盾構(gòu)過礦山法隧道施工技術(shù)應(yīng)用與探討

中鐵十六局集團(tuán)地鐵工程有限公司

摘要：本文以深圳地鐵3號線福田站～少年宮站區(qū)間隧道工程為例，詳細(xì)描述了盾構(gòu)過礦山法隧道掘進(jìn)施工的工藝流程，對施工過程中導(dǎo)臺施工、預(yù)埋件安裝、二襯管片支頂、管片環(huán)間連接、盾構(gòu)空推、管片背后回填等關(guān)鍵工序的技術(shù)措施和施工方法進(jìn)行了初步探討和總結(jié)。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)；礦山法；導(dǎo)臺；空推

1.引言

伴隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)高速發(fā)展和綜合國力不斷增強(qiáng)，出現(xiàn)了亟待解決的城市交通問題。為了緩解日益增長的交通壓力，全國已有不少大城市在加快城市軌道交通的規(guī)劃、設(shè)計和施工，如北京、天津、西安、重慶、廣州、深圳、上海、沈陽等城市?！岸軜?gòu)施工技術(shù)”屬于隧道施工領(lǐng)域中的高新技術(shù)，它集成了計算機(jī)、新材料、自動化、信息化、系統(tǒng)科學(xué)、管理科學(xué)等高新科技，能夠最大限度適應(yīng)錯綜復(fù)雜的地層和確保地表建筑物和管線的安全，主要適用于城市隧道，過江過海隧道等地下工程施工。但是在丘陵及山區(qū)地質(zhì)巖層埋藏比較復(fù)雜的地區(qū)，基巖石埋藏起伏較大，單純盾構(gòu)法施工工藝及單純礦山法施工工藝的運(yùn)用對適應(yīng)地層的局限性越來越突出，已經(jīng)不能滿足當(dāng)前地鐵隧道施工要求。本文通過深圳地鐵3號線工程福田站至少年宮站區(qū)間隧道局部在穿越全～微風(fēng)化巖層中靈活采用盾構(gòu)法+礦山法結(jié)合施工工法，解決在富水軟硬巖土相間地層中隧道施工的難題。

2.工程概況

2.1工程位置

深圳地鐵龍崗線西延段3152標(biāo)福田站至少年宮站區(qū)間：本區(qū)間線路從福田站北端引出后先下穿民田路，途中先后橫穿福中三路、福中路和福中一路，然后向東沿紅荔路下穿，最后進(jìn)入少年宮站西端。如圖

2.2工程規(guī)模及結(jié)構(gòu)形式

本區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計范圍：深圳地鐵3號線西延段工程福田站～少年宮站區(qū)間隧道及2座聯(lián)絡(luò)通道及臨時施工豎井。本區(qū)間隧道設(shè)計起訖里程范圍為：ZDK6+198.021～ZDK7+565.24，左線隧道全長1387.313m；YDK6+198.021～YDK7+565.24，右線隧道全長1366.391m。其中左線隧道ZDK7+214.724～ZDK7+371.906、ZDK7+490～ZDK7+565.24和右線隧道YDK7+193.684～YDK7+346.184、YDK7+483.0～YDK7+565.24里程段采用礦山法完成隧道開挖、初支，盾構(gòu)拼裝管片通過，其中左線隧道礦山法段全長252.516m，右線隧道礦山法段全長234.74m，礦山法段總長487.256m。

2.3周邊環(huán)境

線路出福田站后，繼續(xù)沿民田路北行，依次下穿福中路人行天橋、黃浦中學(xué)人行天橋、兒童醫(yī)院宿舍樓和上跨廣深港客運(yùn)專線后，進(jìn)入紅荔西路，沿紅荔西路東行進(jìn)入少年宮站。沿線地面交通繁忙，車流量較大；道路兩側(cè)有黃埔雅苑會所，深圳黃埔小學(xué)部和中學(xué)部，深圳兒童醫(yī)院，深圳音樂廳和中心圖書館等多處娛樂或公益場所，環(huán)境復(fù)雜，來往人員較多。

2.4工程地質(zhì)及水文地質(zhì)情況

區(qū)間范圍內(nèi)上覆人工素填土，沖洪積淤泥質(zhì)土，細(xì)、粗砂及粘性土，殘積粘性土，下伏基巖為燕山期花崗巖及震旦系變質(zhì)砂巖捕虜體。特殊巖土主要表現(xiàn)為人工填土、花崗巖殘積土、花崗巖全風(fēng)化層及土狀強(qiáng)風(fēng)化層，不良地質(zhì)為砂土液化及差異風(fēng)化。地下水主要表現(xiàn)為松散土層孔隙水及基巖裂隙水，花崗巖與變質(zhì)砂巖接觸帶附近地下水較富集，水量相對較大，地下水對混凝土結(jié)構(gòu)及鋼結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性，對鋼筋混凝土中的鋼筋無腐蝕性。工程地質(zhì)條件較差。

3.礦山法段概況

福少區(qū)間礦山法段斷面共分為四種形式，分別為：

A型斷面

適用于隧道處于中～微風(fēng)化地層（Ⅱ、Ⅲ級圍巖）段，隧道按噴錨構(gòu)筑法施工，采用臺階法施工。

B型斷面

適用于隧道處于Ⅳ級圍巖段，隧道按噴錨構(gòu)筑法進(jìn)行施工，采用短臺階法施工。

C型斷面

適用于隧道處于Ⅴ級圍巖段，隧道按噴錨構(gòu)筑法施工，當(dāng)隧道位于堅硬地層，隧道施工采用環(huán)形臺階法施工。

D型斷面

適用于隧道上跨廣深港客運(yùn)線隧道段，隧道按噴錨構(gòu)筑法施工，結(jié)構(gòu)采用復(fù)合式襯砌。隧道采用短臺階法施工。

4盾構(gòu)過礦山法段施工準(zhǔn)備

4.1盾構(gòu)隧道與礦山法段隧道接口處地層加固

由于從地面加固不具備條件，故接口處地層加固采用如下方法：

①礦山法施工時多向盾構(gòu)來源方向開挖2m，施做初支并進(jìn)行初支背后注漿止水。壁后注漿采用3m長φ42鋼花管，環(huán)向間距30cm，縱向間距50cm，注漿壓力2Mpa；

②多做出的2m礦山法隧道進(jìn)行噴射素砼封堵處理，盾構(gòu)機(jī)到達(dá)時采用刀盤開挖素砼、拼裝管片的方式通過；

③待盾構(gòu)拼裝管片通過交界處，且盾尾后部脫出管片6環(huán)后，通過管片吊裝孔進(jìn)行雙液二次注漿止水；

④施工礦山法與盾構(gòu)法銜接處的封堵墻加固。

4.2施做導(dǎo)臺及預(yù)埋件

福少區(qū)間礦山法段初支完成及時施做砼導(dǎo)臺。

在砼導(dǎo)向臺上預(yù)埋40cm寬、厚20mm、長2m的弧形鋼板（圖4-3所示），預(yù)埋鋼板間距3m（圖4-4所示），在刀盤前部焊接擋塊提供拼裝管片所需反力。預(yù)埋鋼板錨固筋為φ25長15cm的鋼筋，鋼筋與鋼板采用穿孔焊接形式。相鄰鋼板接縫處邊緣需進(jìn)行5mm倒角，如鋼板頂面有焊渣等異物，則需進(jìn)行打磨處理。擋塊采用厚2cm鋼板，切割而成30cm×30cm三角形構(gòu)造。擋塊與鋼板采用焊接連接，待管片拼裝完成后割除擋塊，鋼板面需進(jìn)行打磨處理。

6.盾構(gòu)過礦山法段空推流程如圖6-1所示：

7.施工方法

（1）施工流程

a、將小碎石、噴漿機(jī)提前通過豎井和車站送入礦山法隧道內(nèi)，每隔6?～8m堆放小碎石一堆，盾構(gòu)機(jī)通過礦山法隧道時直接從刀盤前端向盾構(gòu)機(jī)機(jī)體外側(cè)噴射回填，盾構(gòu)機(jī)通過礦山法隧道后將噴漿機(jī)解體，通過人閘運(yùn)出。

b、盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入礦山法隧道后，拼裝管片作為二襯支護(hù)，適當(dāng)調(diào)整各組推進(jìn)油缸行程，使盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)沿線路方向前進(jìn)，盾構(gòu)機(jī)拼裝管片步進(jìn)時，派專人在盾構(gòu)機(jī)前方檢查礦山法隧道是否有侵入刀盤輪廓的初支存在以及盾體與導(dǎo)臺的結(jié)合情況。步進(jìn)過程中發(fā)現(xiàn)異常情況時利用對講機(jī)與盾構(gòu)機(jī)操作人員及時溝通，密切配合，使盾構(gòu)機(jī)沿導(dǎo)臺的中心線步進(jìn)，保證盾構(gòu)機(jī)前移時管片受力均勻。

c、管片背襯采用噴射小碎石、同步注漿、回填灌漿組成，噴射機(jī)械采用噴漿機(jī)，噴射壓力根據(jù)實(shí)際情況而定，噴射小碎石可以填充70%左右，盾尾注漿前小碎石已經(jīng)占據(jù)了大部分空隙，已經(jīng)形成了初支，可以不考慮注漿時的漿液擴(kuò)散問題。

d、每環(huán)管片完成后及時對管片背面與初支間的空隙噴射小碎石，當(dāng)每環(huán)管片噴射小碎石后再進(jìn)行同步注漿，考慮到同步注漿壓力過大，漿液可能會從盾體前溢出，因此同步注漿采用手動模式，隨時調(diào)整注漿方量，壓力等使襯砌管片與礦山法隧道緊密結(jié)合，保證支護(hù)效果，同時小碎石與水泥砂漿結(jié)合可以形成管片環(huán)向支撐，防止管片變形或錯臺。

（2）施工技術(shù)要點(diǎn)

在此施工過程中嚴(yán)格監(jiān)控背襯回填小碎石的密度，保證管片下部有足夠的堆填密度，確保每環(huán)管片螺栓緊固，同時保證足夠碎石噴射量和同步注漿量。在隧道內(nèi)預(yù)備砂袋，在必要時可用沙袋封堵，確保空隙的回填注漿量。調(diào)整漿液的初凝速度，也可加入適量的早強(qiáng)劑。

（3）盾構(gòu)空推示意圖：

8.主要的技術(shù)控制及措施

8.1盾構(gòu)推進(jìn)控制

在礦山法隧道內(nèi)推進(jìn)，關(guān)鍵在以下四個方面加以控制：

①盾構(gòu)機(jī)在未完全進(jìn)入導(dǎo)臺時的推進(jìn)

盾構(gòu)機(jī)在進(jìn)入礦山法隧道內(nèi)導(dǎo)臺前，對接觸混凝土導(dǎo)臺刀盤刀具進(jìn)行調(diào)整，避免刀具與導(dǎo)臺接觸。應(yīng)對盾構(gòu)機(jī)各組千斤頂進(jìn)行調(diào)整，使盾構(gòu)姿態(tài)符合要求。在推進(jìn)時，推進(jìn)速度不能過快，控制在10～20mm范圍內(nèi)，每推進(jìn)1環(huán)，必須進(jìn)行盾構(gòu)軸線的測量，必要時，每0.5環(huán)進(jìn)行測量，以便使盾構(gòu)以良好姿態(tài)進(jìn)入導(dǎo)臺。在推力方面，考慮到土體對盾構(gòu)殼摩擦力慢慢減小，推力控制在50～150T范圍內(nèi)。

②軸線高程坡度變化推進(jìn)

在有坡度變化段推進(jìn)，關(guān)鍵是控制推進(jìn)千斤頂?shù)男谐滩罴般q接千斤頂行程差，確保礦山法隧道與盾構(gòu)殼體間的間隙。在推進(jìn)時，每完成1環(huán)必須進(jìn)行測量，根據(jù)測量數(shù)據(jù)，及時糾偏。

③盾構(gòu)機(jī)未完全進(jìn)入土體

在這一階段推進(jìn)工作中，由于盾構(gòu)推力將逐步增大，對礦山法隧道內(nèi)的管片將產(chǎn)生一定量的位移，因此盾構(gòu)推力不宜過大，一般控制在600～800T左右，推進(jìn)速度在10～20mm范圍內(nèi)，刀盤轉(zhuǎn)速控制在1.0～1.8rpm范圍內(nèi)，土壓控制在0.1～0.15MPa范圍。在盾構(gòu)進(jìn)入土體前，必須在礦山法隧道內(nèi)的管片進(jìn)行二次注漿，注漿壓力控制在0.1～0.3MPa范圍內(nèi)，注漿順序為：底部→推進(jìn)方向右方→推進(jìn)方向左方→頂部。

④礦山法隧道與盾構(gòu)隧道的接口處注漿回填

由于礦山法隧道與盾構(gòu)隧道接口處，盾構(gòu)推進(jìn)時對周邊土體撓動，土體較容易坍塌，因此在該處注漿回填時，在灌注碎石后，馬上用雙液漿進(jìn)行壓注，使回填材料能在短時間內(nèi)達(dá)到一定的強(qiáng)度，防止水土流失。

雙液漿配比（1m3）如表8-1所示：

8.2盾構(gòu)軸線控制

根據(jù)軸線設(shè)計半徑計算盾構(gòu)鉸接千斤頂?shù)男谐滩?，推進(jìn)千斤頂行程差，確保盾構(gòu)機(jī)沿礦山法隧道軸線行走，同時在盾構(gòu)推進(jìn)前復(fù)核礦山法隧道與盾構(gòu)機(jī)軸線偏差。根據(jù)偏差調(diào)整鉸接千斤頂、推進(jìn)千斤頂，保證盾構(gòu)機(jī)與礦山法隧道的間隙均勻。

8.3盾構(gòu)推進(jìn)

盾構(gòu)推進(jìn)的關(guān)鍵是控制盾構(gòu)機(jī)在礦山法隧道內(nèi)行走軸線及盾尾與管片外周之間的間隙，即控制推進(jìn)千斤頂行程差和根據(jù)盾尾間隙進(jìn)行點(diǎn)位選擇。

推進(jìn)參數(shù)：推進(jìn)速度10～30mm；推進(jìn)千斤頂行程差，每推進(jìn)一環(huán)后差值為17mm；推力在30～100T；鉸接千斤頂行程差為40mm。

8.4管片拼裝

管片在盾構(gòu)機(jī)拼裝模式下進(jìn)行拼裝，考慮到盾尾間隙和軸線走向兩個問題，為了避免盾構(gòu)機(jī)在推進(jìn)過程中軸線發(fā)生偏離，盾尾出現(xiàn)拖碎管片等現(xiàn)象的發(fā)生，影響施工安全，管片拼裝必須依據(jù)盾尾間隙和軸線及高程走向選擇點(diǎn)位。

8.5施工間隙回填

管片與礦山法隧道間隙的回填在每推完1環(huán)時進(jìn)行。壓注位置在盾構(gòu)機(jī)后第3環(huán)開始，首先用小碎石進(jìn)行初步回填，再推進(jìn)4環(huán)后用單液水泥漿再壓注。壓注順序從隧道底部開始，首先壓注底部，然后壓注左右兩上角。其壓注壓力，初始壓力在0.1MPa，正常壓力控制在0.2MPa，最高壓力不超過0.3MPa，在壓注時應(yīng)逐步增壓，壓力逐步提高，不允許一次壓注完畢。單液水泥漿壓注點(diǎn)在隧道左右兩上角（±36°），如在壓注過程中，漿液泄漏嚴(yán)重，則采用雙液漿，配比如表8-2所示：

8.2盾構(gòu)軸線控制

根據(jù)軸線設(shè)計半徑計算盾構(gòu)鉸接千斤頂?shù)男谐滩?，推進(jìn)千斤頂行程差，確保盾構(gòu)機(jī)沿礦山法隧道軸線行走，同時在盾構(gòu)推進(jìn)前復(fù)核礦山法隧道與盾構(gòu)機(jī)軸線偏差。根據(jù)偏差調(diào)整鉸接千斤頂、推進(jìn)千斤頂，保證盾構(gòu)機(jī)與礦山法隧道的間隙均勻。

8.3盾構(gòu)推進(jìn)

盾構(gòu)推進(jìn)的關(guān)鍵是控制盾構(gòu)機(jī)在礦山法隧道內(nèi)行走軸線及盾尾與管片外周之間的間隙，即控制推進(jìn)千斤頂行程差和根據(jù)盾尾間隙進(jìn)行點(diǎn)位選擇。

推進(jìn)參數(shù)：推進(jìn)速度10～30mm；推進(jìn)千斤頂行程差，每推進(jìn)一環(huán)后差值為17mm；推力在30～100T；鉸接千斤頂行程差為40mm。

8.4管片拼裝

管片在盾構(gòu)機(jī)拼裝模式下進(jìn)行拼裝，考慮到盾尾間隙和軸線走向兩個問題，為了避免盾構(gòu)機(jī)在推進(jìn)過程中軸線發(fā)生偏離，盾尾出現(xiàn)拖碎管片等現(xiàn)象的發(fā)生，影響施工安全，管片拼裝必須依據(jù)盾尾間隙和軸線及高程走向選擇點(diǎn)位。

8.5施工間隙回填

管片與礦山法隧道間隙的回填在每推完1環(huán)時進(jìn)行。壓注位置在盾構(gòu)機(jī)后第3環(huán)開始，首先用小碎石進(jìn)行初步回填，再推進(jìn)4環(huán)后用單液水泥漿再壓注。壓注順序從隧道底部開始，首先壓注底部，然后壓注左右兩上角。其壓注壓力，初始壓力在0.1MPa，正常壓力控制在0.2MPa，最高壓力不超過0.3MPa，在壓注時應(yīng)逐步增壓，壓力逐步提高，不允許一次壓注完畢。單液水泥漿壓注點(diǎn)在隧道左右兩上角（±36°），如在壓注過程中，漿液泄漏嚴(yán)重，則采用雙液漿，配比如表8-2所示：

9.施工重、難點(diǎn)處理措施

9.1拼裝管片導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)整體向前滑動的處理措施

在砼導(dǎo)臺上預(yù)埋40cm寬厚20mm通長鋼板，在刀盤前部焊接擋塊提供拼裝管片所需反力。預(yù)埋鋼板寬40cm，厚20mm，為半徑3050mm弧形形式，鋼板錨固筋為長150mmφ25鋼筋，鋼筋與鋼板采用穿孔焊接形式。

9.2推進(jìn)時受力不均或障礙物導(dǎo)致側(cè)移的處理措施

噴小碎石工作及時跟進(jìn)，每推進(jìn)1環(huán)立即進(jìn)行背后回噴工作；

刀盤及前盾底部墊鋼板減小摩阻力，鋼板涂抹油脂潤滑；

在預(yù)埋板上標(biāo)識出軸線，在刀盤前端焊指示箭頭，及時糾偏，確保沿路標(biāo)推進(jìn)?？刹捎迷诘侗P前焊擋塊的方式進(jìn)行糾偏。

9.3施工排水問題及應(yīng)對措施

積水影響刀盤前部焊接等輔助施工：擬間隔50m設(shè)50×50cm集水坑，深15cm。

盾構(gòu)法與礦山法交界處防水措施：

Ⅰ管片拖出后盡快注漿填工隧道初支，然后盾構(gòu)空推通過本段區(qū)間隧道，避免了盾構(gòu)在軟硬巖土相間復(fù)雜地層中施工造成隧道管片破損、隧道中心線偏移、盾構(gòu)機(jī)損壞等諸多難以預(yù)料的問題；由于礦山法隧道必須在盾構(gòu)機(jī)到達(dá)前完成，空推速度大于正常掘進(jìn)速度，所以在很大程度上節(jié)約了施工工期。

本工程盾構(gòu)空推施工關(guān)鍵工序在于礦山法隧道斷面凈空尺寸控制，導(dǎo)臺施工質(zhì)量及交界面封端墻加固效果，施工前需綜合分析交界面地層地質(zhì)情況，選擇合理的開挖和加固措施。結(jié)合本工程空推施工經(jīng)驗，特提出以下建議，以供探討：

（1）對于富水軟硬巖土相間復(fù)雜地層，封端墻必須采取最有利止水的措施加固，確保盾構(gòu)進(jìn)入空推段隧道后，地層水無法進(jìn)入管片襯砌與初支間空隙，避免地層含水進(jìn)入空隙造成的隧道上浮。

（2）對于一條含兩段或兩段以上礦山法的隧道，在盾構(gòu)從空推段進(jìn)入土層前必須設(shè)置刀盤旋轉(zhuǎn)槽，以提供刀盤入土前試運(yùn)轉(zhuǎn)條件，同時也會避免出現(xiàn)因刀盤反作用力造成的盾體旋轉(zhuǎn)。

（3）當(dāng)空推完成后，如果地面條件允許，可以選擇從地面引孔向管片與初支間的空隙灌漿，通過這種方式來彌補(bǔ)洞內(nèi)注漿的不足，達(dá)到穩(wěn)固管片，減少地層下沉以及增強(qiáng)管片防水的目的。

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充；

Ⅱ管片托出6環(huán)后開始雙液注漿，注漿壓力不可過大，防止盾體抱死，共注漿12環(huán)。

9.4盾構(gòu)法與礦山法交界處管片加固措施

Ⅰ3點(diǎn)、9點(diǎn)位置用15cm寬槽鋼拉緊，共12環(huán)；

Ⅱ管片螺栓復(fù)緊3次后焊接；

Ⅲ管片拼裝好后底部墊木楔并楔緊；

Ⅳ管片壁后需二次雙液注漿（待盾體離開約6環(huán)后開始）。

10.結(jié)束語

本工程采用了盾構(gòu)法與礦山法相結(jié)合的施工方法，首先采用礦山法施