盾構空推過礦山法隧道施工要點分析

賀 晶

上海隧道工程有限公司

1 引言

很多城市的工程地質情況多變，軟土地層和巖層交錯。在進行城市軌道交通工程的隧道施工時，盾構法主要應用于地層較軟，且地質條件連續的地層中，而礦山法則主要用于巖石較多的地層或特殊地層。由于城市軌道交通工程路線長，因此地質情況很難保持穩定連續的狀況，軟土地層和巖石地層交替出現。如果只用盾構法或礦山法，施工風險大，成本高[1]，因此如何保證盾構機由盾構段空推穿越已開挖好的礦山段，已經成為兩種方法相結合的隧道施工項目中關鍵問題[2]。

2 工程概況

2.1 基本情況

深圳市科苑大道地下空間綜合開發及13號線共建綜合管廊工程盾構段總長2585m，區間最大縱坡3.4%，最小縱坡0.3%，豎曲線半徑3000m，采用一臺Ф6420mm 的土壓平衡盾構機進行施工。盾構施工段頂覆土11m～21.4m，管片環寬1.5m，厚0.35m，穿越地層主要為礫質黏性土及全、強風化花崗巖，局部遇中微風化凸起。管廊頂埋深約14.186m，距車站地板2.636m，穿越地層為礫質黏性土和黏性土，穿越處平、剖面如圖1、圖2所示。

圖1 盾構空推段平面圖

礫質黏性土呈灰白色、青灰色、褐黃色，由花崗巖風化而成。原巖結構依稀可辯，大部分礦物已風化成土狀，殘留的礦物成分主要為石英，巖芯呈土柱狀，黏性較差，手捏易散，遇水易軟化。以飽和，硬塑狀態為主，局部為砂質黏性土及黏性土。層位、層厚變化較大。

全風化花崗巖屬極軟巖，褐黃、灰白、褐紅色，原巖結構已基本破壞，絕大部分礦物已風化成土狀，可見殘余結構，巖芯呈土柱狀，手捏有砂感，巖體完整程度為極破碎，巖體基本質量等級為Ⅴ類，以飽和、硬塑～堅硬狀為主。

強風化花崗巖屬極軟巖，褐黃、褐灰、灰白色，結構大部分已破壞，主要礦物成分為石英、云母和長石。巖芯多呈密實土柱狀和半巖半土狀，局部呈碎塊狀，手捏易散，遇水易軟化、崩解，節理裂隙很發育，巖體破碎，巖石質量等級Ⅴ級。

兩種花崗巖均手捏易散，遇水易軟化、崩解，合金鉆具易鉆進。

圖2 盾構空推段剖面圖

2.2 空推方案

盾構空推過地鐵2號線科苑站，空推段隧道由礦山法施工，礦山法總體設計思路為“礦山法開挖+初支、二襯+管片襯砌”的復合施工方法。先采用礦山法施工隧道初支，然后再進行二襯施工，最后利用盾構拼裝管片空推通過礦山法隧道[3]。

空推的同時由拼裝盾構管片形成隧道，二襯和管片之間的空隙采用豆粒石填充，然后注入水泥漿液、水泥-水玻璃漿液填充豆粒石之間以及隧道二襯和管片之間的間隙，最終形成管廊隧道。隧道設計斷面為圓形，如圖3 所示。開挖直徑為8020mm，初支厚度為310mm，主要由大管棚、超前小導管，鋼筋網、型鋼鋼架并噴射混凝土組成，二襯厚度為400mm，主要為噴射混凝土。隧道仰供60°范圍內初支和二襯下沉50mm，制作厚度為150mm混凝土空推導臺，如圖3所示。

圖3 隧道斷面圖

3 空推前準備

3.1 隧道凈空測量

由于隧道二襯凈空內徑為6600mm，盾構刀盤外徑為6420mm，因此在盾構機進入礦山法隧道前，需要采用斷面測量儀對礦山法隧道進行全斷面復測，保證二者之間90mm的微小空隙不因施工誤差出現問題。

施工每推進5m測量一個全斷面，當遇有欠挖斷面時則每隔2m～3m測量一個全斷面。測量重點是隧道的二襯凈空尺寸偏差和橢圓度。遇到欠挖斷面時就需要提前鑿除，先噴混凝土再進行整平處理，保證盾構空推條件。此外還需要測量礦山法隧道軸線偏差，以確保盾構空推路線符合設計要求[4]。根據測量數據計算出與隧道設計軸線偏差最小的盾構空推施工軸線，最后得到導臺施工放樣數據。

3.2 導臺施工與復測

3.2.1 導臺施工

混凝土導臺半徑為3400mm，厚度為150mm，呈圓弧形，其圓心與隧道中心重合，半徑比盾構刀盤輪廓大190mm，沿隧道軸線方向的縱坡與隧道縱坡相同。為防止盾構機進入礦山法隧道時撞裂導臺混凝土，空推時根據需要拆除邊刮刀、邊滾刀。

3.2.2 導臺復測

混凝土導臺的施工質量直接影響到盾構機能否保持良好的推進姿態，保證管片拼裝質量，以及達到預期的防水效果，因此導臺的施工精度是盾構空推段的一個控制難點。

導臺施工完成后，采用斷面測量儀對導臺平面位置、標高、軸線、圓弧度進行復測，澆注完成后由測量組對導臺進行線路聯系測量，包括水平及豎直方向，導臺軸線的精度控制在±5mm。

4 空推質量保證措施

4.1 盾構機進洞姿態調整

由于刀盤比盾體大，為了避免導臺標高與洞門標高一致時出現盾構機碰撞，導臺破碎的情況，需要根據洞門復測時的情況實時調整盾構掘進姿態。在盾構機進洞前，保證機頭豎直偏差在10mm以內。澆注混凝土導臺時，就降低進洞位置處導臺或對導臺進行放坡。此外在進洞時導臺上方離洞門5m 范圍內鋪滿袋，防止貫通時洞門混凝土掉下來砸傷導臺。

4.2 盾構推進姿態控制

盾構空推姿態控制主要從導臺施工精度、管片拼裝質量、油缸形成差調整及人工輔助測量對自動導向系統測量精度的控制等方面進行控制。

盾構空推過程中不需轉動刀盤，但要密切注意盾構機刀盤周邊與二襯之間的間隙，確保其最小不超過設計預留量，如出現因欠挖、盾構姿態不佳而導致刀盤可能與初支相撞的趨勢時，應立即采取措施，對欠挖部分進行處理，或調整盾構姿態，避免發生意外。

4.3 管片拼裝

在管片拼裝前需要檢查管片，確認管片種類是否正確、質量完好無缺、密封墊粘接無脫落，檢查各項標準合格后方允許安裝[5]。每環管片安裝都必須經過三輪緊固處理，在安裝時先進行人工緊固，此后每安裝完畢一環，就用風動扳手進行再次擰緊，待這一環脫出盾尾后又緊固一次。一旦掘進過程中管片受到損傷，就需要及時修補。

由于盾構機空推時，采用盾構機前方對放一定量豆粒石或礫質黏土為盾構機提供反力，因此為了保證盾構管片接縫緊密，利用盾構后配套行走軌道與盾構機相連，通過軌道牽引盾構為管片拼裝提供足夠的推力。

4.4 噴填豆粒石

施工時，事先計算每環填充的所需豆粒石量，在車架段的專用空間內裝好豆粒石。盾構推進時，利用管片注漿孔，在同步注漿前將豆粒石通過注漿孔噴填至管片背部的建筑空隙。噴射壓力按設計要求設置。作業時，為了防止噴射過程中揚塵，豆礫石必須先進行灑水濕潤。

4.5 同步注漿

盾構推進時，當管片吊裝孔剛剛脫出盾尾時，自管片下部吊裝孔注入水泥-水玻璃雙液漿，以利用雙液漿較快的凝結性能，使之充分填充豆粒石間隙，并在管片底部快速形成水泥漿-豆粒石板結體，以防止管片下沉。

管片完全脫出盾尾后，通過盾構機同步注漿系統向管片背部注入水泥砂漿-水玻璃雙液漿，填充建筑空隙，防止管片上浮。注漿壓力0.2MPa～0.5MPa，注入量為管片背部建筑空隙的60%～70%，防止因漿液注入過快、注入量過大造成管片上浮。在較短時間內漿液與豆粒石混合、板結，有效減少了漿液對管片產生的浮力。實際施工時，完成該步注漿后每2隔小時對管片錯臺測量1次，以調整漿液注入量、初凝時間。施工中，如需暫停注漿時，則在下次注漿前用膨潤土漿液清洗管路，防止堵塞。

為了防止滲漏水，管片脫出盾尾一定環數后，打開注漿孔，實施二次注漿作業。注漿作業采用二次注漿泵進行。漿液材料為水泥漿，開始注漿壓力按設計要求進行，注入一定量后，依據注漿效果和監測數據進行參數修改。

5 施工監測

5.1 地面沉降監測

在盾構穿越前、穿越時和穿越后對上覆地層進行嚴格監測，一般在隧道軸線方向上，每隔5m 設一個監測斷面，每個監測斷面布設5個沉降監測點，每天分析監測數據并及時反饋給項目部和監理。

5.2 隧道凈空收斂變形監測

在盾構穿越前和穿越時，嚴格按照設計要求對礦山法隧道拱頂和周邊凈空進行變形監測，對每天監測數據進行分析并反饋給項目部和監理。根據設計預留變形量，對超過設計預留變形量進行分析，并作出對應措施。保證盾構順利空推過站。

6 結束語

在充分掌握盾構空推段地質條件、周邊環境、礦山法工藝和盾構推進工藝的條件下，通過控制礦山法隧道施工質量、導臺施工精度、盾構機進洞姿態和推進姿態、管片拼裝質量、同步注漿和二次注漿以及盾構推進全過程的監測等關鍵工序，可以保證盾構空推工程質量。在今后的類似工程環境中，采用礦山法施工，盾構空推穿越的工法提供參考。