盾構空推過暗挖法隧道施工工法

羅石寶

(中鐵二局股份有限公司，四川成都 610032)

1 適用范圍

本施工工法適用于土壓平衡盾構機空推通過暗挖法隧道施工。

2 工法原理

首先對硬巖段和極硬巖段采用礦山法開挖，進行初期支護;然后對盾構與暗挖段分界端頭墻進行處理，同時在已進行初期支護的暗挖段施工混凝土導臺，后對暗挖段回填碎石等。在空推掘進過程中，由刀盤前方回填的碎石為盾構機提供反力，保證管片拼裝質量;同時采用盾構機同步注漿系統對管片背后空隙進行充填，并采用管片固定螺桿對已拼裝好的管片加固。在空推拼裝管片通過后，對空推段進行二次補充注漿固結整環管片，確保施工質量。

3 總體施工方案及施工工藝流程

暗挖盾構空推段總體施工流程為:暗挖段開挖初支施工→端頭墻施工→隧道內碴土清理→導臺施工→盾構機到達掘進→盾構機維修及拆盾構機周邊刀→盾構機步進上導臺(4.5 m)→隧道內堆土→盾構機步進、拼裝管片通過豎井至空推起始段→橫通道封堵→盾構機步進、拼裝管片通過豎井至盾構達到段→盾構完成空推段掘進→安裝39號和40號刀具→盾構機二次始發。

4 工序施工方法

4.1 端頭墻施工

暗挖段施工完成后要對掘進到達和離開端頭進行端頭墻加固，防止地下水進入和確保暗挖段初期支護的穩定，目前最常用的兩種方式是玻璃纖維筋+噴射混凝土和素噴射混凝土兩種。

4.2 礦山法暗挖段導臺施工

隧道開挖完成初期支護后，在隧道底部60°范圍內施工鋼筋混凝土導臺。鋼筋混凝土導臺的尺寸根據所選用的盾構機直徑確定。

4.3礦山法暗挖空推段堆填碎石施工

盾構機導臺施工完成并達到設計強度的90%且盾構機前體步入空推段導臺(4.5 m)之后，暗挖空推段隧道一定長度范圍內首先要進行全斷面回填碎石，此范圍外要在半斷面內進行碎石回填。碎石回填的目的是保證盾構機掘進時形成正常推進的土壓平衡模式;并提供足夠反力，保證管片止水條密貼，達到良好的止水效果。

導臺施工完成后，待混凝土強度達到設計強度的90%后，方可在隧道內進行碎石回填施工，所需渣土從區間豎井向下投放至豎井底，通過汽車運輸到預定施工地段，采用裝渣機進行堆填，從盾構與暗挖分界點開始往豎井方向回填。盾構推進前，刀盤前方依次全斷面填碎石、放坡填碎石。在實際施工過程中，很難填滿整個斷面，只能盡可能滿斷面回填。

4.4 盾構到達段施工

4.4.1 拆除刀具

為確保盾構順利通過分界墻，準確步入導臺，在拼裝完實推最后一環時，開倉將2把鏟刀及2把周邊滾刀(39號及40號)拆除。

4.4.2 盾構掘進

在解算對數距離路徑損耗模型的參數時常采用最小二乘法。最小二乘法可以使誤差平方和達到最小，完成方程解算，得到模型參數。其線性方程為：

在到達段(實推最后15環)盾構掘進采用敞開式模式進行掘進。其掘進施工參數見表1。

表1 掘進參數表(一)

在貫通前的最后3環，要減小推力、降低推進速度。其掘進施工參數見表2。

表2 掘進參數表(二)

4.4.3 管片注漿及防止漿液前竄措施

每環按照設計方量進行同步注漿，同時提高管片抗浮能力，在掘進拼裝完成倒數第三環后，停止掘進，在倒數第10至倒數第6環進行二次注漿，確保連續5環全斷面注滿。

4.4.4 管片拼裝

為確保隧道貫通后的管片接縫防水要求，在到達礦山與盾構分界里程后開始，安裝每一片管片時，首先人工對每片管片連接螺栓進行初步緊固;待安裝完一環后，用風動扳手對螺栓進行進一步的緊固;待管片出盾尾之后，重新用風動扳手進行緊固。

4.5 盾構機步入導臺施工

碎石回填密封刀盤前方斷面，碎石充填盾體與暗挖初期支護間的間隙，同步注漿正常開啟，管片止水條密封良好。

4.6 盾構空推段施工

當盾構機進入導臺后，啟動盾構機往前掘進，然后開始進行管片拼裝、管片背襯回填工作。

4.6.1 盾構掘進

盾構掘進模式采用不建壓模式，掘進推力控制在800 t以內，當其大于800 t以上，可啟動螺旋輸送機出渣，并控制出渣量，掘進過程中，土倉內不加氣壓和泡沫。

4.6.2 拼裝管片

管片拼裝工藝與正常掘進時的工藝相同，管片要根據盾尾間隙與油缸行程差結合盾構姿態選擇合適的管片。

在管片安裝時，先人工將每片管片連接螺栓進行初步緊固;待安裝完一環后，用風動扳手對螺栓進行進一步的緊固;待管片出盾尾之后，重新用風動扳手進行緊固。

4.6.3 管片固定

盾構掘進過程中啟動了同步注漿，如果掌子面上有較大的水在涌入隧道，為防止管片上浮，待管片拖出盾尾后及時在頂部將管片進行固定，管片固定采用從吊裝頭上安裝螺桿進行固定，隔2環固定1環。

4.6.4 管片背襯回填

1)空推掘進階段。當盾構機開推后啟動同步注漿系統。運用特制三通，利用盾構機自身的同步注漿系統由盾尾壓注水泥砂漿和水玻璃同時進入進行注漿作業。砂漿和水玻璃以4∶1的比例混合同時進入，以期達到快速凝固來使管片與初支及地層間緊密接觸，以提高支護效果。

同步注漿漿液采用水泥砂漿，配合比為水泥∶膨潤土∶粉煤灰∶砂∶水 =150∶40∶440∶720∶470，砂漿稠度控制在 10 ～11 左右。

2)空推完成后。空推段掘進完成后停止掘進，對空推段所有管片拱頂背后進行填充，同時對所有管片螺栓進行再次復緊。

4.7 盾構空推質量控制措施

4.7.1 防止管片上浮和下沉措施

1)在盾構機過空推段每隔2環采用特制支撐螺桿對管片注漿孔進行支撐加固，加固注漿孔位置的選擇為成環管片3點，9點鐘以上的位置。2)加強管片姿態監控，測量組每6環對管片進行一次姿態測量，如發現管片有上浮和下沉趨勢應及時調整施工參數，盾構操作手也應根據測量數據適當調整注漿量。3)為防止管片在盾構步進后產生上浮，在施工過程中，管片背襯注漿只從管片大跨上部進行壓注，注漿壓力不大于1 bar，盡量從管片的大跨以上進行注漿，并保證管片兩側同步注漿，避免因注漿而對管片產生偏壓，造成管片移位。4)如發現管片在后續過程中由于水壓上浮，應及時對管片下部注漿口開孔放水。

4.7.2 防止管片錯臺措施

盾構步進時提高背襯同步注漿，同時通過試驗調整配合比，確保初凝時間在6 h以內，保證管片下部有足夠的抗力。在必要時，縮短回填注漿工作面與管片安裝工作面的距離，甚至在盾尾外側直接進行回填注漿。

加強對盾構姿態的控制，糾偏不能過急，以每環不超過10 mm的糾偏量為宜。同時確保60 mm以上的盾尾間隙以防止盾殼作用力于管片。

在盾構機過空推段往往由于反力不夠容易造成管片螺栓不能完全復緊，在拼完每環管片后應及時對后面3環管片螺栓進行復緊，在每次交班前對所有以拼裝管片復緊，空推結束后對所有管片螺栓復緊。

4.7.3 盾構機姿態控制措施

1)調整好盾構機從實推段到空推段進洞姿態和空推段到實推段時的出洞姿態，確保盾構機進出洞時的旋轉值Roll＜±3 mm/m。

2)導臺的施工精度在±10 mm以內。

3)空推過程中，控制盾構機姿態水平和垂直偏差都在±50 mm，管片拼裝后加強管片姿態監測頻率。

5 施工經驗總結

1)暗挖空推段初期支護施工時要預留足夠的變形量，要勤進行導線測量和斷面測量，初期支護不能侵限。

2)到達端頭施工時要做好止水施工，防止盾構到達時將初支推塌;盾尾進入導臺3環～5環后要對到達端頭進行全斷面止水注漿，防止地下水大量涌入空推段造成管片上浮。

3)空推段的堆填料要具有高透水性，不能遇水膨脹，最好采用成分良好的碎石。

4)要控制好推力，掘進速度不能過快，要控制好盾構機姿態，要嚴密監測管片姿態，防止管片大面積錯臺、上浮或下沉。

5)做好管片背后的排水和注漿。

［1］王家祥，羅石寶.中鐵二局股份有限公司深圳地鐵5號線5305標盾構空推施工方案［Z］.2008.