盾構機空推過礦山法段地鐵隧道施工技術

陳賀

一、橫琴站-4#工作井區(qū)間

橫琴站-4＃井處在珠海市橫琴島經濟開發(fā)區(qū)。橫琴站安裝在前部，采礦隧道安裝在后部。盾構隧道的起點和終點為DK13+157.214-DK14+709.000，全長1552m，雙洞單線，該線始于橫琴站，沿環(huán)城公路至工作井4#，然后返回橫琴站再次始發(fā)。

二、施工方案探討

1.施工總體思路

本工程的總體施工思路為：采用礦山法開挖+初始錨桿噴漿支護+管片襯砌結合的施工方式。先用采礦法完成隧道的初始支護，再使用盾構組裝管片空推通過隧道的形式形成礦石隧道二襯。但需注意，要使用小于10mm的礫石填充二襯與支護間隙，再向其中填充足量的水泥漿。最后，由管片和注漿體共同組成礦井隧道的二襯。

2.施工準備

盾構機與采礦隧道之間的接觸面為開放空間，但在采礦隧道和左線隧道的開挖過程中，相鄰建筑物因失水而開裂，因此，要盡可能保證盾構機安全、穩(wěn)定、平整地進入暗挖空推段，以此來減少地層二次擾動，從而保證地表安全。以下是盾構前進需做好的準備工作：

（1）完成礦山法施工區(qū)段挖掘后，及時推進盾構與礦山法分界面端頭墻和盾構空推導臺的施工，對斷面情況進行復測，監(jiān)測地下暗挖段拱頂沉降量，檢查墻體開口尺寸確保凈空。

（2）在混凝土強度達到設計要求的90%后，對從盾構與采礦方法界面到豎井間的隧道進行連續(xù)填充，保證在端壁端部15m內填滿整個斷面隧道，前5m內壓實渣土。

（3）在盾構機進入暗挖空推50m之前，對管片姿態(tài)進行測定，同時借助手動測量方式檢查盾構機的姿態(tài)，若發(fā)現(xiàn)偏差，通過更正測量引導系統(tǒng)的方式調整盾構推進姿態(tài)。

3.盾構與暗挖空推段接口處理

礦山隧道開挖后，將玻璃纖維筋格柵水平放置在端壁上，并確保其與最后兩個緊密間隔的格柵一起豎立在隧道的末端，應使用12號鋼絲對玻璃纖維筋格柵和鋼筋格柵進行牢固綁扎。若使用電線和適當?shù)妮o助端接措施，要保證玻璃纖維筋格柵伸入鋼筋格柵延伸的長度超過200mm，且在確定綁扎牢固的同時確保混凝土的緊密性。

在掌子面開挖后，要立即噴射40mm厚的C20混凝土，防止局部出現(xiàn)倒塌。施工過程中要對隧道的最后三個窄間距格柵噴射混凝土，在水平格柵和纖維筋網(wǎng)完成連接后繼續(xù)噴射定量的混凝土，最后再設置三榀密排格柵。如圖1所示。

圖1 端頭墻加固平面（單位：mm）

4.鋼筋混凝土導臺施工

為在最大程度上保證盾構機安全、高效、快速地通過采礦區(qū)域，施工前要提前在采礦區(qū)域安裝鋼筋混凝土導引平臺，在向盾構機提供準確指示的前提下，確保其以良好的姿態(tài)進行推進施工。為了確保獲得理想的密封效果，需要確保節(jié)段的裝配質量和節(jié)段的姿態(tài)良好，礦山開挖后，還要在以礦井為中心的600米范圍內建造鋼筋混凝土導引平臺。下圖為鋼筋混凝土導引平臺示意圖。

圖2 鋼筋混凝土導臺示意

5.盾構空推施工過程

在導臺混凝土的強度達到相關設計要求及強度，且當?shù)叵麻_挖段的淤泥回填至指定位置時，方可進行盾構施工；在盾構本體到達端墻位置時，端墻的玻璃纖維會讓盾構機停機。在整個施工過程中，盾構機不應完全將砂袋從端壁推入，為在最大程度上使其保持穩(wěn)定，盾構機應推動回填渣土，讓其逐漸形成密實的土柱。在盾構機達到正常推進方式且維持一段時間后，應及時將回填土填入管段和隧道間，同步跟進注漿，且將土填滿整個土倉。當推力達到要求值后，再借助螺旋輸送機進行出土作業(yè)。

（1）堆土施工

封閉式刀盤的前部應回填渣土，且盾構體也應回填渣土，并在地下開挖的初始支撐空間內，在保證同步注漿正常開啟的條件下，讓管片止水條具備良好的密封性能。兩種工作條件如下：首先，盾構機到達填土回填段后停止前進；其次，盾構機向前推進過程中，管片拼裝正常，掘進正常，同步注漿正常，同樣采用錯縫拼裝。

（2）管片背襯回填

當堆土能對刀盤起到良好的密封效果后，針對管片后方位置，要采用同步澆鑄方式進行回填作業(yè)。對于水泥砂漿，借助盾構機的同步澆鑄系統(tǒng)進行壓鑄，此種做法不僅能讓地層與管段和初始背襯更好地接觸，還能在一定程度上促進支護效果的提升。根據(jù)同步澆鑄后的檢查結果，進行二次澆鑄以加強鑄孔的截面，同步澆鑄時應嚴格控制壓力澆注，保證環(huán)形空隙填充的飽滿性，從而確保管片結構段不因澆注的原因而產生移位、變形或損壞等問題。當?shù)侗P前方堆積的土壤不能密封刀盤面時，應在該部分后進行回填，方法是噴灑豆礫石并注入純水泥漿。

三、施工關鍵部位質量保證

1.鋼筋混凝土導臺施工質量

對于硬度較大的巖石段，借助礦山開挖+初期錨固和噴射支護+管片襯砌聯(lián)合施工方式。若使用采礦法進行隧道挖掘，需保證在盾構機達到指定位置之前完工。準備導向臺和空推力段的端壁的準備工作。高程、弧度和升力是導向平臺的核心。若導向平臺建造質量不達標、盾構機姿態(tài)控制不好，會增大盾構尾部間隙，從而對管片的裝配產生直接影響。如果防護罩尾部間隙過小，則會損壞管段和防護罩尾刷。

2.堆土效應

回填的渣土松散，自穩(wěn)定能力低。隧道整體的渣土回填能力會對盾構隧道的施工進度與質量產生直接影響。渣土密封性較好時，可適當減少豆礫石的填充量，且澆筑作業(yè)可在型材填充后立即進行，選擇合適、有效的回填類型能削減盾構機的整體開挖量。此外，渣土自身的質量會對土壤整體的積蓄效果產生影響，一方面，在切割盤之前應完成對回填土的密封；另一方面，為了防止渣土卡在刀盤中，必須減少淤泥和刀頭之間的附著力。

3.礦山法斷面尺寸控制

對于隧道開挖段，不僅要滿足盾構機整體的安全性與流動性需求，還要再綜合考慮圍巖類型與施工誤差的基礎上，結合實際對盾構機導板進行及時調整。注意施工安全，控制隧道軸線，隧道超挖和欠挖進行特殊控制，對采礦方法的施工斷面進行檢查。在放置鋼筋網(wǎng)以及過度開挖和次開挖之前，并在每次清除爆破渣之后，都必須及時清除處理，以保證在最初隧道支護不改變的情況下進行通關。但需注意，主支護的建設一定要盡可能達到預期的目的與效果。通常情況下，二次襯砌施工都不會在一次支撐后進行，所以，要加強施工過程中的測量與監(jiān)測，同時采取一定的措施防止隧道出現(xiàn)變形，從而保證盾構順利通過限界。

四、結語

綜上所述，通過礦山開挖+初始錨桿+噴淋支撐+管片襯砌的施工方法，能避免在不良地質區(qū)域開挖過程中頻繁開挖和換刀，不僅有效縮短施工工期，讓盾構機安全、快速通過不良地質部位，還能降低施工難度和施工風險，削減不良地質區(qū)域的工作量，更能在保證安全的前提下降低施工成本。