盾構(gòu)機(jī)空推過礦山法段地鐵隧道施工技術(shù)

陳賀

一、橫琴站-4#工作井區(qū)間

橫琴站-4＃井處在珠海市橫琴島經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)。橫琴站安裝在前部，采礦隧道安裝在后部。盾構(gòu)隧道的起點(diǎn)和終點(diǎn)為DK13+157.214-DK14+709.000，全長(zhǎng)1552m，雙洞單線，該線始于橫琴站，沿環(huán)城公路至工作井4#，然后返回橫琴站再次始發(fā)。

二、施工方案探討

1.施工總體思路

本工程的總體施工思路為：采用礦山法開挖+初始錨桿噴漿支護(hù)+管片襯砌結(jié)合的施工方式。先用采礦法完成隧道的初始支護(hù)，再使用盾構(gòu)組裝管片空推通過隧道的形式形成礦石隧道二襯。但需注意，要使用小于10mm的礫石填充二襯與支護(hù)間隙，再向其中填充足量的水泥漿。最后，由管片和注漿體共同組成礦井隧道的二襯。

2.施工準(zhǔn)備

盾構(gòu)機(jī)與采礦隧道之間的接觸面為開放空間，但在采礦隧道和左線隧道的開挖過程中，相鄰建筑物因失水而開裂，因此，要盡可能保證盾構(gòu)機(jī)安全、穩(wěn)定、平整地進(jìn)入暗挖空推段，以此來減少地層二次擾動(dòng)，從而保證地表安全。以下是盾構(gòu)前進(jìn)需做好的準(zhǔn)備工作：

（1）完成礦山法施工區(qū)段挖掘后，及時(shí)推進(jìn)盾構(gòu)與礦山法分界面端頭墻和盾構(gòu)空推導(dǎo)臺(tái)的施工，對(duì)斷面情況進(jìn)行復(fù)測(cè)，監(jiān)測(cè)地下暗挖段拱頂沉降量，檢查墻體開口尺寸確保凈空。

（2）在混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求的90%后，對(duì)從盾構(gòu)與采礦方法界面到豎井間的隧道進(jìn)行連續(xù)填充，保證在端壁端部15m內(nèi)填滿整個(gè)斷面隧道，前5m內(nèi)壓實(shí)渣土。

（3）在盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入暗挖空推50m之前，對(duì)管片姿態(tài)進(jìn)行測(cè)定，同時(shí)借助手動(dòng)測(cè)量方式檢查盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)，若發(fā)現(xiàn)偏差，通過更正測(cè)量引導(dǎo)系統(tǒng)的方式調(diào)整盾構(gòu)推進(jìn)姿態(tài)。

3.盾構(gòu)與暗挖空推段接口處理

礦山隧道開挖后，將玻璃纖維筋格柵水平放置在端壁上，并確保其與最后兩個(gè)緊密間隔的格柵一起豎立在隧道的末端，應(yīng)使用12號(hào)鋼絲對(duì)玻璃纖維筋格柵和鋼筋格柵進(jìn)行牢固綁扎。若使用電線和適當(dāng)?shù)妮o助端接措施，要保證玻璃纖維筋格柵伸入鋼筋格柵延伸的長(zhǎng)度超過200mm，且在確定綁扎牢固的同時(shí)確?；炷恋木o密性。

在掌子面開挖后，要立即噴射40mm厚的C20混凝土，防止局部出現(xiàn)倒塌。施工過程中要對(duì)隧道的最后三個(gè)窄間距格柵噴射混凝土，在水平格柵和纖維筋網(wǎng)完成連接后繼續(xù)噴射定量的混凝土，最后再設(shè)置三榀密排格柵。如圖1所示。

圖1 端頭墻加固平面（單位：mm）

4.鋼筋混凝土導(dǎo)臺(tái)施工

為在最大程度上保證盾構(gòu)機(jī)安全、高效、快速地通過采礦區(qū)域，施工前要提前在采礦區(qū)域安裝鋼筋混凝土導(dǎo)引平臺(tái)，在向盾構(gòu)機(jī)提供準(zhǔn)確指示的前提下，確保其以良好的姿態(tài)進(jìn)行推進(jìn)施工。為了確保獲得理想的密封效果，需要確保節(jié)段的裝配質(zhì)量和節(jié)段的姿態(tài)良好，礦山開挖后，還要在以礦井為中心的600米范圍內(nèi)建造鋼筋混凝土導(dǎo)引平臺(tái)。下圖為鋼筋混凝土導(dǎo)引平臺(tái)示意圖。

圖2 鋼筋混凝土導(dǎo)臺(tái)示意

5.盾構(gòu)空推施工過程

在導(dǎo)臺(tái)混凝土的強(qiáng)度達(dá)到相關(guān)設(shè)計(jì)要求及強(qiáng)度，且當(dāng)?shù)叵麻_挖段的淤泥回填至指定位置時(shí)，方可進(jìn)行盾構(gòu)施工；在盾構(gòu)本體到達(dá)端墻位置時(shí)，端墻的玻璃纖維會(huì)讓盾構(gòu)機(jī)停機(jī)。在整個(gè)施工過程中，盾構(gòu)機(jī)不應(yīng)完全將砂袋從端壁推入，為在最大程度上使其保持穩(wěn)定，盾構(gòu)機(jī)應(yīng)推動(dòng)回填渣土，讓其逐漸形成密實(shí)的土柱。在盾構(gòu)機(jī)達(dá)到正常推進(jìn)方式且維持一段時(shí)間后，應(yīng)及時(shí)將回填土填入管段和隧道間，同步跟進(jìn)注漿，且將土填滿整個(gè)土倉。當(dāng)推力達(dá)到要求值后，再借助螺旋輸送機(jī)進(jìn)行出土作業(yè)。

（1）堆土施工

封閉式刀盤的前部應(yīng)回填渣土，且盾構(gòu)體也應(yīng)回填渣土，并在地下開挖的初始支撐空間內(nèi)，在保證同步注漿正常開啟的條件下，讓管片止水條具備良好的密封性能。兩種工作條件如下：首先，盾構(gòu)機(jī)到達(dá)填土回填段后停止前進(jìn)；其次，盾構(gòu)機(jī)向前推進(jìn)過程中，管片拼裝正常，掘進(jìn)正常，同步注漿正常，同樣采用錯(cuò)縫拼裝。

（2）管片背襯回填

當(dāng)堆土能對(duì)刀盤起到良好的密封效果后，針對(duì)管片后方位置，要采用同步澆鑄方式進(jìn)行回填作業(yè)。對(duì)于水泥砂漿，借助盾構(gòu)機(jī)的同步澆鑄系統(tǒng)進(jìn)行壓鑄，此種做法不僅能讓地層與管段和初始背襯更好地接觸，還能在一定程度上促進(jìn)支護(hù)效果的提升。根據(jù)同步澆鑄后的檢查結(jié)果，進(jìn)行二次澆鑄以加強(qiáng)鑄孔的截面，同步澆鑄時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制壓力澆注，保證環(huán)形空隙填充的飽滿性，從而確保管片結(jié)構(gòu)段不因澆注的原因而產(chǎn)生移位、變形或損壞等問題。當(dāng)?shù)侗P前方堆積的土壤不能密封刀盤面時(shí)，應(yīng)在該部分后進(jìn)行回填，方法是噴灑豆礫石并注入純水泥漿。

三、施工關(guān)鍵部位質(zhì)量保證

1.鋼筋混凝土導(dǎo)臺(tái)施工質(zhì)量

對(duì)于硬度較大的巖石段，借助礦山開挖+初期錨固和噴射支護(hù)+管片襯砌聯(lián)合施工方式。若使用采礦法進(jìn)行隧道挖掘，需保證在盾構(gòu)機(jī)達(dá)到指定位置之前完工。準(zhǔn)備導(dǎo)向臺(tái)和空推力段的端壁的準(zhǔn)備工作。高程、弧度和升力是導(dǎo)向平臺(tái)的核心。若導(dǎo)向平臺(tái)建造質(zhì)量不達(dá)標(biāo)、盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)控制不好，會(huì)增大盾構(gòu)尾部間隙，從而對(duì)管片的裝配產(chǎn)生直接影響。如果防護(hù)罩尾部間隙過小，則會(huì)損壞管段和防護(hù)罩尾刷。

2.堆土效應(yīng)

回填的渣土松散，自穩(wěn)定能力低。隧道整體的渣土回填能力會(huì)對(duì)盾構(gòu)隧道的施工進(jìn)度與質(zhì)量產(chǎn)生直接影響。渣土密封性較好時(shí)，可適當(dāng)減少豆礫石的填充量，且澆筑作業(yè)可在型材填充后立即進(jìn)行，選擇合適、有效的回填類型能削減盾構(gòu)機(jī)的整體開挖量。此外，渣土自身的質(zhì)量會(huì)對(duì)土壤整體的積蓄效果產(chǎn)生影響，一方面，在切割盤之前應(yīng)完成對(duì)回填土的密封；另一方面，為了防止渣土卡在刀盤中，必須減少淤泥和刀頭之間的附著力。

3.礦山法斷面尺寸控制

對(duì)于隧道開挖段，不僅要滿足盾構(gòu)機(jī)整體的安全性與流動(dòng)性需求，還要再綜合考慮圍巖類型與施工誤差的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際對(duì)盾構(gòu)機(jī)導(dǎo)板進(jìn)行及時(shí)調(diào)整。注意施工安全，控制隧道軸線，隧道超挖和欠挖進(jìn)行特殊控制，對(duì)采礦方法的施工斷面進(jìn)行檢查。在放置鋼筋網(wǎng)以及過度開挖和次開挖之前，并在每次清除爆破渣之后，都必須及時(shí)清除處理，以保證在最初隧道支護(hù)不改變的情況下進(jìn)行通關(guān)。但需注意，主支護(hù)的建設(shè)一定要盡可能達(dá)到預(yù)期的目的與效果。通常情況下，二次襯砌施工都不會(huì)在一次支撐后進(jìn)行，所以，要加強(qiáng)施工過程中的測(cè)量與監(jiān)測(cè)，同時(shí)采取一定的措施防止隧道出現(xiàn)變形，從而保證盾構(gòu)順利通過限界。

四、結(jié)語

綜上所述，通過礦山開挖+初始錨桿+噴淋支撐+管片襯砌的施工方法，能避免在不良地質(zhì)區(qū)域開挖過程中頻繁開挖和換刀，不僅有效縮短施工工期，讓盾構(gòu)機(jī)安全、快速通過不良地質(zhì)部位，還能降低施工難度和施工風(fēng)險(xiǎn)，削減不良地質(zhì)區(qū)域的工作量，更能在保證安全的前提下降低施工成本。