变化，调整刀盘左转右转方向。推进速度控制在5mm以内，直至盾体进入土体，滚动角变化不大为止。盾构机身进入土体后开始正常掘进。
5结语
盾构机空推过矿山法隧道是由于在盾构机掘进方向前方出现长距离硬岩或上软下硬地层、孤石群以及其他特殊状况，盾构直接切削将造成刀具非正常损坏甚至刀盘磨损、引起重大甚至难以控制的损失。预先通过矿山法对隧道开挖初支，盾构机才能得以顺利通过。该施工模式的优点在于一方面使盾构机能快速连续通过不良地层，降低了工期风险，另一方面减少了盾构开仓换刀的频率，有效控制施工风险。
通过本工程实例，盾构机空推过矿山法隧道时，只要控制好导台施工质量、盾构机进出隧道姿态、管片拼装质量、壁后间隙填充等关键工序是完全可以保证工程质量的。因此，在今后类似工程条件下，采用矿山法开挖初支与盾构空推拼装管片模式不失为一种较好的工法选择。
论文作者:曹志勇
论文发表刊物:《基层建设》2017年第36期
论文发表时间:2018/4/9
标签：盾构论文; 管片论文; 隧道论文; 矿山论文; 注浆论文; 豆粒论文; 浆液论文; 《基层建设》2017年第36期论文;