復雜地層中盾構(gòu)空推過礦山法隧道的施工風險及質(zhì)量控制措施

陳文

（中國鐵建十一局集團城市軌道工程有限公司　武漢　430000）

1　引言

我國城市地鐵隧道通常采用盾構(gòu)施工。但是在廣州、東莞等地常遇見全斷面硬巖、孤石群或長距離上軟下硬的地層，存在掘進速度慢、刀具磨損多、安全風險大等問題，為解決這一難題，現(xiàn)普遍采用“礦山法開挖+盾構(gòu)法襯砌”的工法，即盾構(gòu)空推過礦山法隧道法。

2　工法原理

盾構(gòu)空推法的原理是地層復雜段的盾構(gòu)區(qū)間隧道硬巖段采用礦山法開挖成型初支，再利用盾構(gòu)機空推，拼裝管片通過。具體做法是首先在復雜段的盾構(gòu)區(qū)間隧道采用礦山法開挖施做初期支護，然后在初支仰拱上施做鋼筋混凝土弧形導臺，最后盾構(gòu)機沿著導臺空推拼裝管片通過隧道并噴射豆礫石填充盾構(gòu)管片與初支襯砌之間空隙的施工方法。

3　施工風險

3.1　礦山法隧道欠挖，盾構(gòu)空推時卡住刀盤的風險

礦山法隧道采用了爆破法開挖，爆破施工時，容易產(chǎn)生欠挖情況，盾構(gòu)機通過時容易發(fā)生刀盤卡殼現(xiàn)象。

3.2　盾構(gòu)機上導臺前姿態(tài)偏差過大，擠壓破壞礦山法隧道初支結(jié)構(gòu)的風險

盾構(gòu)在進入礦山法隧道空推段之前，需要穿越一段上軟下硬地層。在基巖強度超過100MPa的上軟下硬巖層中掘進，由于隧道范圍內(nèi)上下部分地層強度差異性極大，導致盾構(gòu)機在該地層中容易發(fā)生姿勢上抬現(xiàn)象，影響盾構(gòu)施工姿態(tài)的控制，容易造成隧道軸線嚴重偏移，一旦盾構(gòu)機姿態(tài)偏差過大，必然導致盾構(gòu)機刀盤擠壓破壞礦山法隧道初支結(jié)構(gòu)，引起結(jié)構(gòu)破壞和后續(xù)空推施工無法掌控盾構(gòu)機姿態(tài)的風險。

3.3　盾構(gòu)前進反力不足，易導致管片接縫滲漏

因盾構(gòu)機前方?jīng)]有土體，在無正面土壓力的狀態(tài)下推進，盾構(gòu)前進的阻力所提供的反力遠小于管片止水膠條所需的擠壓力。從而易產(chǎn)生因反力不足而導致管片止水膠條擠壓不實，影響管片止水條的防水性能造成管片接縫滲漏。

3.4　豆礫石填充不密實、管片上浮的風險

管片與隧道初支間空隙較大且不均勻，注漿時操作難度大，而且填充效果差，從而導致頂部回填注漿難以密實，極易發(fā)生管片上浮和側(cè)移，直接造成管片錯臺或崩角，嚴重時會侵入建筑限界。

3.5　盾體發(fā)生扭轉(zhuǎn)及抬頭的風險

由于盾構(gòu)殼體外部不具備設防自轉(zhuǎn)裝置條件，且盾構(gòu)機與礦山法隧道初支之間存在一定的空隙，在盾構(gòu)空推過程中，存在盾體扭轉(zhuǎn)及抬頭的風險。

4　關鍵控制措施

4.1　礦山法隧道的欠挖處理

礦山法隧道采用了爆破法開挖，為保證隧道斷面的尺寸，在初支施作后，應對斷面進行復測，每隔4.5m進行一個斷面測量，每個斷面測量10個點，對于測量發(fā)現(xiàn)的欠方部位，采用人工鑿除的方法進行處理，確保隧道初支凈空滿足設計要求。

4.2　盾構(gòu)上導臺前的控制措施

在盾構(gòu)機距離端頭墻150～200m時，對盾構(gòu)隧道和礦山法隧道內(nèi)所有測量控制點進行一次整體的、系統(tǒng)的復測和聯(lián)測，對所有控制點的坐標進行精密、準確的平差計算。在盾構(gòu)機距離端頭墻100m、50m時，分別人工復測盾構(gòu)姿態(tài)，及時糾正偏差，確保盾構(gòu)順利進入接收段。在盾構(gòu)機距離端頭墻50m時，根據(jù)盾構(gòu)機的貫通姿態(tài)及掘進糾偏計劃進行推進，選擇合理的掘進參數(shù)，糾偏要逐步完成，距離端頭墻前25m時，逐漸放慢掘進速度，推力逐漸降低，緩慢均勻地切削洞口土體，以確保到達端頭墻的穩(wěn)定性和防止地層坍塌現(xiàn)象。

4.3　盾構(gòu)空推掘進及管片拼裝的控制措施

可通過加設支撐結(jié)構(gòu)，為盾構(gòu)機空推提供反力，盾構(gòu)機每掘進一環(huán)，都從刀盤開口伸出4個支撐頂在隧道初支上提供的反力，使盾構(gòu)機推進千斤頂總推力達到300～500T。管片壓緊擰緊螺栓，收回支撐臂，然后恢復盾構(gòu)繼續(xù)推進。為保證管片止水帶的壓密防水效果，管片安裝完后及時整圓并做好管片螺栓的三次復緊工作：管片拼裝成環(huán)時，其連接螺栓先逐片初次擰緊，脫出盾尾后再次擰緊。當后續(xù)盾構(gòu)掘進至每環(huán)管片拼裝之前，對相鄰已成環(huán)的3環(huán)范圍內(nèi)管片螺栓進行全面檢查并復緊。尤其加強支撐施加反力時的縱向螺栓復緊工作。

4.4　盾構(gòu)管片背后填充的控制措施

豆礫石必須在盾構(gòu)始發(fā)進洞前儲運完成。豆礫石粒徑為5～10mm，數(shù)量可根據(jù)礦山法初支隧道與成型盾構(gòu)管片背后的間隙計算而得，根據(jù)實際情況適當增加，豆礫石的堆放應從礦山法隧道掌子面向始發(fā)洞口方向均勻堆放。管片脫出盾尾后，盾殼與管片之間約有13cm的間隙，首先通過底部管片吊裝孔作為注漿孔注入少量雙液漿，以防管片下沉產(chǎn)生錯臺。然后采用2臺噴射機從盾構(gòu)機刀盤上方1點和11點位置交替噴射，噴射時槍頭置于盾體上，超挖過大可以適當增長噴射時間，如此反復至間隙填充飽滿。每隔10m在盾構(gòu)機的切口四周用袋裝砂圍成一個圍堰，圍堰高度不小于4m，以防注入管片背后的豆礫石前竄。

4.5　防止盾構(gòu)機扭轉(zhuǎn)及抬頭的措施

盾構(gòu)殼體外部不具備設防自轉(zhuǎn)裝置條件，為了防止盾構(gòu)空推過程發(fā)生扭轉(zhuǎn)及抬頭現(xiàn)象，具體措施為：在噴射豆礫石過程中，要及時清理刀盤下面殘留豆礫石，始終保持刀盤前方2m范圍內(nèi)導臺表面清理干凈，防止豆礫石下穿盾體引起盾構(gòu)機抬頭。在盾構(gòu)機通過礦山法隧道期間，嚴禁轉(zhuǎn)動刀盤，防止盾體扭轉(zhuǎn)。從盾體預留孔處注入低強度水泥漿液，使盾殼與隧道初支間空隙盡可能填滿，以增加盾構(gòu)殼體轉(zhuǎn)動阻力，待水泥漿開始初凝時再繼續(xù)掘進。每拼裝完一環(huán)管片，在尾盾盾體與管片側(cè)面接口處用簽字筆畫一條線，通過觀察這條線的對接情況來判斷盾體是否扭轉(zhuǎn)及扭轉(zhuǎn)的大小，發(fā)現(xiàn)盾體扭轉(zhuǎn)時應立即停止向前掘進，及時查找原因并采取糾正措施。

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