盾构机在矿山法隧道空推施工技术探讨

盾构机在矿山法隧道空推施工技术探讨

马改英

马改英(中铁建设投资集团有限公司广东深圳518000)

摘要：本文根据工程实例介绍了盾构机空推段施工的相关技术要求，为类似工程提供参考。

关键词：矿山法；隧道；盾构；空推

1.工程概况某地铁区间隧道顶部覆土厚度11.5m～33.0m，隧道最大上坡坡率为16.7‰，最大下坡坡率5.7‰，变坡点采用圆曲线顺接，最小半径5000m；线路最小曲线半径830m，线间距12.0～20.3m，采用2台海瑞克盾构机掘进。

其中有一段300米穿过硬岩区采用矿山法开挖，进行初期支护，通过盾构空推方式进行管片拼装。矿山法隧道施工段内净空尺寸为直径6.6m，采用钢格栅喷锚支护，在隧道底部60°范围设有半径3.15m,厚0.15m的混凝土导向平台,用于引导盾构按正确的线路参数推进。

2.空推段施工方案2.1盾构机步进根据刀盘与导向平台之间的关系，调整各组推进油缸的行程，使盾构姿态沿设计线路方向推进。前期施工时推进速度一般控制在15~40㎜∕min之间，工艺熟练后推进速度可达到60~85㎜∕min。下部油缸压力略大于上部油缸压力。盾构推进时，派专人在盾构机前方检查、监测盾构机推进情况，主要检查盾构前体下部与导台的结合情况等。盾构推进时，刀盘前方的监测人员与盾构主司机要紧密配合，使盾构机沿导台的中心进行前移，保证盾构前移时管片受力均匀。

由于盾构机在导台上前进阻力很小，并且导台已经确定了盾构机的前进方向，为了确保盾构机沿导台轴线前进不偏离导台，并在导台上保持正确的姿态，在盾构机推进时交叉使用竖直位置和水平位置两组推进油缸向前推进。操作时使用水平两组油缸推进30cm时，停止推进并收缩油缸；再使用垂直两组油缸推进30cm后，停止并收缩油缸，不停地交叉使用。

2.2管片拼装加强管片选型工作，通过控制盾尾与管片外表面的间隙，确保管片拼装符合设计要求。管片拼装工艺与正常掘进时的工艺相同。选型时，根据盾尾间隙与油缸行程差，结合盾构姿态选择合适的管片。

管片每安装一片，先人工初步紧固连接螺栓；安装完一环后，用电动扳手对所有管片螺栓进行紧固；管片出盾尾后，重新用扳手人工进行紧固。

2.3注浆作业由于空推段管片与暗挖隧道初支间隙过大，容易发生管片错台或浮动，导致管片错台严重，成型隧道渗漏水较难控制。做好注浆作业是空推段施工的关键。注浆作业分三个阶段，第一：管片脱出盾尾时的注浆；第二：距盾尾5环以上的管片背后注浆，第三为空推完成后的二次注浆。

1)管片脱出盾尾时的注浆管片在盾尾拼装完成后盾构机推进下一环，通过推进油缸行程确定在每环管片的二次注浆孔全部脱离盾尾后和该环管片没有完全脱离盾尾前，由二次注浆孔向管片背后喷射细石混凝土，填充管片与隧道初期衬砌之间的间隙，本次填充主要为管片下面120°范围。

填充的顺序是先下部后两侧，首先填充导台，然后填充左右两侧，盾构机前方人员密切关注喷射混凝土是否有向前盾流动的迹象，如发现流动较大，则暂停喷浆，待稍稳定后再继续，原则上控制导台与管片的间隙全部填满，防止管片下沉。喷浆完成后采用双液浆注浆设备，对注浆孔进行双液浆注浆，调配双液浆使其凝固时间不超过45秒，确保双液浆与细石混凝土混合后能够尽快凝固，以承受管片及盾构台车等的荷载，双液浆注浆完成后尽快安装吊装孔闷头，防止浆液流入隧道内污染管片。

2)距盾尾5环后的管片背后注浆由于该空推段隧道均为下坡，因此，在盾构机前方抽水及时的情况下，不用考虑空推段积水导致管片上浮的现象，主要工作为确保管片背后注浆密实。在管片脱出盾尾时下部120度范围喷注细石混凝土主要是为了确保管片不下沉，确保管片姿态受控。待盾构继续推进，距离盾尾10米以上时，即可开始管片背后注浆工作。

填充的顺序是先两侧后上部，打开左或右侧吊装口，安装注浆接头，直接利用浆车与其连接，向背后喷注细石混凝土。喷注过程中，盾构机前方人员加强盯控，以防浆液向前流串涌向盾体。本次注浆完成基本能够注满管片与初支间隙的80%。

由于管片吊装孔安装有效直径为32mm，需要对细石混凝土进行严格筛选，防止喷射时堵塞注浆孔，影响喷射速度和效果。施工前，可以在地面上进行细石混凝土喷射演示。将单块管片侧放，打通注浆孔，利用喷锚机通过注浆孔喷射细石混凝土。

管片背后注浆完成后，有效地防止了隧道两侧管片向外扩张而产生的凹凸现象。

3)二次注浆在盾体完全进入土体后，矿山法隧道初期衬砌与管片之间的空隙两端头被完全封闭。因此从洞门第一环开始逐环对所有的管片进行二次注浆，将管片背后间隙再次填充密实。

2.4复紧管片由于盾构机在导台上前进阻力很小，盾构机总推力很小，推进油缸不能有效地压紧管片，造成止水条压缩量不足，管片环向接缝容易漏水。由于矿山法隧道最大长度416m，虽然管片背后已填充细石混凝土，但管片在沿隧道轴向移动时阻力较小，所以决定采用增大盾构机总推力来重新压紧管片。

在盾体全部进入土体后，停止转动刀盘，减小推进速度或停止推进，加大所有推进油缸的油压，增加盾构机总推力，使其达到2000t及以上，压紧矿山法隧道内已拼装的管片。保持这个总推力再一次紧固所有的管片螺栓，防止因管片止水条压缩量不足而出现漏水现象。

2.5二次始发在盾构机刀盘靠近堵头墙时，检查并清理刀盘与端墙之间的杂物，为盾构机刀盘切入堵头墙作准备。由于盾体与隧道初期衬砌之间有一定的空隙，盾体周围没有土体包裹，盾体旋转仅受导台的阻力，因导台阻力很小，导致刀盘切削端墙时盾体旋转角度很大。因此需要保持刀盘低速旋转，并不停地改变刀盘转动方向，让其慢慢地切入端墙，防止盾体旋转角度过大。当盾体全部进入土体后，因盾体被周围土体完全包裹，土体对盾体旋转产生较大的摩擦阻力，盾体转角明显减小，盾构机即处于正常掘进状态。

在刀盘切入端墙过程中，因盾构机自重等原因，盾构机容易出现“磕头”现象。为了防止“磕头”现象的产生，推进过程中应加强盾构姿态的控制，利用调整推进油缸的编组进行纠偏。

盾构机切削3m厚素混凝土堵头墙后，通过计算确认盾尾拖出堵头墙时，开始对盾尾外第三环管片进行双液浆二次注浆作业，每推进一环，即封闭一环，确保管片与3米素混凝土的间隙被同步注浆浆液及二次注浆浆液完全封闭，避免盾构隧道外侧地下水通过该间隙进入矿山法隧道，引起空推段管片的上浮。

3.结语本文对盾构机通过矿山法盾构隧道空推段所采用的施工方法和措施作了介绍。该施工方法和措施通过实践证明对于控制矿山法隧道的质量是积极的、有效的和实用的，而在盾构空推过矿山法隧道的过程中，由于很多因素的制约，施工上会存在很大难度，也会给成型隧道引来很多的质量缺陷，但这些缺陷并不可怕，只要质量意识强烈、措施得当，就能很好地预防和控制这些质量上的缺陷。

参考文献：[1]夏明耀.地下工程设计施工手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2000[2]肖正茂.盾构空推过矿山法隧道的质量控制[J].广东建材,2011,27(3):110-112[3]王春河.盾构机空推过矿山法段地铁隧道施工技术[J].铁道标准设计,2010,(3):88-91[4]朱伟.隧道标准规范（盾构篇）及解说[M].北京:中国建筑工业出版社,2011[5]竺维彬,鞠世健.复合地层中的盾构施工技术[M].北京：中国科学技术出版社,2006