礦山法施工隧道內盾構接收技術

林 韻

上海市基礎工程集團有限公司 上海 200002

1 工程概況

福州軌道交通1號線工程07合同段上藤站—達道站區間包含長550 m礦山法施工隧道，其中200 m位于危舊居民區下方。礦山法施工爆破對隧道圍巖的影響較大，會帶來上部房屋的變形開裂，施工風險大，故將部分原礦山法施工隧道更改為盾構法施工。統計礦山法施工改盾構法區間隧道下行線環數共183環，盾構接收段平面曲線段為緩和曲線段，豎曲線方向坡度為-2.67%。盾構機采用海瑞克S735-φ6 450，刀盤外徑為6 500 mm。

礦山法施工隧道內的盾構接收區域（上藤站方向）內地層主要為[15]散體狀強風化花崗巖、[16]碎塊狀強風化花崗巖，巖體自立性較好，巖石裂隙水豐富。

[15]散體狀強風化花崗巖為灰黃-褐黃色，部分礦物風化強烈，巖體極破碎，巖芯呈砂土狀。巖體完整程度屬極破碎，巖體基本質量等級為Ⅴ類，礦山法施工隧道內接收位置厚度15 m左右，頂板標高-0.80 m。

[16]碎塊狀強風化花崗巖為褐黃色-淺灰色，巖體破碎，巖芯呈碎石狀為主。巖體完整程度分類為破碎，堅硬程度屬較軟巖，巖體基本質量等級為Ⅴ類。厚度2.20 m左右，頂板標高-16 m。

[17]中風化花崗巖主要位于礦山法施工隧道內盾構接收位置下方，淺灰白-淺肉紅色，節理裂隙較發育，局部為發育，多不規則，巖體較完整，巖體基本質量等級為Ⅱ類。

涉及的地下水主要為基巖裂隙水，賦存于場地內的[16]碎塊狀強風化花崗巖、[17]中風化花崗巖中，水位埋深為6.10 m，高程為5.11 m，具弱承壓性。

2 基本施工思路

考慮到礦山法施工隧道掌子面的巖體主要是 散體狀強風化花崗巖，同時隧道往上藤路站方向有2.70%的坡度，如在掌子面對土體進行管棚和小導管注漿等預加固，則一方面施工時間較長，另一方面施工風險較大，容易引起地面的隆起或沉降。管棚和小導管加固方式見圖1。

圖1 掌子面管棚和小導管加固示意

經過仔細研究并結合現場情況，擬定在礦山法施工隧道內澆筑一段素混凝土加固體，盾構機穿越素混凝土加固體進洞，過程中盾構機盾尾同步注漿進行密封，盾構機進洞定位于預設軌道上后，焊接弧形鋼板封閉并注漿填充管片與素混凝土之間的縫隙[1-3]。

3 隧道內加固、預埋件安裝和接收軌道設置

隧道洞圈采取預先在盾構法施工隧道與礦山法施工隧道交界位置，礦山法施工隧道二襯上預埋一圈圓弧鋼板（在二襯施工的同時進行預埋），以便與盾構接收環管片施焊密封。同時在洞圈上加焊1道盾尾刷，并在盾尾刷間隙內注滿油脂，以阻擋盾構進洞時可能發生的漏水、流砂，減少水土流失，保證盾構機接收時地面建筑的安全。

洞圈后在已建礦山法施工隧道內初襯凈空中澆筑一段長約15 m的素混凝土加固體，長度需大于盾構機本體，澆筑方式選擇分層、多次澆筑，每層厚2 m，長度4～6 m，澆筑前提前做好模板支撐，澆筑完成后素混凝土加固強度達到設計值時及時拆除模板及支撐；每層澆筑前需用磚塊在澆筑基面上砌筑排水溝，并用塑料薄膜固定在掌子面上，將地下水引至排水溝中，同時在排水溝中安放引流管路；考慮到進洞段隧道往上藤路站方向有2.70%的坡度，頂層澆筑前在隧道頂部預埋排氣孔，澆筑完成后亦可用來注漿密實加固體（圖2）。

圖2 隧道加固、預埋件安裝示意

在盾構機預定接收位置，進行隧道加固體及二襯施工前，預埋800 mm×800 mm正方形軌道鋼板，放置方式沿盾構機前進方向每2 m一組，單組放置方式為隧道斷面二襯下部呈60°，左右各放置1塊。因礦山法施工隧道直徑（6.90 m）大于盾構機直徑（6 450 mm盾構），二襯預埋件還需加墊鋼板并焊接后方可設置接收軌道，以滿足接收架受力要求，接收架計算標高略低于盾構機[4]。

4 盾構機接收施工

當盾構推進至最后30環時，需復核盾構機位置及姿態，并請第三方測量單位進行對比測量。之后每推進4環由人工確認盾構機的當前姿態，評估盾構機進入礦山法施工隧道的姿態，確認施工軸線和推進中的坡度值，數據確定無誤后，按測量數據調整盾構機的姿態，向洞門中心位置推進，推進速度控制在10 mm/min左右。

盾構機掘進到174環時停機，向土倉內壓注40 m3惰性漿，壓力控制在150 kPa，使盾構土倉內填充滿惰性漿液，防止后方止水注漿漿液竄入土倉之中。壓注水泥漿順序從盾尾后方完整的第1環管片（從前往后數第4環管片）開始，考慮到盾尾下部侵入一部分巖石之中，水泥漿壓注從管片底部開始，直至盾構第1節臺車前完成露出的管片。水泥漿液配合比控制在0.70～1.00，注漿過程壓力控制在0.30 MPa左右，不得超過0.50 MPa，注漿過程中同時觀察管片是否有變化，以防止漿液壓力過大，造成管片破損。注漿應遵循“少量多次”原則，盡量使漿液在盾構周邊土體中壓注密實，最大程度起到止水效果。注漿過程中，盾構機應每5～6 h轉動一下刀盤，并在掘進3～5 mm之后停機，防止注漿過程中漿液將盾構殼體固結。如圖3所示。

圖3 盾構機進洞施工示意

盾尾注漿完成后，盾構機恢復掘進，盾構刀盤前方素混凝土厚度約4 m。盾構繼續掘進過程中，控制總推力大小（表1），防止盾構過早將素混凝土墻體頂垮，盾構接收環拼裝后，需再做數環推進，方能滿足盾尾密封工作空間要求，這數環襯砌可只做拱底塊拼裝，但需同樣擰緊縱向螺栓，以免接收環襯砌脫落。

表1 盾構總推力大小控制

盾構掘進至176環管片安裝完成后，停止同步注漿，采用隧道內壓注水泥漿液代替，此時脫出盾尾管片存在突然下落風險，故采用φ55 mm實心圓鋼（每根長450～500 mm）分別擊穿7#與9#管片吊樁孔，并與管片吊裝孔焊接牢靠。

測量結果表明，與掌子面交界的二襯的平均偏差值沿盾構推進方向偏右28 mm，偏上16 mm，盾構接收時姿態控制調整為偏右30 mm，偏上20 mm；當盾構刀盤露出后，此時掌子面素混凝土墻已發生倒塌，應迅速清理刀盤前方的素混凝土垃圾。

盾構完成183環管片拼裝后，使用安裝拱底塊管片將盾構機完全落入接收架之上，并使盾尾距離二襯鋼套前段約1 m，為后續弧形鋼板（“月亮板”）安裝騰出空間。

接收環管片落入長800 mm二襯上預埋的整圈圓弧鋼板上后，利用預先做好的多塊圓弧鋼板（厚8 mm）焊接在管片與預埋的鋼板間，確保二襯與接收環管片間的密封性，如圖4所示。

此次“月亮板”焊接封堵，存在地下水較多的風險，且工藝較常規的不同，多出一套外接式圓形鋼板需接至二襯內預埋的鋼板內側，如下部地下水過大，施工時應遵循由上部向下部進展的施工順序。

圖4 焊接“月亮板”封閉管片與二襯間隙

焊接好“月亮板”后，用割刀在其上開孔（一圈圓弧鋼板在上、下、左、右依次開1個孔，共4個），安裝注漿閥，并與注漿設備連接，開始實施對盾構接收段的管片背部與土體間充填注漿（單液漿）。注漿遵循少量多次原則，施工過程中應降低注漿對上部土體的影響，并加強對地面沉降的監測，直至注漿影響的地面區域監測數據趨于穩定后結束。

接收段管片背部注漿施工完成后，開始制作井接頭，此井接頭較常規尺寸有所增大，配筋形式與常規一致，但因外徑變大導致體積增加，井接頭外徑為6.90 m，內徑為5.50 m。鋼筋綁扎完成后進行模板安裝，之后進行預拌混凝土澆筑，混凝土達到規范強度要求后，拆除模板。

盾構機進洞過程中，隧道上方地面發生沉降變形，地表沉降最大的點是盾構機正上方的JC5-0測點，累積沉降量達到-12.87 mm，距離中心點兩側的測點累積沉降量依次減小。盾構機在推進到174環停機前地表沉降量較大，開始壓注水泥漿后沉降趨于平緩，甚至有少量隆起，注漿完成后，繼續掘進地表開始第2次沉降，直至盾構機進洞，再對“月亮板”后縫隙進行注漿后，沉降趨于穩定[5,6]。

5 結語

國內部分城市的地質情況復雜，土層情況變化大，短短的一段距離內，土質可能突然從沉積層過渡到硬巖，區間隧道中局部出現巖層凸起的情況也屢見不鮮，盾構法加礦山法施工的區間隧道施工方法對于這種土質情況十分適用，有著廣闊的應用前景。