盾構機穿越人防工程與礦山法隧道技術運用

劉煥磊

（中鐵十九局集團軌道交通工程有限公司，北京 100026）

0 引言

在城市軌道交通工程中，盾構法不會對地面交通產生影響，同時易于管理，在一定覆土范圍之內，隧道施工費用受覆土量影響較小，適合建設覆土深度比較深的隧道。通過運用盾構機穿越人防工程空推過礦山法隧道技術，能夠顯著提升土方和襯砌安全，掘進速度比較快?；诖耍攸c分析盾構機穿越人防工程空推過礦山法施工要點。

1 施工原理分析

盾構空推法，指在地層比較復雜的盾構區間隧道段，運用礦山法開挖，形成良好的預支護，然后運用盾構機進行空推，管片拼裝通過[1]。具體的施工原理是施工人員在復雜盾構區段隧道，利用礦山法進行開挖，形成穩定的初期支護后，在初期支護的仰拱上部進行鋼筋混凝土弧形導臺的施工，盾構機順著導臺空推進行管片拼裝，順利通過隧道同時噴射豆礫石，將拼裝管片與初期支護襯砌間的空隙有效填充。

2 案例概況

以某城市軌道交通工程為例，某城市地鐵三號線中的一個標段施工環節，穿越區間上部道路比較窄，建筑物數量多，隧道埋深較大，結構覆土厚度9.68～13.02 m。盾構機施工過程中，遇到地下障礙物，經過調查得知盾構機刀盤前方大約16 m 范圍內，分布有較多的混凝土塊體和直徑18 mm 的鋼筋，混凝土抗壓強度達到45 MPa，經過綜合判斷與分析后，該不明障礙物屬于廢棄人防工程。該既有人防工程埋深為19 m，分布范圍較廣，由于停機位置周圍地下管線分布復雜，無法采取地面處理措施，故施工單位決定采用盾構機穿越人防工程空推過礦山法隧道技術。

3 施工要點

3.1 施工準備內容

受廢棄人防工程的影響，該段地鐵區間的右線決定采取礦山法開挖，以將障礙物清理。在礦山法施工期間，施工單位需要在小里程端的端頭設置操作平臺，采取環形開挖預留核心土方法施工，鋼筋網噴射混凝土，加強支護。出渣與運料均采取水平運輸+垂直運輸方式：洞內所開挖的渣土采取人工裝車方式，運送到端頭井中存放，然后使用小型挖機將渣土運送到渣土車當中，利用專業的運輸軌道，使用電瓶車將渣土吊出口，采用龍門吊將渣土卸到渣土池當中[2]。

開挖到人防混凝土后，施工人員采取破碎錘與風鎬結合施工方法，將人防工程混凝土鑿除，針對沒有進入到盾構隧道內部的部分，初期支護的型鋼格柵架設完畢弧，及時噴射混凝土，然后進行回填施工[3]。在左線人防工程混凝土施工時，施工人員可利用右線與人防洞為作業通道，將人防洞內部的雜物全部清理，順著盾構隧道的輪廓線，使用水鉆將人防工程混凝土徹底切斷。對進入到盾構隧道影響區間的人防工程混凝土，可以采取靜態爆破方法進行施工，將人防工程混凝土進行破碎處理，然后利用砂土回填，將人防洞到右線的通道口封閉，盾構機方可順利掘進。

在破除人防工程的過程中，由于混凝土強度比較高，破除難度增大，為了避免對地面交通產生較大干擾，施工人員采取破碎錘破除方法進行施工。在小型挖機中安裝振動錘，開挖過程中遇到混凝土結構，使用破碎錘砸出缺口，觀察人防洞門結構是否發生異常現象。在進入到廢棄的人防工程之前，使用人員采用氣體檢測儀檢查有害氣體，確認無有害氣體后，才能夠進入到人防工程洞內[4]。人防工程破除遵守“自上而下”施工原則，破除完畢后，在隧道開挖輪廓線外部，施工紅磚砌墻，對人防工程進行封堵處理；封堵處理結束后，安裝型鋼格柵與鋼筋網，同時噴射混凝土，加強初期支護。

3.2 妥善處理暗挖空推段

礦山法隧道開挖結束后，施工人員將玻璃纖維格柵水平、均衡地放在端頭墻部位；兩種格柵搭接過程中，可以使用12#鉛絲綁扎施工，綁扎結束后，噴射混凝土。在端頭部位，需要密排三品格柵。端頭墻位置施工完畢后，還要根據施工方案要求，進行洞門預埋件的施工，確保洞門預埋件位置精確、尺寸合理。

3.3 導臺施工要點

在該地鐵工程施工中，盾構刀盤直徑6.28 m，盾體直徑6.25 m，礦山法初期支護施工期間，襯砌斷面支護內徑分別是6.5 m、6.6 m。因此，為了進一步提升盾構施工的安全性，提高施工速度，在礦山法開挖段施工之前，施工人員設置鋼筋混凝土導臺，確保盾構機能夠有序推進，強化其防水效果。在礦山法開挖期間，初期支護設置完畢后，施工人員需進行鋼筋混凝土導臺的設置，保證鋼筋混凝土導臺和隧道中心線保持重合[5]。

3.4 盾構空推施工要點

鋼筋混凝土導臺強度達標后，要立即回填，保證回填質量滿足規定要求，然后進行盾構的推進施工。盾構機到達端頭墻位置后，此部位玻璃纖維已經被推斷，端頭墻被破除后，立即停止推進。為了更好地提升端頭墻位置砂袋的安全性，禁止盾構機推動砂袋[6]。

盾構空推過礦山法隧道施工過程中，其管片的拼裝采用錯縫拼裝方法，管片拼裝和掘進同時進行。在選擇管片的過程中，要結合盾尾間隙和推進油缸的實際行程，科學確定管片的拼裝點位。

管片安裝結束后，及時進行管片螺栓復緊作業。管片拼裝成環的過程中，要將螺栓片依次擰緊，待管片完全脫出盾尾后，進而二次擰緊；后續盾構掘進到每環管片拼裝前，還要對相鄰、已經成環的三環范圍內管片螺栓進行嚴格檢查，做好相應的復緊工作。采取風動鑿巖機，利用管片吊裝孔進行有效引孔，引孔深度不宜超過80 cm；使用風動鑿巖機，在引孔內部插入長度為80 cm 的鋼釬，鋼釬和管片吊裝孔部位，采用快干水泥進行封堵[7]。

盾構機在空推過程當中，由混凝土噴射機自刀盤前方，向管片后背吹入豆礫石頭與砂混合料，豆礫石直徑在5～10 cm，將管片和隧道初期襯砌間縫隙有效填充。盾構空推期間，要進行注漿作業，初期支護和管片之間填充豆礫石，其填充孔隙率約為40%。豆礫石之間的空隙采取同步漿液回填法，在同步注漿期間，施工人員要結合現場的具體情況，科學控制注漿壓力，禁止漿液竄入到前方盾體。

3.5 施工注意事項

（1）盾構機與管片姿態的監控測量。盾構機推進到接收范圍后，要求施工人員精確測量出盾構機具體位置，確定成洞隧道中心軸線和隧道設計中心軸線，并對盾構機接收洞門進行復測，保證盾構機貫通姿態得到更好的控制。

（2）千斤頂推力下降后及時提升密封性。待盾構機空推到洞口位置時，由于刀盤前部的反壓料不能堆積，因此千斤頂的推力會逐漸下降，千斤頂給管片施加的壓力也逐漸減少。如果此部位的管片連接不密實、存在縫隙，會降低注漿質量，容易引發大面積滲水現象。因此，施工人員需要在盾構的推力過小時，將洞門周圍管片環和環之間連接緊密，使用風動扳手將縱向螺栓與橫向螺栓全部擰緊，在下一環掘進到1.2 m 后，再次擰緊。在安裝管片之前，避免止水條出現破損，若發現管片上出現砂漿或者渣土，要立即清理。在吊裝孔中安裝好管片吊裝頭，然后利用槽鋼，將吊裝頭緊密連接，15 環管片拉緊處理，將其連成整體，避免管片出現松弛，提升其密封性能。

（3）到達接收井后加強管片定位。盾構機達到接收井后，其刀盤前方反力會逐漸消失，為了更好地平衡管片拼裝的質量，避免尾盾管片出現上浮或者下沉現象，施工人員還要加強管片定位。

3.6 施工風險分析及質量控制措施

3.6.1 施工風險分析

（1）盾構機欠挖環節刀盤出現卡殼風險。因為礦山法開挖環節，需要采用爆破施工方法，因此，特別容易出現欠挖現象，導致盾構機在前進時刀盤卡殼。

（2）盾構姿態出現較大偏差。礦山法施工結束后，施工人員利用盾構機進行空推，盾構機空推前需要穿越上軟下硬地層。在此過程當中，如果基巖大于100 MPa，再加上上部地層存在較大差異性，盾構機在運行過程中容易出現姿勢上抬現象，對最終的施工效果帶來較大影響。若盾構機姿態出現較大偏差，也會對隧道內部結構產生較大影響，影響后續空推的順利進行。

（3）盾構機前進反力不足，管片出現滲漏。因為盾構機在推進期間，前方無阻力，產生的反力過小，止水膠條仍然保持原有狀態，膠條所受的擠壓力過小，降低其防水性，導致管片連接位置出現滲漏。

（4）豆礫石填充質量不達標，管片出現上浮。由于豆礫石填充不密實，盾構機管片和礦山法所形成的初期支護存在較多空隙，注漿難度增加，影響注漿效果，管片逐漸上浮同時出現側移，嚴重影響初期支護質量。

3.6.2 質量控制措施

（1）合理設置支撐結構，加強管片螺栓檢查力度，并及時擰緊，保證盾構機能夠正常推進，避免出現滲漏水現象。

（2）及時注漿，提升隧道初期支護的穩定性與安全性。豆礫石填充完畢后，施工人員可注入少量的雙液漿或聚氨酯。

（3）合理控制盾構姿態。由于盾構姿態調整難度較大，因此，在調整的過程中，施工人員要嚴格控制其精度，避免導臺出現傾斜。導臺施工結束后，施工人員要進行參數復測，保證各個參數無誤后，方可進行后續施工。盾構機達到施工位置后，施工人員需要及時調整其姿態。隧道施工期間，盾構機姿態調整誤差±20 mm，盾尾間隙為70 mm。

（4）為了避免盾構空推期間出現扭轉或者抬頭現象，在噴射豆礫石時，施工人員要將刀盤下部殘留的豆礫石全部清除，同時保證導臺表面清潔，避免豆礫石下穿盾體引發盾構機抬頭。

（5）盾構機通過礦山法隧道時，施工人員禁止轉動刀盤，避免盾體出現扭轉。

4 結束語

采用盾構機穿越人防工程空推過礦山法隧道技術，能夠提升盾構機刀盤的穩定性，顯著降低工程施工成本，縮短工程施工工期。在此地鐵工程施工期間，施工人員采用上述施工工藝，有效保護隧道兩側建筑物，避免建筑物出現大范圍沉降，經過專業的檢測機構檢測后，工程質量達標，故能夠為類似項目提供有效借鑒。