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1、盾构空推过矿山法隧道施工工艺工法1 前言1.1 工艺工法概况当前随着轨道交通事业快速发展，盾构法施工技术在上海、广州、深圳、南京等城市地铁建设中得到广泛应用。目前国内使用的复合式土压平衡盾构机对于软土及岩石强度（单轴抗压强度小于8090Mpa的硬岩地层施工是完全适应的，但是对于地质、岩层埋藏比较复杂的地区，对于长度超过100m、岩石强度（单轴抗压强度超过100Mpa的岩石）单纯盾构法施工工艺及单纯矿山法施工工艺已不能满足当前地铁隧道施工的要求。为减少施工风险、拓展土压平衡盾构机在较长距离与硬岩地层中的施工配套技术，开展了专项研究，采用了矿山法开挖与初期支护，盾构机空载推进拼装管片通过，管片背后
2、吹豆砾石与注浆结合的新工艺，并取得了圆满成功，在此基础上总结形成本工法。1.2 工艺原理在盾构机到达硬岩地层之前，利用矿山法开挖硬岩地层并进行必要的初期支护，在隧道底部施做弧形钢筋混凝土导向平台，盾构机在平台上空载推进，拼装管片通过，管片背后与矿山法初期支护间的间隙利用吹填豆粒石与注浆相结合的方式填充密实达到整个隧道的净空、结构和防水设置一致。2 工艺工法特点2.1将矿山法施工与盾构法施工相结合，局部硬岩地段、岩石单轴抗压强度大于100Mpa处用矿山法开挖初支，盾构法衬砌，极大地拓展了盾构法施工的适用范围，避免了盾构法在岩石太硬距离偏长的地层中施工设备的损坏和盾构法应用的限制，避免了盾构在硬岩
3、中掘进容易形成隧道管片破损、隧道中心线偏移、盾构机刀具磨损严重等许多难以预料的问题。2.2施工速度快，工期效应明显。盾构拼装管片通过硬岩段可以达到平均每天24m的施工进度。2.3工艺操作性强，只要采取相应方法和措施，满足城市环境条件即可推广应用。3 适用范围本工法适用于长距离硬岩地段先施做矿山法隧道之后盾构空推通过的地铁等隧道施工。4 主要引用标准4.1盾构法隧道施工与验收规范（GB50446）4.2地下铁道工程施工及验收规范（GB50299）4.3公路隧道施工技术规范（JTGF60）5 施工方法在盾构机到达硬岩地层前，利用矿山法开挖硬岩地层并进行必要的初期支护，隧道底部施作弧形素混凝土导向平
4、台如图1。盾构机在导向台上空载推进，拼装管片通过，管片背后与矿山法初期支护之间的空隙采用吹豆砾石与注浆结合的方式填充密实，达到隧道成型的要求如图2。6 工艺流程及操作要点6.1 施工工艺流程 图1 隧道底部施作弧形素混凝土导向平台 图2 空推示意图图3 空推工艺流程图6.2操作要点6.2.1盾构空推准备技术准备：技术部门负责方案的制定、技术交底，实施过程检查与指导等工作。设备准备：物设部门负责设备供应、进场设备验收、材料供应与材料进场验收等工作。安质准备：安质部门负责现场施工安全管理、质量监督与检查工作。6.2.2盾构到达矿山法段1在矿山法竖井封闭之前对接收洞门位置进行复核测量，在盾构推进至盾
5、构到达50m范围时，对盾构机的位置进行准确的测量，明确成洞隧道中心轴线与隧道设计中心轴线的关系，确定盾构机的贯通姿态及掘进纠偏计划。2在盾构机距离洞门墙50米时，选择合理的掘进参数，以确保到达端墙的稳定和防止地层坍塌。3盾构进入到达段后，加强地表沉降监测，及时反馈信息以指导掘进。 图4 盾构机成功进入矿山法隧道照片6.2.3 盾构机接收上导台1在盾构机刀盘距洞门掌子面0.5m时应尽量出空土仓中的碴土，减小对洞门端墙的挤压和人工清碴量。洞门破除后，盾构刀盘停止转动并暂停推进，及时派人工辅助盾构螺旋输送机排除，以防盾构上导台过程中盾构偏向。待碴块清理完毕，并检查导台头部预埋的钢板是否异常（要求其在
6、刀盘下部且高差适度），盾构在刀盘不转动工况下继续推进直至盾体在导台上正常前进。2在盾构贯通后安装的几环管片，一定要保证注浆饱满密实，并且要及时对螺栓进行复紧，防止引起管片下沉、错台和漏水。6.2.4 盾构机推进盾构接收完全上导台后，为确保施工安全，宜立即对盾构机进行检修工作，为防止盾构发生滚动或损坏导台，保证盾构在导台上沿轴线方向顺利推进。先调整左右铰接千斤顶的行程差，使其为零。推进前，拆除盾构机刀盘最外侧的刀具。盾构推进时，开启4组主推千斤顶，通过调整推进千斤顶行程差，来满足盾构在曲线段掘进的需要；推进过程中要密切注意盾构机刀盘周边与初衬、成环管片与盾尾间的间隙，使其始终处于良好状态，空推过
7、程中盾构机总推力保持在280t400t,同步注浆压力0.100.25Mpa，刀盘扭矩保持为0。.6.2.5管片拼装盾构在初支隧洞内拼装管片与正常盾构法施工基本相同，只因盾构在初衬隧洞内不能作大幅纠偏动作，故管片选型及确定封顶块拼装位置显得尤为重要。为保证管片止水带的压密防水效果，必须加强连接螺栓的紧固，并用高速气动扳手对连接件进行复紧；尤其加强支撑施加反力时的纵向螺栓（即环间连接螺栓）复紧工作。6.2.6 管片背后回填 管片背后回填分如下两个步骤如图5所示：第一步喷射豆砺石+同步注浆填充管片背后 第二步补充注液浆填充管片背后图5 管片背后回填示意图由于管片背填注浆时，盾构机前方是敞开的，管片注
8、浆效果可能不理想，须对管片进行补充注浆。每10环管片，在管片吊装孔开口检查注浆效果，若注浆效果不好，则进行补充注浆。6.2.7盾构机过联络通道处在做好的联络通道段空推时先用片石把做好的联络通道封闭起来使成为两各独立平行的隧道如照片6所示，然后空推喷射豆砾石拼装管片通过，等拼装管片通过后再切割管片做联络通道口的防水等工作。图6 碎石封堵的联络通道照片6.2.8 列车编组空推过程中为提高空推效率，对列车编组进行优化，采用两列编组列车轮流运送浆液和管片，每列电瓶车挂2节管片车（1环管片）和1节浆车，如图7所示。图7 列车编组示意图7劳动力组织单班掘进需要2224个人，其中刀盘前方铲豆砾石人员4个，盾
9、构机操作手12人，土建工程师12人，测量人员13人等。 表1 工种配置表门吊司机电平车司 机管片拼装吊装管片盾构机管 理测 量电工地面拌合 站喷射豆砺 石1人2人3人5人3人3人1人3人4人8 主要机具设备表2 施工所需机具 项目型号数量备注空压机6立方1台BH-12/7空压机9立方1台BH-12/7皮 管直径610 cm若干长度大于30m喷射机2台工作压力0.20.6Mpa，输送距离200m水 泵IS型单级清水离心泵2台沙 袋若干风 镐29质量控制9.1易出现质量问题9.1.1同步注浆浆液流串到刀盘前方。9.1.2混凝土导台断裂。9.1.3豆砺石及同步注浆量不足。9.1.4空推过程中盾构机姿
10、态不易控制。9.1.5 空推过程中管片上浮。9.1.6空推过程中管片错台。9.2保证措施9.2.1在喷射豆砾石的过程中同步注浆系统注浆严格控制注浆压力及注浆量，防止浆液窜入到刀盘前方。9.2.2空推过程中专人观察刀盘前方围岩与盾构机盾壳之间的间隙，若发现空隙不够及时处理，观察混凝土导台若有裂缝及时通知操作手停下处理导台。9.2.3每环的豆砾石喷射量及同步注浆量要专人记录详实，为以后二次注浆做好基础。9.2.4空推过程中保证盾构机姿态与隧道线型拟合，盾构机姿态控制在规范-50mm50mm之间禁止盾构机刀盘旋转。9.2.5整个空推过程中有专人指挥，测量人员及时复测管片姿态，及时发现管片上浮以尽快采
11、取相关措施。9.2.6拼装管片过程中严格控制管片拼装质量。10安全措施10.1主要安全风险分析10.1.1盾构机前方用电设施易发生触电事故。10.1.2 盾构机前方的喷射豆砺石平台工人操作时易发生摔伤事故。10.2保证措施10.2.1盾构机前方照明电缆要拉接有序，有专人电工负责用电设备安全，禁止出现人工触电事故。10.2.2做好个人防护，进入施工现场人员戴好安全帽，当班人员穿工作服，戴工作手套。从事2米以上高空作业，系好安全带。设专职安全员负责各种设备和施工过程中的安全隐患检查工作。10.2.3现场照明设施齐全，配置合理，经常检修，保证正常的生产。10.2.4加强关键作业岗位的安全巡检工作，确
12、保作业安全。10.2.5施工现场所有用电设备，按规定设置漏电保护装置，禁止自拉线或拆装用电设备，定期检查，发现问题及时处理解决。11环保措施11.1根据盾构设备状况、地质条件、施工方法、进度和隧道掘进长度等条件，选用适用的通风方式、通风设备及隧道内温度控制措施，并应符合国家现行相关标准的规定。11.2隧道内作业场所必须设置照明设施。11.3隧道内作业场所必须设置消防设施。11.4隧道和工作井内必须安置足够的排水设备。11.5隧道内作业位置与场所必须保证作业通道畅通。11.6隧道内当存在有害气体或可燃气体时，必须使用专用仪器进行检测，并应加强通风，可燃性或有害气体浓度应控制在安全范围之内。11.
13、7空气中氧气含量不得小于20%，瓦斯含量应小于0.75%，隧道内温度不应高于32，隧道内噪声不应大于90DB。12应用实例12.1工程简介广州地铁三号线北延段三号线北延1标，燕梅区间盾构隧道由两条单线单洞区间的盾构法隧道组成。盾构区间由梅花园站始发到达燕塘站接收。燕梅区间里程范围在左线ZDK-0-827zDK-1-271段，右线YDK-0-828YDK-1-278段隧道围岩为9H该处岩石强度高达160Mpa，共计918.5m，采用盾构+矿山法相结合方法。12.2施工情况为了满足了业主要求的工期，我们在盾构空推过矿山法段对施工方案进行优化，严格控制每一道工序，在燕梅区间空推过程中创造出每天空推掘
14、进14环（31m）的记录，且施工质量良好。对整个标段的施工进度按业主要求工期完工提供了保证。12.3 工程结果评价1社会效益本施工方法将矿山法与盾构法施工相结合，避免了盾构法在岩石太硬、距离偏长的地层中对设备的损坏和对盾构法应用的限制，使盾构机在复杂的硬岩地层中能进一步发展。有效避免盾构机在长距离硬岩地层中掘进的施工风险，并能保证工程和周围环境的安全。2经济效益施工速度快、工期效应明显，盾构机拼装管片通过硬岩矿山段，可以平均每天24米的施工进度，其综合进度比在一般硬岩地层中快，因此硬岩隧道工期提前的效果就明显。避免了盾构机在硬岩地段掘进时的刀具磨损及设备的意外破坏。相比之下有较大的成本节约。根据我们燕梅区间盾构机在一般硬岩地层中正常掘进的刀具磨损统计，至少可以节省100万元以上，两个工艺同时施工节约了工程施工工期，节约了单一法施工的成本。12.4 建设效果及施工图片图8 盾构进入空推段照片 图9 空推段管片拼装照片图10 空推过程中施工照片图11 空推过程中喷射豆砾石施工照片图12 空推过程二次注浆施工照片10
