土壓平衡盾構豎井始發和空推技術

張德強

摘 要：盾構空推過礦山法隧道是盾構工法應用中較為特殊的一種工況，其施工難度及施工技術要求較高。本文通過典型工程實例：將軍祠站～文灶站區間小半徑曲線隧道單井口的復雜始發條件介紹這一工況下盾構施工的關鍵技術與成功經驗，為今后類似工程 提供一定指導或借鑒。

關鍵詞：盾構豎井始發；空推；礦山法隧道；施工技術

中圖分類號：TU94+1 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）21-0076-02

1 工程概況

將軍祠站～文灶站區間盾構區間起點里程YDK3+ 842.444，將軍祠站終點里程YDK3+297.143，全長545.301米，左線短鏈17.815米。區間以R=350m曲線出文灶站后，以R=600m曲線進入文園路，到達將軍祠站，區間縱剖面采用單面坡，最大坡度為18‰，隧道埋深8.5m～18.2m。在YDK3+842.444～YDK3+857.695處設置盾構始發井，該盾構井兼作聯絡通道。區間在YDK3+857.695～YDK3+955.342段因基巖面突起，采用礦山法施工；始發段YDK3+765.444～YDK3+842.444因基巖面突起，隧道洞身和隧道基本圍巖以微風化花崗巖層為主，強度較高，采用盾構法施工較困難，故采用礦山法初支+盾構空推拼管片通過的組合工法。

2 盾構機進礦山法隧道前的準備

2.1 導臺測量及斷面超欠挖測量

礦山法隧道導臺厚度400mm，采用混凝土噴錨配合鋼筋網片施做，導臺弦長4064mm。靠近端墻位置預留1.5m不施做導臺，預留刀盤轉動空間，避免刀盤卡死。導臺是盾構機通過暗挖隧道時的下部支撐，其施工精度直接決定著盾構機的姿態。導臺施工標高定位后必須進行測量復核，混凝土噴錨后應進行標高的復測，見圖1，確保導向平臺的標高施工精度在0～+15mm以內。導臺施工完成后，由測量班對導臺進行線路聯系測量，包括水平及豎直方向，誤差超過設計規范要求的，需重新施作。

由于礦山法隧道采用爆破施工，隧道斷面存在大量的超挖或欠挖現象，一旦隧道欠挖嚴重，盾構機無法通過，后期處理難度較大。在盾構機進礦山法隧道之前對礦山法隧道進行斷面測量，發現有欠挖現象，則提前處理。成型導臺見圖2所示。

2.2 豆礫石備料

預先堆放豆礫石是為脫離盾尾的管片提供支撐，防止管片下沉產生錯臺；豆礫石堆放于刀盤前方，還可增加盾構前進的推力，有利于后方管片的壓緊，擠緊管片止水膠條。豆礫石選擇直徑5～10mm。豆礫石在盾構機進入礦山法隧道前需提前備料，具體備料方量為需填充空隙的60%～70%。

3 盾構機豎井始發

由于后面車站結構沒有預留下料口，要實現盾構順利始發必須采用分體始發的方式。將后配套臺車拖到后面礦山法施工隧道組裝完成后，與就位后的盾構機主體使用管排連接，推進時盾體帶雙梁、一號臺車前行，后面臺車留在礦山法隧道內。負環管片采用半環拼裝，以便垂直運輸及材料機具的吊運。半環管片下部采用三角型H型鋼與始發托架連接進行支撐，上部用鋼支撐撐住。

3.1 始發托架安裝

由于盾構是在曲線350m的線路上始發，為防止盾構姿態偏移較大，決定采用割線始發方法。350m半徑曲線盾構沿內弦線掘進的最大偏移量：

L=350-=0.035716m=35.72mm。

3.2 負環管片安裝

本次始發，采用9環負環加1環零環，共計10環。由于場地限制采用分體始發，為方便材料下井，負環為半環拼裝。負環管片采用通縫拼裝，便于后期負環拆除。

在盾構機向前推進之前，先進行-9環和-8環負環管片安裝。管片環向和縱向螺栓均需連接牢固。負環拼裝時-9環的定位相當重要，對后面的管片拼裝起著基準面的作用。

負環管片在推出的過程中要及時將負環管片支撐，包括底部及側面支撐。當-2環整環負環推出盾尾400mm時，必須用鋼絲繩和手拉葫蘆箍緊，避免負環管片失圓過大引起管片拼裝困難。

為保證盾構隧道管片的拼裝質量，提前調整管片拼裝姿態。將負環與反力架空缺部位用鋼支撐進行聯系支撐，并讓推進油缸頂緊管片。注意預留下料空間。

3.3 設備改造

盾構進行始發作業時從一號拖車與二號拖車進行分體作業。在空推得過程中參考圖3的管片下井工裝進行管片下井作業。當設備橋進入到始發進口時將無法進行管片下井作業。需參照圖4對設備橋的斜撐進行切割，并將設備橋處的皮帶架進行拆除后方可進行管片下井作業。下管片的過程中注意，管片平穩下放，不要與設備磕碰。

4 盾構礦山法隧道內空推

4.1 盾構機步進

根據刀盤與導向平臺之間的關系，調整各組推進油缸的行程，使盾構姿態沿設計線路方向推進。前期推進速度一般控制在15～40mm/min之間。盾構推進時，派專人在盾構機前方檢查、監測盾構機推進情況，主要檢查隧道的開挖是否有侵入盾構刀盤輪廓的巖石存在、盾構前體下部與導臺的結合情況等。盾構推進時，監測人員與盾構主司機要緊密配合，使盾構機沿導臺的中心進行前移，保證盾構前移時管片受力均勻。

盾構空推由于管片與隧道初支空隙較大且不均勻，導致頂部注漿難以密實，管片上下壓力不平衡而出現上浮狀況。現場通過豆礫石密實填充與同步注雙液漿等措施進行有效控制，管片脫出盾尾后及時進行雙液注漿，快速固結填充物。控制隧道垂直偏差±50mm以內。

4.2 豆礫石填充

豆礫石填充原計劃采用濕噴機在刀盤前面噴射，受困于場地狹小，未能進行。我部采用人工從刀盤兩側向左右盾體間隙鏟豆礫石的方式，每隔5m在盾構機的切口四周用袋裝砂石料圍成一個圍堰，圍堰范圍不小于2：00～10：00的時鐘位置，以防管片背后的豆礫石、砂漿前竄。endprint

4.3 管片拼裝

加強管片選型工作，通過控制盾尾與管片外表面的間隙，確保管片拼裝符合設計要求。管片拼裝工藝與正常掘進時的工藝相同。選型時，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。

4.4 同步注漿

4.4.1 同步注漿漿液性能

同步注漿采用水泥砂漿。漿液初凝時間為6h，終凝時間為8h，施工時根據盾構機推進過程中漿液的流動情況，適當調整漿液膠凝時間。

4.4.2 注漿工藝

同步注漿在每環管片豆礫石人工回填后進行，與盾構機步進同步。注漿通過盾構機自身配備的同步注漿系統，采用手動控制方式，由人工根據現場情況調整注漿流量、速度、壓力。

（1）注漿壓力：為保證對管片背后空隙的有效填充，同時防止砂漿前竄至刀盤前方，注漿壓力取值為0.05～0.08Mpa。（2）注漿結束標準：同步注漿時盾殼外圍是敞開的，壓力變化不大，不以壓力作為注漿結束的控制標準。當注漿量達到能夠頂托穩固管片時，即可結束注漿，約注2m3。在注漿過程加強對盾構機四周以及盾殼外部的圍堰變形的觀測，發現有漿液外泄，應暫時停止注漿。

4.5 盾構機二次始發

盾構機即將到達盾構段掌子面時，即對盾體周圍盡可能多的填充豆礫石，填充完畢后將刀盤前面清理干凈，拆除刀盤內部防止空推時刀盤變形而焊接的支撐。從盾體預留孔注入低強度水泥漿，使盾殼與隧道初支間空隙盡可能填滿，以增加盾體轉動阻力，待水泥漿初凝后再繼續掘進。盾構機頂到掌子面同時開始轉動刀盤，根據滾動角變化，調整刀盤左轉右轉方向。推進速度控制在5mm以內，直至盾體進入土體，滾動角變化不大為止。盾構機身進入土體后開始正常掘進。

5 結語

盾構機空推過礦山法隧道是由于在盾構機掘進方向前方出現長距離硬巖或上軟下硬地層、孤石群以及其他特殊狀況，盾構直接切削將造成刀具非正常損壞甚至刀盤磨損、引起重大甚至難以控制的損失。預先通過礦山法對隧道開挖初支，盾構機得以順利通過。該施工模式的優點在于一方面使盾構機能快速連續通過不良地層，降低了工期風險，另一方面減少了盾構開倉換刀的頻率，有效控制施工風險。通過本工程實例，盾構機空推過礦山法隧道時，只要控制好導臺施工質量、盾構機進出隧道姿態、管片拼裝質量、壁后間隙填充等關鍵工序是完全可以保證工程質量的。因此，在今后類似工程條件下，采用礦山法開挖初支與盾構空推拼裝管片模式不失為一種較好的工法選擇。

參考文獻

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