盾構(gòu)空推過(guò)暗挖法隧道施工工法

羅石寶

(中鐵二局股份有限公司，四川成都 610032)

1 適用范圍

本施工工法適用于土壓平衡盾構(gòu)機(jī)空推通過(guò)暗挖法隧道施工。

2 工法原理

首先對(duì)硬巖段和極硬巖段采用礦山法開(kāi)挖，進(jìn)行初期支護(hù);然后對(duì)盾構(gòu)與暗挖段分界端頭墻進(jìn)行處理，同時(shí)在已進(jìn)行初期支護(hù)的暗挖段施工混凝土導(dǎo)臺(tái)，后對(duì)暗挖段回填碎石等。在空推掘進(jìn)過(guò)程中，由刀盤(pán)前方回填的碎石為盾構(gòu)機(jī)提供反力，保證管片拼裝質(zhì)量;同時(shí)采用盾構(gòu)機(jī)同步注漿系統(tǒng)對(duì)管片背后空隙進(jìn)行充填，并采用管片固定螺桿對(duì)已拼裝好的管片加固。在空推拼裝管片通過(guò)后，對(duì)空推段進(jìn)行二次補(bǔ)充注漿固結(jié)整環(huán)管片，確保施工質(zhì)量。

3 總體施工方案及施工工藝流程

暗挖盾構(gòu)空推段總體施工流程為:暗挖段開(kāi)挖初支施工→端頭墻施工→隧道內(nèi)碴土清理→導(dǎo)臺(tái)施工→盾構(gòu)機(jī)到達(dá)掘進(jìn)→盾構(gòu)機(jī)維修及拆盾構(gòu)機(jī)周邊刀→盾構(gòu)機(jī)步進(jìn)上導(dǎo)臺(tái)(4.5 m)→隧道內(nèi)堆土→盾構(gòu)機(jī)步進(jìn)、拼裝管片通過(guò)豎井至空推起始段→橫通道封堵→盾構(gòu)機(jī)步進(jìn)、拼裝管片通過(guò)豎井至盾構(gòu)達(dá)到段→盾構(gòu)完成空推段掘進(jìn)→安裝39號(hào)和40號(hào)刀具→盾構(gòu)機(jī)二次始發(fā)。

4 工序施工方法

4.1 端頭墻施工

暗挖段施工完成后要對(duì)掘進(jìn)到達(dá)和離開(kāi)端頭進(jìn)行端頭墻加固，防止地下水進(jìn)入和確保暗挖段初期支護(hù)的穩(wěn)定，目前最常用的兩種方式是玻璃纖維筋+噴射混凝土和素噴射混凝土兩種。

4.2 礦山法暗挖段導(dǎo)臺(tái)施工

隧道開(kāi)挖完成初期支護(hù)后，在隧道底部60°范圍內(nèi)施工鋼筋混凝土導(dǎo)臺(tái)。鋼筋混凝土導(dǎo)臺(tái)的尺寸根據(jù)所選用的盾構(gòu)機(jī)直徑確定。

4.3礦山法暗挖空推段堆填碎石施工

盾構(gòu)機(jī)導(dǎo)臺(tái)施工完成并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%且盾構(gòu)機(jī)前體步入空推段導(dǎo)臺(tái)(4.5 m)之后，暗挖空推段隧道一定長(zhǎng)度范圍內(nèi)首先要進(jìn)行全斷面回填碎石，此范圍外要在半斷面內(nèi)進(jìn)行碎石回填。碎石回填的目的是保證盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時(shí)形成正常推進(jìn)的土壓平衡模式;并提供足夠反力，保證管片止水條密貼，達(dá)到良好的止水效果。

導(dǎo)臺(tái)施工完成后，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%后，方可在隧道內(nèi)進(jìn)行碎石回填施工，所需渣土從區(qū)間豎井向下投放至豎井底，通過(guò)汽車(chē)運(yùn)輸?shù)筋A(yù)定施工地段，采用裝渣機(jī)進(jìn)行堆填，從盾構(gòu)與暗挖分界點(diǎn)開(kāi)始往豎井方向回填。盾構(gòu)推進(jìn)前，刀盤(pán)前方依次全斷面填碎石、放坡填碎石。在實(shí)際施工過(guò)程中，很難填滿(mǎn)整個(gè)斷面，只能盡可能滿(mǎn)斷面回填。

4.4 盾構(gòu)到達(dá)段施工

4.4.1 拆除刀具

為確保盾構(gòu)順利通過(guò)分界墻，準(zhǔn)確步入導(dǎo)臺(tái)，在拼裝完實(shí)推最后一環(huán)時(shí)，開(kāi)倉(cāng)將2把鏟刀及2把周邊滾刀(39號(hào)及40號(hào))拆除。

4.4.2 盾構(gòu)掘進(jìn)

在解算對(duì)數(shù)距離路徑損耗模型的參數(shù)時(shí)常采用最小二乘法。最小二乘法可以使誤差平方和達(dá)到最小，完成方程解算，得到模型參數(shù)。其線(xiàn)性方程為：

在到達(dá)段(實(shí)推最后15環(huán))盾構(gòu)掘進(jìn)采用敞開(kāi)式模式進(jìn)行掘進(jìn)。其掘進(jìn)施工參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 掘進(jìn)參數(shù)表(一)

在貫通前的最后3環(huán)，要減小推力、降低推進(jìn)速度。其掘進(jìn)施工參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 掘進(jìn)參數(shù)表(二)

4.4.3 管片注漿及防止?jié){液前竄措施

每環(huán)按照設(shè)計(jì)方量進(jìn)行同步注漿，同時(shí)提高管片抗浮能力，在掘進(jìn)拼裝完成倒數(shù)第三環(huán)后，停止掘進(jìn)，在倒數(shù)第10至倒數(shù)第6環(huán)進(jìn)行二次注漿，確保連續(xù)5環(huán)全斷面注滿(mǎn)。

4.4.4 管片拼裝

為確保隧道貫通后的管片接縫防水要求，在到達(dá)礦山與盾構(gòu)分界里程后開(kāi)始，安裝每一片管片時(shí)，首先人工對(duì)每片管片連接螺栓進(jìn)行初步緊固;待安裝完一環(huán)后，用風(fēng)動(dòng)扳手對(duì)螺栓進(jìn)行進(jìn)一步的緊固;待管片出盾尾之后，重新用風(fēng)動(dòng)扳手進(jìn)行緊固。

4.5 盾構(gòu)機(jī)步入導(dǎo)臺(tái)施工

碎石回填密封刀盤(pán)前方斷面，碎石充填盾體與暗挖初期支護(hù)間的間隙，同步注漿正常開(kāi)啟，管片止水條密封良好。

4.6 盾構(gòu)空推段施工

當(dāng)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入導(dǎo)臺(tái)后，啟動(dòng)盾構(gòu)機(jī)往前掘進(jìn)，然后開(kāi)始進(jìn)行管片拼裝、管片背襯回填工作。

4.6.1 盾構(gòu)掘進(jìn)

盾構(gòu)掘進(jìn)模式采用不建壓模式，掘進(jìn)推力控制在800 t以?xún)?nèi)，當(dāng)其大于800 t以上，可啟動(dòng)螺旋輸送機(jī)出渣，并控制出渣量，掘進(jìn)過(guò)程中，土倉(cāng)內(nèi)不加氣壓和泡沫。

4.6.2 拼裝管片

管片拼裝工藝與正常掘進(jìn)時(shí)的工藝相同，管片要根據(jù)盾尾間隙與油缸行程差結(jié)合盾構(gòu)姿態(tài)選擇合適的管片。

在管片安裝時(shí)，先人工將每片管片連接螺栓進(jìn)行初步緊固;待安裝完一環(huán)后，用風(fēng)動(dòng)扳手對(duì)螺栓進(jìn)行進(jìn)一步的緊固;待管片出盾尾之后，重新用風(fēng)動(dòng)扳手進(jìn)行緊固。

4.6.3 管片固定

盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中啟動(dòng)了同步注漿，如果掌子面上有較大的水在涌入隧道，為防止管片上浮，待管片拖出盾尾后及時(shí)在頂部將管片進(jìn)行固定，管片固定采用從吊裝頭上安裝螺桿進(jìn)行固定，隔2環(huán)固定1環(huán)。

4.6.4 管片背襯回填

1)空推掘進(jìn)階段。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)開(kāi)推后啟動(dòng)同步注漿系統(tǒng)。運(yùn)用特制三通，利用盾構(gòu)機(jī)自身的同步注漿系統(tǒng)由盾尾壓注水泥砂漿和水玻璃同時(shí)進(jìn)入進(jìn)行注漿作業(yè)。砂漿和水玻璃以4∶1的比例混合同時(shí)進(jìn)入，以期達(dá)到快速凝固來(lái)使管片與初支及地層間緊密接觸，以提高支護(hù)效果。

同步注漿漿液采用水泥砂漿，配合比為水泥∶膨潤(rùn)土∶粉煤灰∶砂∶水 =150∶40∶440∶720∶470，砂漿稠度控制在 10 ～11 左右。

2)空推完成后?？胀贫尉蜻M(jìn)完成后停止掘進(jìn)，對(duì)空推段所有管片拱頂背后進(jìn)行填充，同時(shí)對(duì)所有管片螺栓進(jìn)行再次復(fù)緊。

4.7 盾構(gòu)空推質(zhì)量控制措施

4.7.1 防止管片上浮和下沉措施

1)在盾構(gòu)機(jī)過(guò)空推段每隔2環(huán)采用特制支撐螺桿對(duì)管片注漿孔進(jìn)行支撐加固，加固注漿孔位置的選擇為成環(huán)管片3點(diǎn)，9點(diǎn)鐘以上的位置。2)加強(qiáng)管片姿態(tài)監(jiān)控，測(cè)量組每6環(huán)對(duì)管片進(jìn)行一次姿態(tài)測(cè)量，如發(fā)現(xiàn)管片有上浮和下沉趨勢(shì)應(yīng)及時(shí)調(diào)整施工參數(shù)，盾構(gòu)操作手也應(yīng)根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)適當(dāng)調(diào)整注漿量。3)為防止管片在盾構(gòu)步進(jìn)后產(chǎn)生上浮，在施工過(guò)程中，管片背襯注漿只從管片大跨上部進(jìn)行壓注，注漿壓力不大于1 bar，盡量從管片的大跨以上進(jìn)行注漿，并保證管片兩側(cè)同步注漿，避免因注漿而對(duì)管片產(chǎn)生偏壓，造成管片移位。4)如發(fā)現(xiàn)管片在后續(xù)過(guò)程中由于水壓上浮，應(yīng)及時(shí)對(duì)管片下部注漿口開(kāi)孔放水。

4.7.2 防止管片錯(cuò)臺(tái)措施

盾構(gòu)步進(jìn)時(shí)提高背襯同步注漿，同時(shí)通過(guò)試驗(yàn)調(diào)整配合比，確保初凝時(shí)間在6 h以?xún)?nèi)，保證管片下部有足夠的抗力。在必要時(shí)，縮短回填注漿工作面與管片安裝工作面的距離，甚至在盾尾外側(cè)直接進(jìn)行回填注漿。

加強(qiáng)對(duì)盾構(gòu)姿態(tài)的控制，糾偏不能過(guò)急，以每環(huán)不超過(guò)10 mm的糾偏量為宜。同時(shí)確保60 mm以上的盾尾間隙以防止盾殼作用力于管片。

在盾構(gòu)機(jī)過(guò)空推段往往由于反力不夠容易造成管片螺栓不能完全復(fù)緊，在拼完每環(huán)管片后應(yīng)及時(shí)對(duì)后面3環(huán)管片螺栓進(jìn)行復(fù)緊，在每次交班前對(duì)所有以拼裝管片復(fù)緊，空推結(jié)束后對(duì)所有管片螺栓復(fù)緊。

4.7.3 盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)控制措施

1)調(diào)整好盾構(gòu)機(jī)從實(shí)推段到空推段進(jìn)洞姿態(tài)和空推段到實(shí)推段時(shí)的出洞姿態(tài)，確保盾構(gòu)機(jī)進(jìn)出洞時(shí)的旋轉(zhuǎn)值Roll＜±3 mm/m。

2)導(dǎo)臺(tái)的施工精度在±10 mm以?xún)?nèi)。

3)空推過(guò)程中，控制盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)水平和垂直偏差都在±50 mm，管片拼裝后加強(qiáng)管片姿態(tài)監(jiān)測(cè)頻率。

5 施工經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

1)暗挖空推段初期支護(hù)施工時(shí)要預(yù)留足夠的變形量，要勤進(jìn)行導(dǎo)線(xiàn)測(cè)量和斷面測(cè)量，初期支護(hù)不能侵限。

2)到達(dá)端頭施工時(shí)要做好止水施工，防止盾構(gòu)到達(dá)時(shí)將初支推塌;盾尾進(jìn)入導(dǎo)臺(tái)3環(huán)～5環(huán)后要對(duì)到達(dá)端頭進(jìn)行全斷面止水注漿，防止地下水大量涌入空推段造成管片上浮。

3)空推段的堆填料要具有高透水性，不能遇水膨脹，最好采用成分良好的碎石。

4)要控制好推力，掘進(jìn)速度不能過(guò)快，要控制好盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)，要嚴(yán)密監(jiān)測(cè)管片姿態(tài)，防止管片大面積錯(cuò)臺(tái)、上浮或下沉。

5)做好管片背后的排水和注漿。

［1］王家祥，羅石寶.中鐵二局股份有限公司深圳地鐵5號(hào)線(xiàn)5305標(biāo)盾構(gòu)空推施工方案［Z］.2008.