盾構機到達礦山法隧道及空推出洞施工技術探討

舒磊

摘要 結合地鐵施工實例，對盾構機在礦山法隧道的到達、長距離空推出洞施工技術進行研究，通過方案比選、優化，加強施工過程的監控量測等手段，使盾構機快速、安全、平穩地通過了礦山法隧道。盾構機空推采用負環拆除管片作為介體，頂推過程中對管片的損壞較小，管片拆卸后可重復作為負環使用，節約了施工成本，取得了較好的經濟效果，為以后同類施工中盾構機過礦山法隧道提供借鑒。

關鍵詞 地鐵;盾構機;礦山法隧道;空推出洞

中圖分類號 U231.3文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2022）10-0089-03

0 前言

目前，許多地鐵施工標段盾構法、礦山法兩種施工工法同時存在，盾構機如何在礦山法隧道中快速、安全、平穩到達并空推出洞，是一項值得研究的課題。該文以長沙地鐵6號線木馬塅站至黃花機場T1T2站區間施工為例，通過對施工工藝技術的研究，分析施工過程中的重難點并提出應對措施，最后確保盾構機安全到達礦山法隧道及空推出洞。

1 工程概況

木馬塅站至黃花機場T1T2站區間，由木馬塅站車站的南端頭始發，沿著臨空南路向南，穿過盛地領航城，左右線分別以小半徑曲線沿著臨空南路向南延伸，穿過機場航油庫油罐，通過高架橋橋樁、機場聯絡線橋樁，抵達黃花機場T1T2站。區間采用盾構+礦山法暗挖聯合工法進行施工。盾構機從木馬塅站南端頭始發，從黃花機場T1T2站西端接收再空推30 m后吊出。

2 施工工藝技術

2.1 盾構機到達接收施工流程

盾構機到達接收施工流程包括：盾構機的定位和接收洞門位置的復核測量→洞門環密封簾布的安裝→導臺施工→洞門破除→上導臺空推出洞→吊裝出井。

2.2 盾構機導臺施工

導臺施作厚度為150 mm，弧長為4 683 mm，兩側水平延伸361 mm，中間主筋采用12 mm螺紋鋼筋，布設間距為150 mm，箍筋采用8 mm光圓鋼筋，水平布設間距450 mm。

暗挖段二襯工程完工后，進行盾構機導臺的施工，導臺和二襯接合面的二襯表面要進行鑿毛，然后用高壓水清洗。在新舊混凝土的接縫部位，先刷一層界面劑以確保新、舊混凝土的接縫質量，使其緊密結合。

2.3 盾構到達前姿態的復核

在盾構推進到盾構到達施工區域時，使用全站儀和陀螺儀精確測量盾構機的位置，確定已成型隧道的中軸線和設計中軸線之間的位置關系，同時復核接收洞門的位置坐標，確定盾構機的貫通姿態并提出姿態糾偏方案，確保出洞偏差滿足設計和規范要求。在盾構到達施工過程中，盾構機姿態調整應注意兩個方面問題：一是盾構機中軸與隧道設計軸線的偏差;二是盾構接收洞門的位置偏差。綜合考慮各種影響因素，對盾構機姿態進行合理調整。姿態糾偏要采用勤糾偏少糾偏的原則，每環管片的糾偏量不宜大于5 mm[1]。

2.4 接收井井內布置

首先對暗挖段導臺坐標進行復核，接收托架的中心軸線應與隧道設計軸線及導臺軸線一致。接收托架的鋼軌面標高根據線路條件進行調整，可適當地減小10 mm，確保接收托架和礦山法暗挖段導臺之間保持緊密的連接，預防盾構機“啃軌”，使盾構機能夠順利地上到托架。

在盾構機接收托架縱橫向加固方面要格外重視，以確保盾構機能夠順利地抵達接收托架。

2.5 盾構接收托架安裝

盾構機接收托架安裝之前，通過全站儀將地面控制點的坐標經車站臨時預留孔導入到接收井底板上，對托架中心線進行放樣，定位。盾構機接收托架的高程通常低于設計標高1 cm，平面位置放樣精度偏差不超過3 mm。

盾構機接收托架主要由工字鋼、H型鋼、鋼板等焊接而成。將成型的盾構接收托架吊入工作井，根據測量放樣的基準線進行定位，利用液壓千斤頂和手動鏈條葫蘆進行準確定位，其定位精度控制在±5 mm以內。由于接收托架在盾構機到達時會承受較大的縱向和橫向推力，因此在盾構機到達前，對接收托架兩側采用型鋼進行加固并嚴格檢查加固質量。

2.6 洞口接收導臺軌道的安裝

為了確保盾構機出洞時不會出現“低頭”的情況，必須對接收導臺進行精確的定位。導臺軌道安裝時，使用全站儀進行放樣，復核合格后再進行鋼軌與預埋鋼板的焊接。

2.7 盾構接收段掘進

在盾構機進入接收區域后，應采取措施減小盾構機推力、并降低掘進速度、控制好出土量、實時監測土倉壓力，接近洞門時土壓設置值逐步減小，防止推力過大對洞口區域的土體穩定性產生不利影響。

2.8 盾構機到達

2.8.1 盾構機到達前場地布置

木馬塅站—黃花機場T1T2站區間盾構主機在黃花機場T1T2站拆解吊離井后組織撤場，大件的吊卸由260 t履帶吊完成。拆卸主要設備如下：260 t履帶吊一臺，130 t汽車吊一臺，50 t液壓千斤頂兩臺，以及相應的吊具。

2.8.2 盾構到達掘進參數

（1）盾構機到達圍護樁前盾構掘進參數設定：

1）推進速度控制在30～50 mm/min;

2）刀盤轉速控制在1.0～1.5 r/min;

3）刀盤扭矩控制在2 500 N·m以下;

4）土倉壓力控制在1.0～1.2 bar;

5）每環同步注漿量不得少于6.5 m?/環;

6）每環出渣量控制在55～69 m?（相當于土箱的4箱至4箱半）;

7）推進過程中倉位控制在一半以上，停機時蓄土保壓。

（2）盾構機磨樁期間掘進參數的設定：

1）在滿足推進速度的前提下，總推力控制在1 000 t以下;

2）推進速度控制在10～15 mm/min;A8811F88-A6BC-4B7D-B094-8FF2B468153D

3）刀盤轉速控制在1.0～1.2 r/min;

4）土倉壓力控制在0.3～0.5 bar;

5）推進過程中土倉控制在2/3倉位，停機時進行蓄土保壓;

6）嚴格控制出土量，出現連續超挖現象立刻停機處理。

2.8.3 盾構機在端頭位置的處理

當盾構機刀盤與隧道出口洞門相距不超過5 m時，可將水泥漿或膨潤土注入盾殼外側，以防止盾構機尾段上部水流進入隧道出口洞門。

當盾構進入礦山法隧道前10 m時，通過管片開孔進行止水環施工，止水環采用雙液注漿，施作前后三環，確保出洞時后方水源竄入礦山法隧洞。

當盾構機磨墻出洞并暴露刀盤時，停止掘進，根據漏漿情況，用棉紗或帶土的編織袋和楔子進行封堵。清理完洞口泥漿雜物后，盾構機沿接收托架推進至接收導臺。

在最后10環管片安裝時，為防止管片拼裝過程中由于沒有推力而造成擠壓不密實，在環與環之間的上半部分采用自制鋼構件進行連接加固。

3 施工重難點分析及應對措施

3.1 盾構到達接收步上導臺無法為拼裝管片提供足夠反力

在盾構機到達接收托架并步上導臺時，遇到的阻力較小，管片與管片間的橡膠止水膠條由于擠壓力無法滿足設計要求，導致管片環間的密封性能差，容易發生滲漏。應對措施主要有如下：

（1）盾構機到達接收前要及時在洞內將最后10環管片進行縱向拉緊。首先將最后10～6環之間用型鋼縱向拉緊，然后再將6～1環每拼裝一環加固一環，直到尾盾完全脫出管片為止。

（2）在導臺上焊接擋板，在盾構施工管片拼裝過程，提供足夠的千斤頂推進反力。

3.2 刀盤破除洞門后隧道涌水

3.2.1 破洞門時漏水、涌水應對措施

盾構機破除洞門前把所有應急材料準備到位。

（1）出現小洞流水時采用削尖木樁打入流水口，堵住流水口，再采用快硬水泥封口，減少地層損失。

（2）當出現裂紋漏水時采用棉紗塞入裂縫，采用快硬水泥封口，再采用方木頂木板的方式頂住裂縫口，防止裂紋進一步發展。

（3）當洞圈下部分出現大面積漏水時，采用土袋圍堰把下部圍住，在土袋與混凝土墻之間采用混凝土封閉漏水，再打眼注雙液漿止水，最后鉆孔觀察孔確認漏水已止住時拆除土袋圍堰繼續破除洞門。

（4）當出現涌水情況時要加強施工監測，測量礦山暗挖段結構位移及沉降量，當發現沉降較大時及時進行地表注漿，防止地表下沉引起周邊房屋發生傾斜，并派專人檢查房屋有無裂縫的產生，當出現裂縫時要及時通知周邊居民疏散，防止事故進一步擴大。

3.2.2 盾構機與簾布板間的漏水

盾構機破開端頭墻，進入礦山暗挖段后仍然存在漏水情況的隱患，當盾構機外側水壓過大時有可能從注漿管外殼與簾布板之間發生漏水，發生漏水后要首先檢查流水有無帶泥現象，并確認流水有無異味。

（1）當水流較小時，派專人觀察漏水情況，當水流保持恒定或有減小趨勢時，保持盾構機正常推進。

（2）當水流較大有異味但無帶泥現象，可以初步判斷為地表水，需要采取堵漏措施，減小漏水，堵漏方法可采用快硬水泥加引流管的方法進行，在盾構機的前方地表打眼注漿，適當減少漏水量，再加快推進速度，直至盾構機尾部進入洞門后5 m，采取隧道內二次注雙液漿直至漏水停止，最后正常推進。

（3）水流較大出現帶泥現象并無異味時，可以初步判斷為地下承壓水，需要馬上采取堵漏措施，減小漏水，以減少地層損失引起地面沉降，堵漏方法可采用快硬水泥加引流管的方法進行，在盾構機的前方地表打眼注漿，直至引流管流量減小或停止后封堵引流管，接著盾構機向前掘進，直至盾尾進入洞門后，在隧道內注雙液漿至洞門停止漏水，最后正常推進。

3.3 盾構機到達礦山法隧道及空推出礦山段

盾構機到達接收后，需繼續向前空推約30 m過礦山法隧道，再進行吊裝作業。盾構隧道與礦山法隧道關系如圖1所示，其中礦山法擴大段隧道開挖斷面凈尺寸9.4 m×9.4 m（長×寬），在Y（Z）DK58+104.500處澆筑500 mm厚C30玻璃纖維筋混凝土堵頭墻。

如圖1所示，礦山法隧道施工時需在二襯之上施工盾構機接收導臺，導臺為底部中心79°范圍內，導臺底部55°范圍兩側預埋43軌道，軌道嵌入導臺10 mm，盾構機外輪廓線高出軌道面20 mm，以確保盾構機順利步入導臺，盾構機空推采用管片作為介體，直至將盾構機推出礦山法隧道步入接收托架。

技術及安全保證措施：

（1）加強土壓平衡、盾構姿態、同步壁后注漿及監控量測等管理。

（2）在盾構機接收到達前應核實水文地質條件，若地質條件與詳勘存在較大出入，應立即通知各單位協商處理。

（3）盾構出洞時應制定合理的盾構機切削礦山法段堵頭墻結構方案，采取適當的密封措施，增加了密封件的安裝精度，防止工具在盾構出孔時對密封件造成損壞。

（4）在隧道出口時，應安裝一種縱向張緊器，并在其上沿縱向張緊管片10圈。

（5）在接受段附近25 m處為盾構機抵達段，當盾構機進入到達段時，應逐步減小推力，降低推進速度。在掘進前的最后三個階段，進一步減小推力，降低推進速度，掘進速度控制在5～10 mm內，采用小推力低速度掘進完達段，在掘進過程中，采用開孔距離堵頭墻進入礦井法隧道。

（6）為了保證盾構機通過凈空，在掘進法掘進前對礦井法進行了剖面的測量。導臺安裝完畢后，須對導臺進行測量和復查，并對其進行重新測量，保證導臺的標高在?5～+10 mm之間。

（7）在進行盾構空推施工前，必須由各責任主體單位進行施工前條件核查，當條件核查通過后，才可進行施工。

（8）在盾構機空載穿越礦井法段時，根據刀片與導板之間的相互關系，調整各油缸的沖程，嚴格控制盾構的掘進姿態和推進速度，并加強對中線位置的監測。

4 結束語

該工程在實施過程中通過技術方案的比選、優化，以及對施工工藝技術的研究，全面分析施工過程中的重難點并提出應對措施，通過加強施工過程中的監控量測等手段，確保盾構機快速、安全、平穩地通過暗挖隧道，且盾構機空推過程中采用負環拆除管片作為介體，直至將盾構機推出礦山法隧道步入接收托架，頂推過程中對負環管片的損壞較小，管片拆卸后還可以繼續用作負環使用，節約了施工成本，取得了較好的經濟效果。

參考文獻

[1]畢經東， 趙得杰. 大直徑盾構空推通過礦山法隧道段的施工技術研究[J]. 城市軌道交通研究， 2021（6）： 90-94.A8811F88-A6BC-4B7D-B094-8FF2B468153D