超大直徑泥水盾構礦山法隧道接收及空推技術研究

李光山

摘要：在國內城市地鐵隧道施工，超大直徑施工案例較少，并且礦山法隧道內接收并空推的更為少見，本文以廣深港客運專線益田路隧道為例，從施工過程中的聯(lián)系測量、端墻施工、隧道接收、導臺施工、空推掘進、壁后支墊與填充、基座軌道安裝等方面進行分析，指出了該工法質量流程控制，形成了一整套的相關控制技術，并針對施工中的重難點及風險，提出有效的解決措施，保障了盾構端墻接收的安全，管片成型質量的控制，以期對類似工程起到借鑒及幫助的作用。

關鍵詞：超大直徑;泥水盾構;接收;空推

Abstract： In domestic urban subway tunnel construction， there are fewer super-large diameter construction cases， and it is rare to receive and air push in the mine tunnel. This article takes the Yitian Road tunnel of the Guangzhou-Shenzhen-Hong Kong Passenger Dedicated Line as an example， analyzes from the aspects of connection measurement during construction， end wall construction， tunnel reception， guide platform construction， aerial tunneling， back support and filling of the wall， and base rail installation， points out the quality process control of the construction method， forming a set of related control technologies， and proposes effective solutions to ensure the safety of the shield end wall reception and the control of the quality of the segment forming， with a view to playing a role as a reference and help for similar projects.

Key words： super-large diameter;slurry shield;receiving;air pushing

0? 引言

廣深港客運專線益田路隧道采用直徑13.19m泥水平衡盾構機施工，盾構機總長135m，主機重量為1532T，因受地質條件、接收場地因素影響，直接推進會造成掘進困難、刀具磨損、成本變高、工期滯后、安全風險高等問題，為解決這一施工難題，因此決定盾構機需要在礦山法隧道內接收并空推至豎井位置進行解體施工的工藝，具體分別從施工過程中的聯(lián)系測量、端墻施工、隧道接收、導臺施工、空推掘進、壁后支墊與填充、基座軌道安裝等方面進行全過程控制，施工中通過有效的措施，克服了端頭坍塌、端頭墻漏水漏漿、空推段管片破損、超大直徑顆粒堆積的風險，確保盾構的順利接收并空推完成。

1? 工程概況及水文地質

益田路盾構隧道總長1470.6m，其中涉及本文盾構法接收及空推施工分兩段，分為：礦山法開挖上臺階，保留中下臺階，采用盾構開挖下半斷面，長度為28m;完全空推段長102m。該段地層主要為弱風化變質砂巖，隧道上覆該層厚度約6.1m，其上依次為（強風化變質砂巖、全風化變質砂巖、粉質粘土和填土層;此段原巖性組織結構已基本全部被礦山法爆破施工破壞，裂隙水發(fā)育，滲透系數(shù)K大于0.5～2m/d。

2? 盾構到達礦山法段準備工作

2.1 隧道內聯(lián)系測量

盾構推進在距上下臺階位置100m時，對盾構機位置進行聯(lián)系測量，形成測量成果報告，并報監(jiān)理單位及第三方監(jiān)測單位審核通過;依據測量結果，施工中明確實際隧道中心軸線與設計隧道中心軸線的關系，制定盾構姿態(tài)調整計劃;在調整盾構機的貫通姿態(tài)時注意兩點：一是盾構機貫通時的中心軸線與隧道設計軸線的偏差，二是導臺位置的偏差;綜合這些因素在隧道設計中心軸線的基礎上進行適當調整，糾偏要緩慢進行，每一環(huán)糾偏量不能超過±5mm。

2.2 隧道的斷面測量超欠挖處理

因在礦山法成型隧道內進行接收空推，依據施工進度安排，礦山法施工無法完成，因此決定在初支完成后，進行接收工作;礦山法隧道采用了爆破法開挖，爆破施工時，較難控制隧道斷面的成型尺寸，易產生超欠挖情況，若欠挖部位未處理到位，在盾構機通過時，刀盤易被卡住，阻礙盾構機前進，為保證隧道斷面的尺寸，礦山法隧道初支完成后，對隧道施工進行復測，對欠挖位置進行二次處理，確保符合施工要求。

2.3 出洞端頭墻施工

為防止刀盤在破除上臺階掌子面時壓力瞬失引起地面沉降，考慮在空推段隧道內設置端頭墻，端頭墻厚度1.2m;墻體與礦山法開挖下臺階段設置混凝土導臺。圖1為礦山法臺階及端頭墻設置。

為避免刀盤破除上臺階掌子面時壓力驟降引起地表沉降，在端頭墻上預留注漿管，安裝閥門，在盾構機到達之前將該段注滿水，做注水試驗，防止盾構刀盤破上臺階后，泥漿會瞬間填充至段上部空腔，沖擊端頭墻并瞬間失壓，產生瞬間強烈壓力波動，對地表及建筑產生較大影響，采取注水措施后能使壓力平衡，規(guī)避風險;后期通過注漿管注雙液漿封閉端頭墻與初期支護空隙，防止水通過空隙滲漏。

控制要點：

①出洞端頭墻抵達端頭墻時，精確控制掘進參數(shù)，重點是切口壓力平衡和總推力，避免因壓力波動或推力不均造成端頭墻被破壞。

②考慮避免泥漿從目前端頭墻與初期支護外側與巖體之間的空隙泄露，對端墻外大里程方向10m范圍內對初支背后進行注漿密閉，并進行模噴（模噴厚度原則為不侵入盾構開挖范圍內，根據初支表面平整度控制在10～20cm之間）。

③上下臺階段拼裝整環(huán)管片，空推段拼裝底部2塊管片，精確控制空推段盾構機和管片姿態(tài)，尤其是上下臺階段。

④端頭墻施工完成達到強度要求后應進行注水檢驗，重點檢驗注水壓力達到2bar時端頭墻（初支）縫隙處滲水流量大小，若滲水量大，則通過預留注漿孔進行補救措施，對裂隙進行填塞處理;若縫隙小，滲水輕微，則進行多次補注水，實現(xiàn)端頭墻后水壓力的動態(tài)平衡。

2.4 空推段導臺施工

盾構機在到達空推段之前需要在礦山法隧道內完成砼導臺導軌的預埋和導臺混凝土澆筑，盾構機空推時采用導軌滑移方式進行，即在空推時，刀盤及盾體落在導軌上，通過底部6組推進油缸推進盾構機，盾體在導軌上滑移向前，導軌起支撐和導向盾體前進作用。砼導臺高1.1m，砼導臺采用C30混凝土澆筑而成，間距5.17m，鋼導軌采用43鋼軌制造，導軌間距6.81m，往豎井方向頂面標高按照0.23%的坡度遞減，在導軌上焊接牛腿增加受力性能，空推掘進時在導軌上涂抹硬質黃油，以減小導軌與盾體間的摩擦力。端頭墻至礦山法下臺階導臺布置形式與空推段導臺布置形式相同，與空推段相比，取消導軌，導臺實際隧道中心比正常段高5cm，并沿大里程方向沿0.23%的坡度遞減）。圖2為斷面鋼筋砼導臺斷面圖。

3? 盾構接收

盾構在即將到達上下臺階前30m，應減緩掘進速度，同時各項施工參數(shù)應盡量保持均衡，重點是進排漿流量與壓力平衡，減小壓力波動對周圍土體的擾動，避免壓力波動造成端墻破壞或泄露。在上下臺階段重點控制頂、底部分區(qū)油缸油壓大小，因頂部已開挖，土體能穩(wěn)定，精確控制盾構機推進各項參數(shù)，該段采用常壓推進，刀盤抵達端頭墻后，采用破碎錘配合人工破除端墻。

控制要點：

①均勻、勻速施工，控制好盾構姿態(tài)，進洞段掘進管片選型要充分結合盾構姿態(tài)，避免管片與盾構軸線產生大的夾角。

②推進時不急糾、不猛糾，多注意觀察盾尾間隙和千斤頂油缸行程的變化。

③刀盤抵達上臺階前時，必須嚴格控制同步注漿壓力及注漿量，并密切關注同步注漿的擴散效果，需要時縮短砂漿的凝結時間;同時加強二次注漿，并對管片頂部開孔，檢查注漿效果。

④刀盤抵達下臺階后繼續(xù)拼裝整環(huán)管片，此時重點控制盾尾后8環(huán)管片壁后的隧道注漿，繼續(xù)用雙液漿將此8環(huán)進行封閉固定。

⑤盾尾通過上下臺階段后在底部拼裝2塊管片，并以此作為推進反力直至刀盤抵達端墻，在僅底部拼裝2塊管片時及時填充管片底部間隙。

⑥盾構機到達的掘進和碰壁過程中，盾構掘進參數(shù)參考表1進行控制，同時在掘進中通過調整推進油缸上下壓力差、控制管片拼裝等措施控制盾構機姿態(tài)。

4? 盾構空推段施工

4.1 盾構空推過程控制

當盾構機到達空推段后經過一系列的檢修達到施工要求后便可向前空推掘進。具體過程如下：

①清理工作：盾構機破除空推段掌子面后將會產生大量渣土、泥漿，所以在空推開始前需要清理干凈刀盤前方區(qū)域，使其滿足施工條件。

②盾構機空推掘進：盾構機空推依靠最后一環(huán)管片獲得推進反力，空推施工開始前應對該管片進行加固，正常段最后5環(huán)管片每個縱向螺栓上焊接吊耳，并焊接槽鋼，使其形成一個整體。加固完成后即可掘進，掘進速度保持在30～50mm/mm之間，同時刀盤前方安排專人值班，時刻與掘進操作手保持聯(lián)系，發(fā)生異常情況及時停機檢查，每掘進2m則進行正常的管片拼裝。

③空推段管片拼裝：盾構空推拼裝管片脫出盾尾后及時固定，并澆筑早強自密實混凝土，限制管片下沉，盾構機依靠底部管片（必須加固并注漿合格）獲得推力繼續(xù)向前推進，如此循環(huán)推進。

4.2 空推段管片的拼裝與固定

無導軌段由于導臺不設置導軌，管片脫出盾尾后在管片兩側僅底部填塞預制混凝土楔塊固定，每環(huán)管片脫出盾尾后后用早強自密實混凝土填充管片與導臺間間隙，固定管片，限制管片下沉，使管片底部盡快具有早期強度和自穩(wěn)性。

有導軌段管片脫出盾尾后在管片底部與導軌間填塞預制鋼楔塊，并將其與導軌和管片預埋鋼板焊接成整體。每環(huán)管片脫出盾尾后后用早強自密實混凝土填充管片與導臺間間隙，固定管片，限制管片下沉。使管片底部盡快具有早期強度和自穩(wěn)性，見圖3所示。

5? 施工風險及控制措施

5.1 空推段起點端頭坍塌風險

當盾構機進入盾構開挖段末端時，由于泥水平衡被破壞，刀盤上方土體失穩(wěn)坍塌，應對措施如下：

①在盾構到達之前在洞內進行注漿加固;

②目前礦山法開挖斷面頂部超挖大于盾構開挖直徑為0～36.3cm，為保證該段空推段整環(huán)管片壁厚注漿效果，對現(xiàn)有礦山法斷面進行復噴，控制在比刀盤開挖直徑不大于20cm;

③通過預留注漿孔注水，防止刀盤破土后瞬間失壓產生大的壓力波動。

5.2 盾構出端頭墻后洞門漏漿漏水的風險

盾構空推時洞門密封被破壞，發(fā)生泥漿泄露的風險;初期支護與巖體之間不密實，泥漿從端頭墻初支后面泄露。

①儲備一定數(shù)量的快干水泥、水玻璃、棉絮、棉被、聚氨酯、聚氨酯泵、木楔子、注漿泵、泥漿泵等應急物資設備，在洞門密封裝置一旦發(fā)生泄露或從初支與巖體之間發(fā)生泥漿泄露，要有及時采用填塞、注漿等措施進行封堵處理;

②及時抽排泥漿。

5.3 盾構空推段管片破壞的風險

盾構空推時，由于盾構機外殼不與土壤接觸，僅底部與導臺填充層接觸，盾構機只依靠底部管片獲得反力掘進，由于只能利用6組千斤頂油缸，盾構機受力不均勻，存在扭轉的風險，一旦發(fā)生扭轉，盾構機后部臺車將發(fā)生偏斜;造成管片彎曲（徑向、軸向均可以發(fā)生彎曲現(xiàn)象），導致環(huán)縫兩側混凝土在受壓時應變相差過大，無法承受軸向壓力，從而直接導致軸向剛度降低，繼而造成管片破碎，應對措施如下：

①盾構空推時底部油缸推力和油缸行程應保持一致，使底部管片受力均勻;

②在未脫出盾尾管片內弧面焊接縱向鋼支撐，使相鄰兩環(huán)管片連成整體，增加管片受力性能;

③及時在脫出盾尾管片底部填充早強、自密實混凝土，并保證混凝土填充飽滿，增強管片整體強度;

④在管片外側及時安裝混凝土、鋼楔塊，精確控制管片姿態(tài)。

5.4 不規(guī)則超大粒徑塊石堆積刀盤前方無法進入碎石機影響盾構姿態(tài)的風險

由于礦山法開挖已對臺階段原巖狀態(tài)造成了破壞，刀盤在切削上下臺階段下臺階段巖石時有可能出現(xiàn)超大粒徑塊石堆積刀盤前方，且無法進入碎石機，這種情況如果出現(xiàn)將影響正常掘進，同時將會使盾構姿態(tài)超限，使盾構機難以推上空推段導臺，應對措施：盾構將下臺階開挖完，從下臺階到有16m的空推段，在此段空推段底部擴挖1m滿足集石要求，根據情況盾構空推10～15m后破除端頭墻后，超粒徑塊石從豎井清理吊出。

6? 結束語

超大直徑盾構本是地鐵施工中的難點，特殊工法使用并不常見，本次在施工中，上下臺階法的設置、端頭墻的施工質量、掘進參數(shù)的控制、導臺的施工質量、空推管片支撐及注漿控制決定了盾構的順利接收，因此超大直徑盾構礦山法隧道接收及空推的關鍵技術是端頭墻施工質量、掘進參數(shù)控制、導臺施工質量、管片支撐與固定等，做好上述各項質量控制要點，才能避免施工中的風險，最終確保盾構的順利接收。

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