盾構(gòu)機到達礦山法隧道及空推出洞施工技術(shù)探討

舒磊

摘要 結(jié)合地鐵施工實例，對盾構(gòu)機在礦山法隧道的到達、長距離空推出洞施工技術(shù)進行研究，通過方案比選、優(yōu)化，加強施工過程的監(jiān)控量測等手段，使盾構(gòu)機快速、安全、平穩(wěn)地通過了礦山法隧道。盾構(gòu)機空推采用負環(huán)拆除管片作為介體，頂推過程中對管片的損壞較小，管片拆卸后可重復(fù)作為負環(huán)使用，節(jié)約了施工成本，取得了較好的經(jīng)濟效果，為以后同類施工中盾構(gòu)機過礦山法隧道提供借鑒。

關(guān)鍵詞 地鐵;盾構(gòu)機;礦山法隧道;空推出洞

中圖分類號 U231.3文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2022）10-0089-03

0 前言

目前，許多地鐵施工標段盾構(gòu)法、礦山法兩種施工工法同時存在，盾構(gòu)機如何在礦山法隧道中快速、安全、平穩(wěn)到達并空推出洞，是一項值得研究的課題。該文以長沙地鐵6號線木馬塅站至黃花機場T1T2站區(qū)間施工為例，通過對施工工藝技術(shù)的研究，分析施工過程中的重難點并提出應(yīng)對措施，最后確保盾構(gòu)機安全到達礦山法隧道及空推出洞。

1 工程概況

木馬塅站至黃花機場T1T2站區(qū)間，由木馬塅站車站的南端頭始發(fā)，沿著臨空南路向南，穿過盛地領(lǐng)航城，左右線分別以小半徑曲線沿著臨空南路向南延伸，穿過機場航油庫油罐，通過高架橋橋樁、機場聯(lián)絡(luò)線橋樁，抵達黃花機場T1T2站。區(qū)間采用盾構(gòu)+礦山法暗挖聯(lián)合工法進行施工。盾構(gòu)機從木馬塅站南端頭始發(fā)，從黃花機場T1T2站西端接收再空推30 m后吊出。

2 施工工藝技術(shù)

2.1 盾構(gòu)機到達接收施工流程

盾構(gòu)機到達接收施工流程包括：盾構(gòu)機的定位和接收洞門位置的復(fù)核測量→洞門環(huán)密封簾布的安裝→導(dǎo)臺施工→洞門破除→上導(dǎo)臺空推出洞→吊裝出井。

2.2 盾構(gòu)機導(dǎo)臺施工

導(dǎo)臺施作厚度為150 mm，弧長為4 683 mm，兩側(cè)水平延伸361 mm，中間主筋采用12 mm螺紋鋼筋，布設(shè)間距為150 mm，箍筋采用8 mm光圓鋼筋，水平布設(shè)間距450 mm。

暗挖段二襯工程完工后，進行盾構(gòu)機導(dǎo)臺的施工，導(dǎo)臺和二襯接合面的二襯表面要進行鑿毛，然后用高壓水清洗。在新舊混凝土的接縫部位，先刷一層界面劑以確保新、舊混凝土的接縫質(zhì)量，使其緊密結(jié)合。

2.3 盾構(gòu)到達前姿態(tài)的復(fù)核

在盾構(gòu)推進到盾構(gòu)到達施工區(qū)域時，使用全站儀和陀螺儀精確測量盾構(gòu)機的位置，確定已成型隧道的中軸線和設(shè)計中軸線之間的位置關(guān)系，同時復(fù)核接收洞門的位置坐標，確定盾構(gòu)機的貫通姿態(tài)并提出姿態(tài)糾偏方案，確保出洞偏差滿足設(shè)計和規(guī)范要求。在盾構(gòu)到達施工過程中，盾構(gòu)機姿態(tài)調(diào)整應(yīng)注意兩個方面問題：一是盾構(gòu)機中軸與隧道設(shè)計軸線的偏差;二是盾構(gòu)接收洞門的位置偏差。綜合考慮各種影響因素，對盾構(gòu)機姿態(tài)進行合理調(diào)整。姿態(tài)糾偏要采用勤糾偏少糾偏的原則，每環(huán)管片的糾偏量不宜大于5 mm[1]。

2.4 接收井井內(nèi)布置

首先對暗挖段導(dǎo)臺坐標進行復(fù)核，接收托架的中心軸線應(yīng)與隧道設(shè)計軸線及導(dǎo)臺軸線一致。接收托架的鋼軌面標高根據(jù)線路條件進行調(diào)整，可適當(dāng)?shù)販p小10 mm，確保接收托架和礦山法暗挖段導(dǎo)臺之間保持緊密的連接，預(yù)防盾構(gòu)機“啃軌”，使盾構(gòu)機能夠順利地上到托架。

在盾構(gòu)機接收托架縱橫向加固方面要格外重視，以確保盾構(gòu)機能夠順利地抵達接收托架。

2.5 盾構(gòu)接收托架安裝

盾構(gòu)機接收托架安裝之前，通過全站儀將地面控制點的坐標經(jīng)車站臨時預(yù)留孔導(dǎo)入到接收井底板上，對托架中心線進行放樣，定位。盾構(gòu)機接收托架的高程通常低于設(shè)計標高1 cm，平面位置放樣精度偏差不超過3 mm。

盾構(gòu)機接收托架主要由工字鋼、H型鋼、鋼板等焊接而成。將成型的盾構(gòu)接收托架吊入工作井，根據(jù)測量放樣的基準線進行定位，利用液壓千斤頂和手動鏈條葫蘆進行準確定位，其定位精度控制在±5 mm以內(nèi)。由于接收托架在盾構(gòu)機到達時會承受較大的縱向和橫向推力，因此在盾構(gòu)機到達前，對接收托架兩側(cè)采用型鋼進行加固并嚴格檢查加固質(zhì)量。

2.6 洞口接收導(dǎo)臺軌道的安裝

為了確保盾構(gòu)機出洞時不會出現(xiàn)“低頭”的情況，必須對接收導(dǎo)臺進行精確的定位。導(dǎo)臺軌道安裝時，使用全站儀進行放樣，復(fù)核合格后再進行鋼軌與預(yù)埋鋼板的焊接。

2.7 盾構(gòu)接收段掘進

在盾構(gòu)機進入接收區(qū)域后，應(yīng)采取措施減小盾構(gòu)機推力、并降低掘進速度、控制好出土量、實時監(jiān)測土倉壓力，接近洞門時土壓設(shè)置值逐步減小，防止推力過大對洞口區(qū)域的土體穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。

2.8 盾構(gòu)機到達

2.8.1 盾構(gòu)機到達前場地布置

木馬塅站—黃花機場T1T2站區(qū)間盾構(gòu)主機在黃花機場T1T2站拆解吊離井后組織撤場，大件的吊卸由260 t履帶吊完成。拆卸主要設(shè)備如下：260 t履帶吊一臺，130 t汽車吊一臺，50 t液壓千斤頂兩臺，以及相應(yīng)的吊具。

2.8.2 盾構(gòu)到達掘進參數(shù)

（1）盾構(gòu)機到達圍護樁前盾構(gòu)掘進參數(shù)設(shè)定：

1）推進速度控制在30～50 mm/min;

2）刀盤轉(zhuǎn)速控制在1.0～1.5 r/min;

3）刀盤扭矩控制在2 500 N·m以下;

4）土倉壓力控制在1.0～1.2 bar;

5）每環(huán)同步注漿量不得少于6.5 m?/環(huán);

6）每環(huán)出渣量控制在55～69 m?（相當(dāng)于土箱的4箱至4箱半）;

7）推進過程中倉位控制在一半以上，停機時蓄土保壓。

（2）盾構(gòu)機磨樁期間掘進參數(shù)的設(shè)定：

1）在滿足推進速度的前提下，總推力控制在1 000 t以下;

2）推進速度控制在10～15 mm/min;A8811F88-A6BC-4B7D-B094-8FF2B468153D

3）刀盤轉(zhuǎn)速控制在1.0～1.2 r/min;

4）土倉壓力控制在0.3～0.5 bar;

5）推進過程中土倉控制在2/3倉位，停機時進行蓄土保壓;

6）嚴格控制出土量，出現(xiàn)連續(xù)超挖現(xiàn)象立刻停機處理。

2.8.3 盾構(gòu)機在端頭位置的處理

當(dāng)盾構(gòu)機刀盤與隧道出口洞門相距不超過5 m時，可將水泥漿或膨潤土注入盾殼外側(cè)，以防止盾構(gòu)機尾段上部水流進入隧道出口洞門。

當(dāng)盾構(gòu)進入礦山法隧道前10 m時，通過管片開孔進行止水環(huán)施工，止水環(huán)采用雙液注漿，施作前后三環(huán)，確保出洞時后方水源竄入礦山法隧洞。

當(dāng)盾構(gòu)機磨墻出洞并暴露刀盤時，停止掘進，根據(jù)漏漿情況，用棉紗或帶土的編織袋和楔子進行封堵。清理完洞口泥漿雜物后，盾構(gòu)機沿接收托架推進至接收導(dǎo)臺。

在最后10環(huán)管片安裝時，為防止管片拼裝過程中由于沒有推力而造成擠壓不密實，在環(huán)與環(huán)之間的上半部分采用自制鋼構(gòu)件進行連接加固。

3 施工重難點分析及應(yīng)對措施

3.1 盾構(gòu)到達接收步上導(dǎo)臺無法為拼裝管片提供足夠反力

在盾構(gòu)機到達接收托架并步上導(dǎo)臺時，遇到的阻力較小，管片與管片間的橡膠止水膠條由于擠壓力無法滿足設(shè)計要求，導(dǎo)致管片環(huán)間的密封性能差，容易發(fā)生滲漏。應(yīng)對措施主要有如下：

（1）盾構(gòu)機到達接收前要及時在洞內(nèi)將最后10環(huán)管片進行縱向拉緊。首先將最后10～6環(huán)之間用型鋼縱向拉緊，然后再將6～1環(huán)每拼裝一環(huán)加固一環(huán)，直到尾盾完全脫出管片為止。

（2）在導(dǎo)臺上焊接擋板，在盾構(gòu)施工管片拼裝過程，提供足夠的千斤頂推進反力。

3.2 刀盤破除洞門后隧道涌水

3.2.1 破洞門時漏水、涌水應(yīng)對措施

盾構(gòu)機破除洞門前把所有應(yīng)急材料準備到位。

（1）出現(xiàn)小洞流水時采用削尖木樁打入流水口，堵住流水口，再采用快硬水泥封口，減少地層損失。

（2）當(dāng)出現(xiàn)裂紋漏水時采用棉紗塞入裂縫，采用快硬水泥封口，再采用方木頂木板的方式頂住裂縫口，防止裂紋進一步發(fā)展。

（3）當(dāng)洞圈下部分出現(xiàn)大面積漏水時，采用土袋圍堰把下部圍住，在土袋與混凝土墻之間采用混凝土封閉漏水，再打眼注雙液漿止水，最后鉆孔觀察孔確認漏水已止住時拆除土袋圍堰繼續(xù)破除洞門。

（4）當(dāng)出現(xiàn)涌水情況時要加強施工監(jiān)測，測量礦山暗挖段結(jié)構(gòu)位移及沉降量，當(dāng)發(fā)現(xiàn)沉降較大時及時進行地表注漿，防止地表下沉引起周邊房屋發(fā)生傾斜，并派專人檢查房屋有無裂縫的產(chǎn)生，當(dāng)出現(xiàn)裂縫時要及時通知周邊居民疏散，防止事故進一步擴大。

3.2.2 盾構(gòu)機與簾布板間的漏水

盾構(gòu)機破開端頭墻，進入礦山暗挖段后仍然存在漏水情況的隱患，當(dāng)盾構(gòu)機外側(cè)水壓過大時有可能從注漿管外殼與簾布板之間發(fā)生漏水，發(fā)生漏水后要首先檢查流水有無帶泥現(xiàn)象，并確認流水有無異味。

（1）當(dāng)水流較小時，派專人觀察漏水情況，當(dāng)水流保持恒定或有減小趨勢時，保持盾構(gòu)機正常推進。

（2）當(dāng)水流較大有異味但無帶泥現(xiàn)象，可以初步判斷為地表水，需要采取堵漏措施，減小漏水，堵漏方法可采用快硬水泥加引流管的方法進行，在盾構(gòu)機的前方地表打眼注漿，適當(dāng)減少漏水量，再加快推進速度，直至盾構(gòu)機尾部進入洞門后5 m，采取隧道內(nèi)二次注雙液漿直至漏水停止，最后正常推進。

（3）水流較大出現(xiàn)帶泥現(xiàn)象并無異味時，可以初步判斷為地下承壓水，需要馬上采取堵漏措施，減小漏水，以減少地層損失引起地面沉降，堵漏方法可采用快硬水泥加引流管的方法進行，在盾構(gòu)機的前方地表打眼注漿，直至引流管流量減小或停止后封堵引流管，接著盾構(gòu)機向前掘進，直至盾尾進入洞門后，在隧道內(nèi)注雙液漿至洞門停止漏水，最后正常推進。

3.3 盾構(gòu)機到達礦山法隧道及空推出礦山段

盾構(gòu)機到達接收后，需繼續(xù)向前空推約30 m過礦山法隧道，再進行吊裝作業(yè)。盾構(gòu)隧道與礦山法隧道關(guān)系如圖1所示，其中礦山法擴大段隧道開挖斷面凈尺寸9.4 m×9.4 m（長×寬），在Y（Z）DK58+104.500處澆筑500 mm厚C30玻璃纖維筋混凝土堵頭墻。

如圖1所示，礦山法隧道施工時需在二襯之上施工盾構(gòu)機接收導(dǎo)臺，導(dǎo)臺為底部中心79°范圍內(nèi)，導(dǎo)臺底部55°范圍兩側(cè)預(yù)埋43軌道，軌道嵌入導(dǎo)臺10 mm，盾構(gòu)機外輪廓線高出軌道面20 mm，以確保盾構(gòu)機順利步入導(dǎo)臺，盾構(gòu)機空推采用管片作為介體，直至將盾構(gòu)機推出礦山法隧道步入接收托架。

技術(shù)及安全保證措施：

（1）加強土壓平衡、盾構(gòu)姿態(tài)、同步壁后注漿及監(jiān)控量測等管理。

（2）在盾構(gòu)機接收到達前應(yīng)核實水文地質(zhì)條件，若地質(zhì)條件與詳勘存在較大出入，應(yīng)立即通知各單位協(xié)商處理。

（3）盾構(gòu)出洞時應(yīng)制定合理的盾構(gòu)機切削礦山法段堵頭墻結(jié)構(gòu)方案，采取適當(dāng)?shù)拿芊獯胧黾恿嗣芊饧陌惭b精度，防止工具在盾構(gòu)出孔時對密封件造成損壞。

（4）在隧道出口時，應(yīng)安裝一種縱向張緊器，并在其上沿縱向張緊管片10圈。

（5）在接受段附近25 m處為盾構(gòu)機抵達段，當(dāng)盾構(gòu)機進入到達段時，應(yīng)逐步減小推力，降低推進速度。在掘進前的最后三個階段，進一步減小推力，降低推進速度，掘進速度控制在5～10 mm內(nèi)，采用小推力低速度掘進完達段，在掘進過程中，采用開孔距離堵頭墻進入礦井法隧道。

（6）為了保證盾構(gòu)機通過凈空，在掘進法掘進前對礦井法進行了剖面的測量。導(dǎo)臺安裝完畢后，須對導(dǎo)臺進行測量和復(fù)查，并對其進行重新測量，保證導(dǎo)臺的標高在?5～+10 mm之間。

（7）在進行盾構(gòu)空推施工前，必須由各責(zé)任主體單位進行施工前條件核查，當(dāng)條件核查通過后，才可進行施工。

（8）在盾構(gòu)機空載穿越礦井法段時，根據(jù)刀片與導(dǎo)板之間的相互關(guān)系，調(diào)整各油缸的沖程，嚴格控制盾構(gòu)的掘進姿態(tài)和推進速度，并加強對中線位置的監(jiān)測。

4 結(jié)束語

該工程在實施過程中通過技術(shù)方案的比選、優(yōu)化，以及對施工工藝技術(shù)的研究，全面分析施工過程中的重難點并提出應(yīng)對措施，通過加強施工過程中的監(jiān)控量測等手段，確保盾構(gòu)機快速、安全、平穩(wěn)地通過暗挖隧道，且盾構(gòu)機空推過程中采用負環(huán)拆除管片作為介體，直至將盾構(gòu)機推出礦山法隧道步入接收托架，頂推過程中對負環(huán)管片的損壞較小，管片拆卸后還可以繼續(xù)用作負環(huán)使用，節(jié)約了施工成本，取得了較好的經(jīng)濟效果。

參考文獻

[1]畢經(jīng)東， 趙得杰. 大直徑盾構(gòu)空推通過礦山法隧道段的施工技術(shù)研究[J]. 城市軌道交通研究， 2021（6）： 90-94.A8811F88-A6BC-4B7D-B094-8FF2B468153D