盾構通過礦山法施工關鍵技術及安全風險評估管控

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0 引言

在隧道中施工時，經常會遇到地層較為復雜且巖層難以通過的狀況，若要加快工作進度同時能夠保證施工的安全性，則一般都會將盾構法與礦山法結合使用來達到目標。二者結合在隧道段施工，一般都是以下流程：首先便是使用礦山法爆破，將巖石層（包括為風化巖）全部清除，此時注意，其施工斷面要能夠大于盾構外徑的初期襯砌，同時要在此時完成管片的拼裝以及壁后注漿的流程。完工后再緊接先前完成的施工進行操作，將盾構機進入礦山法所形成的隧道，重新進入土體進行第二次的挖掘。

隧道施工時，往往內部的地質條件不確定，而且水文條件復雜，若施工時，兩種方法不能夠完美的銜接，則會產生較大的危險性，就此，本文將對各類潛在的風險進行評估并提出管控措施。

1 盾構通過礦山法施工關鍵技術

使用盾構通過礦山法在隧道進行施工時，涉及到的技術往往較為復雜，文中主要介紹的關鍵性的技術如下：導臺施工技術、二次注漿技術、特殊情況的處理技術等。上述技術能否準確有效的進行實施，將直接關系到隧道施工能否安全完成。

1.1 導臺施工技術

一般來說，在用二者結合進行施工時，導臺施工技術是首先被考慮的。該技術指的就是對隧道底部的導向平臺進行針對性的施工。該處的關鍵導向平臺，其作用就是為盾構機的向前推進進行指導方向。應用具體如下：導向平臺的建立采用的是混凝土施工法，將其建立在 15cm左右的高度，并保證高度與弧線能夠維持在一定的誤差范圍[1]。但必須注意在實際中，施工必須確保隧道的中心與平臺的弧長維持在60度的夾角上，以便能更好的發揮其功能，保證隧道施工的導向，提高其質量，使施工流程能夠順利的完成。

1.2 管片填充技術

使用盾構礦山法施工的過程中，管片的填充是必不可少的一道流程。其具體的填充方式如下所示：首先，就管片的填充順序上，應當保證遵循先下后上的規則，先填充導臺，再對其左右側進行相應的填充，最后則是將隧道上部[2]填充完成。

同時，要注意的點便是豆礫石的填充，應在導臺的填孔內注滿，其他則主需要一部分即可，以此保證質量。

1.3 二次注漿技術

根據施工實際的情況需要，必須將縫隙填密實因此便需要進行由洞門開始的二次注漿處理。但該過程中應注意，管片會由于漿液的浮力而上浮，所以為阻止上浮，應在管片上安裝支頂從而保證灌漿的質量，進而使縫隙密實度提升，使灌漿的效果達到最佳的水平[3]。在二次灌漿完成后，緊接著便要測量整個隧道的高程，確保上浮量不超過1.5毫米。

1.4 特殊情況的處理技術

在進洞時，有時會發生涌水的情況。應當對其細致觀察，先了解地下水的實際狀況，再進行地面的預埋注漿管，并立刻將刀盤推進，通過洞門，并將盾體使用棉胎進行填塞，待到水流變小，快速通過并封住洞門[4]。

2 盾構通過礦山法施工危險源分析

2.1 欠挖時的刀盤卡殼風險

由于礦山法在開挖時使用的是爆破法，而爆破法常見的問題就是容易出現欠挖狀況，進而導致盾構機通過時，刀盤發生卡殼。

2.2 盾構機姿態偏差過大破壞初支結構的風險

由于在礦山法完成時，使用盾構法需要先進入一段隧道空推段，而在此之前，必須穿越一段上軟下硬的地層。此時若基巖的強度過大，超過100Mpa時，由于上下地層的強度差異性，會使盾構機在運轉中產生姿勢上抬的反應，影響其施工效果，且極有可能使得隧道軸線與嚴重偏離應放置位置，且一旦姿態偏差超過一定程度，必會導致刀盤對礦山法施工所形成的隧道內結構造成巨大的影響，甚至會導致結構破壞，使得接下來的空推無法進行。

2.3 盾構前進反力不足導致管片接縫滲漏

由于盾構機推進的過程中無前方土體的阻力作用，會形成一種反力遠小于管片止水膠條保持原有狀態所需擠壓力的狀況，以至于因此使膠條受到過少的擠壓引起防水性能下降，從而使管片處的接縫滲漏。

2.4 豆礫石填充不密實導致管片上浮的風險

若豆礫石無法進行緊密的填充，往往會使管片與礦山法形成的初支產生較大的不均勻空隙，增大了注漿的難度，嚴重降低了填充效果，進而引起頂部回填注漿密實度難以達到要求的狀況，使管片上浮并側移，以及管片錯臺或崩角的現象，若情況較嚴重，還會侵入建筑限界。

3 盾構通過礦山法施工安全管控措施

3.1 礦山法隧道的欠挖處理

由于爆破開挖法的使用，在此采取以下措施對其進行欠挖狀況的管控：首先在初支完成后，緊接著要以每4.5m為一個間隔對斷面進行復測，一般對每一個斷面都是選10個點進行測量，若發現欠方部位，應及時使用人工鑿除的方法進行彌補，保證其凈空的尺寸能夠符合要求，保證斷面的尺寸。

3.2 盾構上導臺前的控制措施

當運行到盾構機與端頭墻只有大約150至200米距離時，應及時的對于該方法中的所有測量控制點，盡行全方位、具體的系統復測以及聯合測量，保證其準確性。當進一步推進到100m及50m時，則應當對兩個狀態分別的進行人工復測其盾構姿態，有助于保證其準確性和及時的發現問題，使得施工能順利的進入接收端。當達到50m時，應當根據盾構機貫通時的姿態以及所制定好的糾正方案穩步推進；當達到25m時，便要放慢其速度，慢慢掘進，緩緩降低所施加的推力，將洞口的土體削勻，保證端頭墻能夠始終處于穩定的狀態，避免坍塌現象的發生。

3.3 盾構空推掘進及管片拼裝的控制措施

為避免沒有反推力導致膠條損壞，可以通過對其增加支撐結構的設置，人為的使其得到一個反力，每次當盾構機掘進一環，便在刀盤開口提供四個產生反力的支撐頂，使千斤頂的總推力達到 300至 500T。緊接著，將管片的螺栓進行檢查，對其要擰緊，然后及時地將支撐臂收回，使盾構繼續地進行推進。為保證避免出現漏水現象，要對管片的螺栓進行以下三次的復緊工作:

1.當管片被拼裝成環時，進行第一次的擰緊；

2.當其脫出盾尾時，第二次擰緊；

3.當接下來盾構繼續往前推進，一直到沒環的管片進行拼裝之前，對三環范圍內的已經相鄰成環的螺栓，特別是在加強支撐臂時，實施復緊工作。

3.4 盾構管片背后填充的控制措施

此處對于豆礫石有更加嚴謹的要求。豆礫石應當保持直徑在 5～10mm的范圍內，且其儲運工作應在盾構開始進洞前必須完成。其數量可根據初支隧道與成型盾構管片背后所形成的空間來進行計算得出，一般對此數量根據實際情況進行相應的增加計算，避免其不足引起施工的不便。針對此，應當采取以下措施進行處理：

第一步，注入少量雙液漿，位置便在底部的管片吊裝孔處，避免下沉，從而導致錯臺現象發生。

第二步，準備兩臺噴射機進行施工，將其設置在盾構機刀盤上方的 1點鐘與11點鐘方向，兩者進行交替噴施，同時在大約以10m一個單位進行圍堰的設置，材料便用袋裝沙即可，其高度至少要高于4m，避免管片后豆礫石產生前竄。

4 結語

盾構通過礦山法這種方式對隧道進行施工，是難度最大的。本文主要是通過對導臺施工、管片填充、二次注漿以及特殊情況處理這四個方面技術進行要點介紹，同時對可能產生的施工問題以及安全風險進行了詳細的列舉，并提出了相應的改善措施，有助于今后實際中的應用。但具體還是應當實事求是，根據工地的實際情況進行綜合分析，確保工作能夠安全高效地進行。

[1]尤雪娣. 新奧法在核電廠盾構法隧道取水工程中的應用[J]. 電力勘測設計,2014(4):61-65.

[2]張常光, 張慶賀, 張振光. 盾構穿過礦山法隧道的管片特性現場試驗研究[J].上海交通大學學報, 2013, 47(9):1454-1458.

[3]鄧尤術, 楊永祥. 大跨徑地鐵車站 TBM 與暗挖交叉施工技術[J]. 隧道建設(中英文), 2012, 32(2):197-200.

[4]張振光, 趙艷粉. 盾構在礦山法隧道內進出洞施工關鍵技術[J]. 銅業工程,2012(2):47-50.