盾構過礦山法隧道施工技術應用與探討

中鐵十六局集團地鐵工程有限公司

摘要：本文以深圳地鐵3號線福田站～少年宮站區間隧道工程為例，詳細描述了盾構過礦山法隧道掘進施工的工藝流程，對施工過程中導臺施工、預埋件安裝、二襯管片支頂、管片環間連接、盾構空推、管片背后回填等關鍵工序的技術措施和施工方法進行了初步探討和總結。

關鍵詞：盾構；礦山法；導臺；空推

1.引言

伴隨著我國經濟建設高速發展和綜合國力不斷增強，出現了亟待解決的城市交通問題。為了緩解日益增長的交通壓力，全國已有不少大城市在加快城市軌道交通的規劃、設計和施工，如北京、天津、西安、重慶、廣州、深圳、上海、沈陽等城市。“盾構施工技術”屬于隧道施工領域中的高新技術，它集成了計算機、新材料、自動化、信息化、系統科學、管理科學等高新科技，能夠最大限度適應錯綜復雜的地層和確保地表建筑物和管線的安全，主要適用于城市隧道，過江過海隧道等地下工程施工。但是在丘陵及山區地質巖層埋藏比較復雜的地區，基巖石埋藏起伏較大，單純盾構法施工工藝及單純礦山法施工工藝的運用對適應地層的局限性越來越突出，已經不能滿足當前地鐵隧道施工要求。本文通過深圳地鐵3號線工程福田站至少年宮站區間隧道局部在穿越全～微風化巖層中靈活采用盾構法+礦山法結合施工工法，解決在富水軟硬巖土相間地層中隧道施工的難題。

2.工程概況

2.1工程位置

深圳地鐵龍崗線西延段3152標福田站至少年宮站區間：本區間線路從福田站北端引出后先下穿民田路，途中先后橫穿福中三路、福中路和福中一路，然后向東沿紅荔路下穿，最后進入少年宮站西端。如圖

2.2工程規模及結構形式

本區間隧道結構設計范圍：深圳地鐵3號線西延段工程福田站～少年宮站區間隧道及2座聯絡通道及臨時施工豎井。本區間隧道設計起訖里程范圍為：ZDK6+198.021～ZDK7+565.24，左線隧道全長1387.313m；YDK6+198.021～YDK7+565.24，右線隧道全長1366.391m。其中左線隧道ZDK7+214.724～ZDK7+371.906、ZDK7+490～ZDK7+565.24和右線隧道YDK7+193.684～YDK7+346.184、YDK7+483.0～YDK7+565.24里程段采用礦山法完成隧道開挖、初支，盾構拼裝管片通過，其中左線隧道礦山法段全長252.516m，右線隧道礦山法段全長234.74m，礦山法段總長487.256m。

2.3周邊環境

線路出福田站后，繼續沿民田路北行，依次下穿福中路人行天橋、黃浦中學人行天橋、兒童醫院宿舍樓和上跨廣深港客運專線后，進入紅荔西路，沿紅荔西路東行進入少年宮站。沿線地面交通繁忙，車流量較大；道路兩側有黃埔雅苑會所，深圳黃埔小學部和中學部，深圳兒童醫院，深圳音樂廳和中心圖書館等多處娛樂或公益場所，環境復雜，來往人員較多。

2.4工程地質及水文地質情況

區間范圍內上覆人工素填土，沖洪積淤泥質土，細、粗砂及粘性土，殘積粘性土，下伏基巖為燕山期花崗巖及震旦系變質砂巖捕虜體。特殊巖土主要表現為人工填土、花崗巖殘積土、花崗巖全風化層及土狀強風化層，不良地質為砂土液化及差異風化。地下水主要表現為松散土層孔隙水及基巖裂隙水，花崗巖與變質砂巖接觸帶附近地下水較富集，水量相對較大，地下水對混凝土結構及鋼結構具弱腐蝕性，對鋼筋混凝土中的鋼筋無腐蝕性。工程地質條件較差。

3.礦山法段概況

福少區間礦山法段斷面共分為四種形式，分別為：

A型斷面

適用于隧道處于中～微風化地層（Ⅱ、Ⅲ級圍巖）段，隧道按噴錨構筑法施工，采用臺階法施工。

B型斷面

適用于隧道處于Ⅳ級圍巖段，隧道按噴錨構筑法進行施工，采用短臺階法施工。

C型斷面

適用于隧道處于Ⅴ級圍巖段，隧道按噴錨構筑法施工，當隧道位于堅硬地層，隧道施工采用環形臺階法施工。

D型斷面

適用于隧道上跨廣深港客運線隧道段，隧道按噴錨構筑法施工，結構采用復合式襯砌。隧道采用短臺階法施工。

4盾構過礦山法段施工準備

4.1盾構隧道與礦山法段隧道接口處地層加固

由于從地面加固不具備條件，故接口處地層加固采用如下方法：

①礦山法施工時多向盾構來源方向開挖2m，施做初支并進行初支背后注漿止水。壁后注漿采用3m長φ42鋼花管，環向間距30cm，縱向間距50cm，注漿壓力2Mpa；

②多做出的2m礦山法隧道進行噴射素砼封堵處理，盾構機到達時采用刀盤開挖素砼、拼裝管片的方式通過；

③待盾構拼裝管片通過交界處，且盾尾后部脫出管片6環后，通過管片吊裝孔進行雙液二次注漿止水；

④施工礦山法與盾構法銜接處的封堵墻加固。

4.2施做導臺及預埋件

福少區間礦山法段初支完成及時施做砼導臺。

在砼導向臺上預埋40cm寬、厚20mm、長2m的弧形鋼板（圖4-3所示），預埋鋼板間距3m（圖4-4所示），在刀盤前部焊接擋塊提供拼裝管片所需反力。預埋鋼板錨固筋為φ25長15cm的鋼筋，鋼筋與鋼板采用穿孔焊接形式。相鄰鋼板接縫處邊緣需進行5mm倒角，如鋼板頂面有焊渣等異物，則需進行打磨處理。擋塊采用厚2cm鋼板，切割而成30cm×30cm三角形構造。擋塊與鋼板采用焊接連接，待管片拼裝完成后割除擋塊，鋼板面需進行打磨處理。

6.盾構過礦山法段空推流程如圖6-1所示：

7.施工方法

（1）施工流程

a、將小碎石、噴漿機提前通過豎井和車站送入礦山法隧道內，每隔6?～8m堆放小碎石一堆，盾構機通過礦山法隧道時直接從刀盤前端向盾構機機體外側噴射回填，盾構機通過礦山法隧道后將噴漿機解體，通過人閘運出。

b、盾構機進入礦山法隧道后，拼裝管片作為二襯支護，適當調整各組推進油缸行程，使盾構機姿態沿線路方向前進，盾構機拼裝管片步進時，派專人在盾構機前方檢查礦山法隧道是否有侵入刀盤輪廓的初支存在以及盾體與導臺的結合情況。步進過程中發現異常情況時利用對講機與盾構機操作人員及時溝通，密切配合，使盾構機沿導臺的中心線步進，保證盾構機前移時管片受力均勻。

c、管片背襯采用噴射小碎石、同步注漿、回填灌漿組成，噴射機械采用噴漿機，噴射壓力根據實際情況而定，噴射小碎石可以填充70%左右，盾尾注漿前小碎石已經占據了大部分空隙，已經形成了初支，可以不考慮注漿時的漿液擴散問題。

d、每環管片完成后及時對管片背面與初支間的空隙噴射小碎石，當每環管片噴射小碎石后再進行同步注漿，考慮到同步注漿壓力過大，漿液可能會從盾體前溢出，因此同步注漿采用手動模式，隨時調整注漿方量，壓力等使襯砌管片與礦山法隧道緊密結合，保證支護效果，同時小碎石與水泥砂漿結合可以形成管片環向支撐，防止管片變形或錯臺。

（2）施工技術要點

在此施工過程中嚴格監控背襯回填小碎石的密度，保證管片下部有足夠的堆填密度，確保每環管片螺栓緊固，同時保證足夠碎石噴射量和同步注漿量。在隧道內預備砂袋，在必要時可用沙袋封堵，確保空隙的回填注漿量。調整漿液的初凝速度，也可加入適量的早強劑。

（3）盾構空推示意圖：

8.主要的技術控制及措施

8.1盾構推進控制

在礦山法隧道內推進，關鍵在以下四個方面加以控制：

①盾構機在未完全進入導臺時的推進

盾構機在進入礦山法隧道內導臺前，對接觸混凝土導臺刀盤刀具進行調整，避免刀具與導臺接觸。應對盾構機各組千斤頂進行調整，使盾構姿態符合要求。在推進時，推進速度不能過快，控制在10～20mm范圍內，每推進1環，必須進行盾構軸線的測量，必要時，每0.5環進行測量，以便使盾構以良好姿態進入導臺。在推力方面，考慮到土體對盾構殼摩擦力慢慢減小，推力控制在50～150T范圍內。

②軸線高程坡度變化推進

在有坡度變化段推進，關鍵是控制推進千斤頂的行程差及鉸接千斤頂行程差，確保礦山法隧道與盾構殼體間的間隙。在推進時，每完成1環必須進行測量，根據測量數據，及時糾偏。

③盾構機未完全進入土體

在這一階段推進工作中，由于盾構推力將逐步增大，對礦山法隧道內的管片將產生一定量的位移，因此盾構推力不宜過大，一般控制在600～800T左右，推進速度在10～20mm范圍內，刀盤轉速控制在1.0～1.8rpm范圍內，土壓控制在0.1～0.15MPa范圍。在盾構進入土體前，必須在礦山法隧道內的管片進行二次注漿，注漿壓力控制在0.1～0.3MPa范圍內，注漿順序為：底部→推進方向右方→推進方向左方→頂部。

④礦山法隧道與盾構隧道的接口處注漿回填

由于礦山法隧道與盾構隧道接口處，盾構推進時對周邊土體撓動，土體較容易坍塌，因此在該處注漿回填時，在灌注碎石后，馬上用雙液漿進行壓注，使回填材料能在短時間內達到一定的強度，防止水土流失。

雙液漿配比（1m3）如表8-1所示：

8.2盾構軸線控制

根據軸線設計半徑計算盾構鉸接千斤頂的行程差，推進千斤頂行程差，確保盾構機沿礦山法隧道軸線行走，同時在盾構推進前復核礦山法隧道與盾構機軸線偏差。根據偏差調整鉸接千斤頂、推進千斤頂，保證盾構機與礦山法隧道的間隙均勻。

8.3盾構推進

盾構推進的關鍵是控制盾構機在礦山法隧道內行走軸線及盾尾與管片外周之間的間隙，即控制推進千斤頂行程差和根據盾尾間隙進行點位選擇。

推進參數：推進速度10～30mm；推進千斤頂行程差，每推進一環后差值為17mm；推力在30～100T；鉸接千斤頂行程差為40mm。

8.4管片拼裝

管片在盾構機拼裝模式下進行拼裝，考慮到盾尾間隙和軸線走向兩個問題，為了避免盾構機在推進過程中軸線發生偏離，盾尾出現拖碎管片等現象的發生，影響施工安全，管片拼裝必須依據盾尾間隙和軸線及高程走向選擇點位。

8.5施工間隙回填

管片與礦山法隧道間隙的回填在每推完1環時進行。壓注位置在盾構機后第3環開始，首先用小碎石進行初步回填，再推進4環后用單液水泥漿再壓注。壓注順序從隧道底部開始，首先壓注底部，然后壓注左右兩上角。其壓注壓力，初始壓力在0.1MPa，正常壓力控制在0.2MPa，最高壓力不超過0.3MPa，在壓注時應逐步增壓，壓力逐步提高，不允許一次壓注完畢。單液水泥漿壓注點在隧道左右兩上角（±36°），如在壓注過程中，漿液泄漏嚴重，則采用雙液漿，配比如表8-2所示：

8.2盾構軸線控制

根據軸線設計半徑計算盾構鉸接千斤頂的行程差，推進千斤頂行程差，確保盾構機沿礦山法隧道軸線行走，同時在盾構推進前復核礦山法隧道與盾構機軸線偏差。根據偏差調整鉸接千斤頂、推進千斤頂，保證盾構機與礦山法隧道的間隙均勻。

8.3盾構推進

盾構推進的關鍵是控制盾構機在礦山法隧道內行走軸線及盾尾與管片外周之間的間隙，即控制推進千斤頂行程差和根據盾尾間隙進行點位選擇。

推進參數：推進速度10～30mm；推進千斤頂行程差，每推進一環后差值為17mm；推力在30～100T；鉸接千斤頂行程差為40mm。

8.4管片拼裝

管片在盾構機拼裝模式下進行拼裝，考慮到盾尾間隙和軸線走向兩個問題，為了避免盾構機在推進過程中軸線發生偏離，盾尾出現拖碎管片等現象的發生，影響施工安全，管片拼裝必須依據盾尾間隙和軸線及高程走向選擇點位。

8.5施工間隙回填

管片與礦山法隧道間隙的回填在每推完1環時進行。壓注位置在盾構機后第3環開始，首先用小碎石進行初步回填，再推進4環后用單液水泥漿再壓注。壓注順序從隧道底部開始，首先壓注底部，然后壓注左右兩上角。其壓注壓力，初始壓力在0.1MPa，正常壓力控制在0.2MPa，最高壓力不超過0.3MPa，在壓注時應逐步增壓，壓力逐步提高，不允許一次壓注完畢。單液水泥漿壓注點在隧道左右兩上角（±36°），如在壓注過程中，漿液泄漏嚴重，則采用雙液漿，配比如表8-2所示：

9.施工重、難點處理措施

9.1拼裝管片導致盾構機整體向前滑動的處理措施

在砼導臺上預埋40cm寬厚20mm通長鋼板，在刀盤前部焊接擋塊提供拼裝管片所需反力。預埋鋼板寬40cm，厚20mm，為半徑3050mm弧形形式，鋼板錨固筋為長150mmφ25鋼筋，鋼筋與鋼板采用穿孔焊接形式。

9.2推進時受力不均或障礙物導致側移的處理措施

噴小碎石工作及時跟進，每推進1環立即進行背后回噴工作；

刀盤及前盾底部墊鋼板減小摩阻力，鋼板涂抹油脂潤滑；

在預埋板上標識出軸線，在刀盤前端焊指示箭頭，及時糾偏，確保沿路標推進。可采用在刀盤前焊擋塊的方式進行糾偏。

9.3施工排水問題及應對措施

積水影響刀盤前部焊接等輔助施工：擬間隔50m設50×50cm集水坑，深15cm。

盾構法與礦山法交界處防水措施：

Ⅰ管片拖出后盡快注漿填工隧道初支，然后盾構空推通過本段區間隧道，避免了盾構在軟硬巖土相間復雜地層中施工造成隧道管片破損、隧道中心線偏移、盾構機損壞等諸多難以預料的問題；由于礦山法隧道必須在盾構機到達前完成，空推速度大于正常掘進速度，所以在很大程度上節約了施工工期。

本工程盾構空推施工關鍵工序在于礦山法隧道斷面凈空尺寸控制，導臺施工質量及交界面封端墻加固效果，施工前需綜合分析交界面地層地質情況，選擇合理的開挖和加固措施。結合本工程空推施工經驗，特提出以下建議，以供探討：

（1）對于富水軟硬巖土相間復雜地層，封端墻必須采取最有利止水的措施加固，確保盾構進入空推段隧道后，地層水無法進入管片襯砌與初支間空隙，避免地層含水進入空隙造成的隧道上浮。

（2）對于一條含兩段或兩段以上礦山法的隧道，在盾構從空推段進入土層前必須設置刀盤旋轉槽，以提供刀盤入土前試運轉條件，同時也會避免出現因刀盤反作用力造成的盾體旋轉。

（3）當空推完成后，如果地面條件允許，可以選擇從地面引孔向管片與初支間的空隙灌漿，通過這種方式來彌補洞內注漿的不足，達到穩固管片，減少地層下沉以及增強管片防水的目的。

參考文獻：

[1]《盾構施工技術》陳饋，洪開榮，吳學松.人民交通出版社.2009.5.ISBN編號：9787114077487

[2]《盾構隧道》張風祥.人民交通出版社.2004.9.ISBN編號：9787114051746.

[3]《地鐵盾構施工》張冰.人民交通出版社.2011.1.ISBN編號：9787114088018

[4]《隧道掘進機施工技術》（第二版）.白云，丁志誠，劉千偉.中國建筑工業出版社.2013.11.ISBN編號：9787112149681

充；

Ⅱ管片托出6環后開始雙液注漿，注漿壓力不可過大，防止盾體抱死，共注漿12環。

9.4盾構法與礦山法交界處管片加固措施

Ⅰ3點、9點位置用15cm寬槽鋼拉緊，共12環；

Ⅱ管片螺栓復緊3次后焊接；

Ⅲ管片拼裝好后底部墊木楔并楔緊；

Ⅳ管片壁后需二次雙液注漿（待盾體離開約6環后開始）。

10.結束語

本工程采用了盾構法與礦山法相結合的施工方法，首先采用礦山法施