盾構(gòu)空推過暗挖法隧道施工工法

羅石寶

(中鐵二局股份有限公司，四川成都 610032)

1 適用范圍

本施工工法適用于土壓平衡盾構(gòu)機空推通過暗挖法隧道施工。

2 工法原理

首先對硬巖段和極硬巖段采用礦山法開挖，進行初期支護;然后對盾構(gòu)與暗挖段分界端頭墻進行處理，同時在已進行初期支護的暗挖段施工混凝土導(dǎo)臺，后對暗挖段回填碎石等。在空推掘進過程中，由刀盤前方回填的碎石為盾構(gòu)機提供反力，保證管片拼裝質(zhì)量;同時采用盾構(gòu)機同步注漿系統(tǒng)對管片背后空隙進行充填，并采用管片固定螺桿對已拼裝好的管片加固。在空推拼裝管片通過后，對空推段進行二次補充注漿固結(jié)整環(huán)管片，確保施工質(zhì)量。

3 總體施工方案及施工工藝流程

暗挖盾構(gòu)空推段總體施工流程為:暗挖段開挖初支施工→端頭墻施工→隧道內(nèi)碴土清理→導(dǎo)臺施工→盾構(gòu)機到達掘進→盾構(gòu)機維修及拆盾構(gòu)機周邊刀→盾構(gòu)機步進上導(dǎo)臺(4.5 m)→隧道內(nèi)堆土→盾構(gòu)機步進、拼裝管片通過豎井至空推起始段→橫通道封堵→盾構(gòu)機步進、拼裝管片通過豎井至盾構(gòu)達到段→盾構(gòu)完成空推段掘進→安裝39號和40號刀具→盾構(gòu)機二次始發(fā)。

4 工序施工方法

4.1 端頭墻施工

暗挖段施工完成后要對掘進到達和離開端頭進行端頭墻加固，防止地下水進入和確保暗挖段初期支護的穩(wěn)定，目前最常用的兩種方式是玻璃纖維筋+噴射混凝土和素噴射混凝土兩種。

4.2 礦山法暗挖段導(dǎo)臺施工

隧道開挖完成初期支護后，在隧道底部60°范圍內(nèi)施工鋼筋混凝土導(dǎo)臺。鋼筋混凝土導(dǎo)臺的尺寸根據(jù)所選用的盾構(gòu)機直徑確定。

4.3礦山法暗挖空推段堆填碎石施工

盾構(gòu)機導(dǎo)臺施工完成并達到設(shè)計強度的90%且盾構(gòu)機前體步入空推段導(dǎo)臺(4.5 m)之后，暗挖空推段隧道一定長度范圍內(nèi)首先要進行全斷面回填碎石，此范圍外要在半斷面內(nèi)進行碎石回填。碎石回填的目的是保證盾構(gòu)機掘進時形成正常推進的土壓平衡模式;并提供足夠反力，保證管片止水條密貼，達到良好的止水效果。

導(dǎo)臺施工完成后，待混凝土強度達到設(shè)計強度的90%后，方可在隧道內(nèi)進行碎石回填施工，所需渣土從區(qū)間豎井向下投放至豎井底，通過汽車運輸?shù)筋A(yù)定施工地段，采用裝渣機進行堆填，從盾構(gòu)與暗挖分界點開始往豎井方向回填。盾構(gòu)推進前，刀盤前方依次全斷面填碎石、放坡填碎石。在實際施工過程中，很難填滿整個斷面，只能盡可能滿斷面回填。

4.4 盾構(gòu)到達段施工

4.4.1 拆除刀具

為確保盾構(gòu)順利通過分界墻，準確步入導(dǎo)臺，在拼裝完實推最后一環(huán)時，開倉將2把鏟刀及2把周邊滾刀(39號及40號)拆除。

4.4.2 盾構(gòu)掘進

在解算對數(shù)距離路徑損耗模型的參數(shù)時常采用最小二乘法。最小二乘法可以使誤差平方和達到最小，完成方程解算，得到模型參數(shù)。其線性方程為：

在到達段(實推最后15環(huán))盾構(gòu)掘進采用敞開式模式進行掘進。其掘進施工參數(shù)見表1。

表1 掘進參數(shù)表(一)

在貫通前的最后3環(huán)，要減小推力、降低推進速度。其掘進施工參數(shù)見表2。

表2 掘進參數(shù)表(二)

4.4.3 管片注漿及防止?jié){液前竄措施

每環(huán)按照設(shè)計方量進行同步注漿，同時提高管片抗浮能力，在掘進拼裝完成倒數(shù)第三環(huán)后，停止掘進，在倒數(shù)第10至倒數(shù)第6環(huán)進行二次注漿，確保連續(xù)5環(huán)全斷面注滿。

4.4.4 管片拼裝

為確保隧道貫通后的管片接縫防水要求，在到達礦山與盾構(gòu)分界里程后開始，安裝每一片管片時，首先人工對每片管片連接螺栓進行初步緊固;待安裝完一環(huán)后，用風(fēng)動扳手對螺栓進行進一步的緊固;待管片出盾尾之后，重新用風(fēng)動扳手進行緊固。

4.5 盾構(gòu)機步入導(dǎo)臺施工

碎石回填密封刀盤前方斷面，碎石充填盾體與暗挖初期支護間的間隙，同步注漿正常開啟，管片止水條密封良好。

4.6 盾構(gòu)空推段施工

當盾構(gòu)機進入導(dǎo)臺后，啟動盾構(gòu)機往前掘進，然后開始進行管片拼裝、管片背襯回填工作。

4.6.1 盾構(gòu)掘進

盾構(gòu)掘進模式采用不建壓模式，掘進推力控制在800 t以內(nèi)，當其大于800 t以上，可啟動螺旋輸送機出渣，并控制出渣量，掘進過程中，土倉內(nèi)不加氣壓和泡沫。

4.6.2 拼裝管片

管片拼裝工藝與正常掘進時的工藝相同，管片要根據(jù)盾尾間隙與油缸行程差結(jié)合盾構(gòu)姿態(tài)選擇合適的管片。

在管片安裝時，先人工將每片管片連接螺栓進行初步緊固;待安裝完一環(huán)后，用風(fēng)動扳手對螺栓進行進一步的緊固;待管片出盾尾之后，重新用風(fēng)動扳手進行緊固。

4.6.3 管片固定

盾構(gòu)掘進過程中啟動了同步注漿，如果掌子面上有較大的水在涌入隧道，為防止管片上浮，待管片拖出盾尾后及時在頂部將管片進行固定，管片固定采用從吊裝頭上安裝螺桿進行固定，隔2環(huán)固定1環(huán)。

4.6.4 管片背襯回填

1)空推掘進階段。當盾構(gòu)機開推后啟動同步注漿系統(tǒng)。運用特制三通，利用盾構(gòu)機自身的同步注漿系統(tǒng)由盾尾壓注水泥砂漿和水玻璃同時進入進行注漿作業(yè)。砂漿和水玻璃以4∶1的比例混合同時進入，以期達到快速凝固來使管片與初支及地層間緊密接觸，以提高支護效果。

同步注漿漿液采用水泥砂漿，配合比為水泥∶膨潤土∶粉煤灰∶砂∶水 =150∶40∶440∶720∶470，砂漿稠度控制在 10 ～11 左右。

2)空推完成后。空推段掘進完成后停止掘進，對空推段所有管片拱頂背后進行填充，同時對所有管片螺栓進行再次復(fù)緊。

4.7 盾構(gòu)空推質(zhì)量控制措施

4.7.1 防止管片上浮和下沉措施

1)在盾構(gòu)機過空推段每隔2環(huán)采用特制支撐螺桿對管片注漿孔進行支撐加固，加固注漿孔位置的選擇為成環(huán)管片3點，9點鐘以上的位置。2)加強管片姿態(tài)監(jiān)控，測量組每6環(huán)對管片進行一次姿態(tài)測量，如發(fā)現(xiàn)管片有上浮和下沉趨勢應(yīng)及時調(diào)整施工參數(shù)，盾構(gòu)操作手也應(yīng)根據(jù)測量數(shù)據(jù)適當調(diào)整注漿量。3)為防止管片在盾構(gòu)步進后產(chǎn)生上浮，在施工過程中，管片背襯注漿只從管片大跨上部進行壓注，注漿壓力不大于1 bar，盡量從管片的大跨以上進行注漿，并保證管片兩側(cè)同步注漿，避免因注漿而對管片產(chǎn)生偏壓，造成管片移位。4)如發(fā)現(xiàn)管片在后續(xù)過程中由于水壓上浮，應(yīng)及時對管片下部注漿口開孔放水。

4.7.2 防止管片錯臺措施

盾構(gòu)步進時提高背襯同步注漿，同時通過試驗調(diào)整配合比，確保初凝時間在6 h以內(nèi)，保證管片下部有足夠的抗力。在必要時，縮短回填注漿工作面與管片安裝工作面的距離，甚至在盾尾外側(cè)直接進行回填注漿。

加強對盾構(gòu)姿態(tài)的控制，糾偏不能過急，以每環(huán)不超過10 mm的糾偏量為宜。同時確保60 mm以上的盾尾間隙以防止盾殼作用力于管片。

在盾構(gòu)機過空推段往往由于反力不夠容易造成管片螺栓不能完全復(fù)緊，在拼完每環(huán)管片后應(yīng)及時對后面3環(huán)管片螺栓進行復(fù)緊，在每次交班前對所有以拼裝管片復(fù)緊，空推結(jié)束后對所有管片螺栓復(fù)緊。

4.7.3 盾構(gòu)機姿態(tài)控制措施

1)調(diào)整好盾構(gòu)機從實推段到空推段進洞姿態(tài)和空推段到實推段時的出洞姿態(tài)，確保盾構(gòu)機進出洞時的旋轉(zhuǎn)值Roll＜±3 mm/m。

2)導(dǎo)臺的施工精度在±10 mm以內(nèi)。

3)空推過程中，控制盾構(gòu)機姿態(tài)水平和垂直偏差都在±50 mm，管片拼裝后加強管片姿態(tài)監(jiān)測頻率。

5 施工經(jīng)驗總結(jié)

1)暗挖空推段初期支護施工時要預(yù)留足夠的變形量，要勤進行導(dǎo)線測量和斷面測量，初期支護不能侵限。

2)到達端頭施工時要做好止水施工，防止盾構(gòu)到達時將初支推塌;盾尾進入導(dǎo)臺3環(huán)～5環(huán)后要對到達端頭進行全斷面止水注漿，防止地下水大量涌入空推段造成管片上浮。

3)空推段的堆填料要具有高透水性，不能遇水膨脹，最好采用成分良好的碎石。

4)要控制好推力，掘進速度不能過快，要控制好盾構(gòu)機姿態(tài)，要嚴密監(jiān)測管片姿態(tài)，防止管片大面積錯臺、上浮或下沉。

5)做好管片背后的排水和注漿。

［1］王家祥，羅石寶.中鐵二局股份有限公司深圳地鐵5號線5305標盾構(gòu)空推施工方案［Z］.2008.