復雜地層中盾構空推過礦山法隧道的施工風險及質量控制措施

陳文

（中國鐵建十一局集團城市軌道工程有限公司　武漢　430000）

1　引言

我國城市地鐵隧道通常采用盾構施工。但是在廣州、東莞等地常遇見全斷面硬巖、孤石群或長距離上軟下硬的地層，存在掘進速度慢、刀具磨損多、安全風險大等問題，為解決這一難題，現普遍采用“礦山法開挖+盾構法襯砌”的工法，即盾構空推過礦山法隧道法。

2　工法原理

盾構空推法的原理是地層復雜段的盾構區間隧道硬巖段采用礦山法開挖成型初支，再利用盾構機空推，拼裝管片通過。具體做法是首先在復雜段的盾構區間隧道采用礦山法開挖施做初期支護，然后在初支仰拱上施做鋼筋混凝土弧形導臺，最后盾構機沿著導臺空推拼裝管片通過隧道并噴射豆礫石填充盾構管片與初支襯砌之間空隙的施工方法。

3　施工風險

3.1　礦山法隧道欠挖，盾構空推時卡住刀盤的風險

礦山法隧道采用了爆破法開挖，爆破施工時，容易產生欠挖情況，盾構機通過時容易發生刀盤卡殼現象。

3.2　盾構機上導臺前姿態偏差過大，擠壓破壞礦山法隧道初支結構的風險

盾構在進入礦山法隧道空推段之前，需要穿越一段上軟下硬地層。在基巖強度超過100MPa的上軟下硬巖層中掘進，由于隧道范圍內上下部分地層強度差異性極大，導致盾構機在該地層中容易發生姿勢上抬現象，影響盾構施工姿態的控制，容易造成隧道軸線嚴重偏移，一旦盾構機姿態偏差過大，必然導致盾構機刀盤擠壓破壞礦山法隧道初支結構，引起結構破壞和后續空推施工無法掌控盾構機姿態的風險。

3.3　盾構前進反力不足，易導致管片接縫滲漏

因盾構機前方沒有土體，在無正面土壓力的狀態下推進，盾構前進的阻力所提供的反力遠小于管片止水膠條所需的擠壓力。從而易產生因反力不足而導致管片止水膠條擠壓不實，影響管片止水條的防水性能造成管片接縫滲漏。

3.4　豆礫石填充不密實、管片上浮的風險

管片與隧道初支間空隙較大且不均勻，注漿時操作難度大，而且填充效果差，從而導致頂部回填注漿難以密實，極易發生管片上浮和側移，直接造成管片錯臺或崩角，嚴重時會侵入建筑限界。

3.5　盾體發生扭轉及抬頭的風險

由于盾構殼體外部不具備設防自轉裝置條件，且盾構機與礦山法隧道初支之間存在一定的空隙，在盾構空推過程中，存在盾體扭轉及抬頭的風險。

4　關鍵控制措施

4.1　礦山法隧道的欠挖處理

礦山法隧道采用了爆破法開挖，為保證隧道斷面的尺寸，在初支施作后，應對斷面進行復測，每隔4.5m進行一個斷面測量，每個斷面測量10個點，對于測量發現的欠方部位，采用人工鑿除的方法進行處理，確保隧道初支凈空滿足設計要求。

4.2　盾構上導臺前的控制措施

在盾構機距離端頭墻150～200m時，對盾構隧道和礦山法隧道內所有測量控制點進行一次整體的、系統的復測和聯測，對所有控制點的坐標進行精密、準確的平差計算。在盾構機距離端頭墻100m、50m時，分別人工復測盾構姿態，及時糾正偏差，確保盾構順利進入接收段。在盾構機距離端頭墻50m時，根據盾構機的貫通姿態及掘進糾偏計劃進行推進，選擇合理的掘進參數，糾偏要逐步完成，距離端頭墻前25m時，逐漸放慢掘進速度，推力逐漸降低，緩慢均勻地切削洞口土體，以確保到達端頭墻的穩定性和防止地層坍塌現象。

4.3　盾構空推掘進及管片拼裝的控制措施

可通過加設支撐結構，為盾構機空推提供反力，盾構機每掘進一環，都從刀盤開口伸出4個支撐頂在隧道初支上提供的反力，使盾構機推進千斤頂總推力達到300～500T。管片壓緊擰緊螺栓，收回支撐臂，然后恢復盾構繼續推進。為保證管片止水帶的壓密防水效果，管片安裝完后及時整圓并做好管片螺栓的三次復緊工作：管片拼裝成環時，其連接螺栓先逐片初次擰緊，脫出盾尾后再次擰緊。當后續盾構掘進至每環管片拼裝之前，對相鄰已成環的3環范圍內管片螺栓進行全面檢查并復緊。尤其加強支撐施加反力時的縱向螺栓復緊工作。

4.4　盾構管片背后填充的控制措施

豆礫石必須在盾構始發進洞前儲運完成。豆礫石粒徑為5～10mm，數量可根據礦山法初支隧道與成型盾構管片背后的間隙計算而得，根據實際情況適當增加，豆礫石的堆放應從礦山法隧道掌子面向始發洞口方向均勻堆放。管片脫出盾尾后，盾殼與管片之間約有13cm的間隙，首先通過底部管片吊裝孔作為注漿孔注入少量雙液漿，以防管片下沉產生錯臺。然后采用2臺噴射機從盾構機刀盤上方1點和11點位置交替噴射，噴射時槍頭置于盾體上，超挖過大可以適當增長噴射時間，如此反復至間隙填充飽滿。每隔10m在盾構機的切口四周用袋裝砂圍成一個圍堰，圍堰高度不小于4m，以防注入管片背后的豆礫石前竄。

4.5　防止盾構機扭轉及抬頭的措施

盾構殼體外部不具備設防自轉裝置條件，為了防止盾構空推過程發生扭轉及抬頭現象，具體措施為：在噴射豆礫石過程中，要及時清理刀盤下面殘留豆礫石，始終保持刀盤前方2m范圍內導臺表面清理干凈，防止豆礫石下穿盾體引起盾構機抬頭。在盾構機通過礦山法隧道期間，嚴禁轉動刀盤，防止盾體扭轉。從盾體預留孔處注入低強度水泥漿液，使盾殼與隧道初支間空隙盡可能填滿，以增加盾構殼體轉動阻力，待水泥漿開始初凝時再繼續掘進。每拼裝完一環管片，在尾盾盾體與管片側面接口處用簽字筆畫一條線，通過觀察這條線的對接情況來判斷盾體是否扭轉及扭轉的大小，發現盾體扭轉時應立即停止向前掘進，及時查找原因并采取糾正措施。

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