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1、盾构空推拼装管片过矿山法隧道施工工法盾构空推拼装管片过矿山法隧道施工工法中铁二十局集团莞惠城际GZH6标项目经理部程义政 1 前沿目前我国城市地铁及城际轨道交通工程迅猛发展，城市地下隧道施工多采用盾构法及暗挖法进行施工,而盾构法施工以其对地层适应性强、安全性高、施工速度快等特点逐步取代传统暗挖法。而城市内地面环境复杂，建、构筑物覆盖率较高，且地质条件复杂,洞身地质以上软下硬及硬岩地层居多，在建项目盾构区间单向掘进长度普遍超过3km，而在长距离掘进导致盾构机维修保养、不良地质条件下换刀耗费时间、控制地面沉降进行加固等因素影响下,长大隧道贯通工期容易受到影响，在盾构施工工作面局限性受制情况下，采取
2、矿山法接应、盾构机空推的方案措施优化工期是独特、科学、成熟的新型工法之一。如何做好盾构机空推过矿山法隧道施工工法显得尤为重要。以莞惠城际轨道交通项目为例,莞惠线正线全长99。841km，其中隧道总长度为54。428km,占线路总长度54.51%，隧道主要下穿东莞市市区及东莞市部分城镇。该线路盾构标段中GZH-2标左线区间3290m、右线区间3260m；GZH3标左线区间2563m、右线区间2475m(新增两台盾构机后左右线均分别划分为两个区间)；GZH6标1盾构区间1453+1461m、2#盾构区间2925m;GZH-6B标盾构区间2932m。由于上述盾构标段均下穿城市、镇密集型居民厂房区，且
3、地质条件极为复杂,严重影响盾构掘进进度,与盾构上场初期预估进度指标相差甚远，均采取不同措施优化工期.在莞惠6标段采取盾构空推拼管片过矿山隧道试验性成功后，3、6B标段相继采取该方案进行工期优化.视盾构区间地质条件，在盾构机继续向前掘进的同时，从盾构机吊出井处向盾构机方向进行矿山法开挖及初期支护，待盾构机掘进至盾构及矿山法交接面后，再进行盾构机空推拼装管片通过已施工矿山法段，直至盾构区间全部贯通.本文主要通过已实施的成功案例,总结相关施工经验的基础上形成本工法。2 工法特点2.1 目前在建项目长大盾构隧道施工时，容易出现工期紧张、盾构机难以适应当前地质、盾构机出现严重故障且地面无法增加吊出井或需
4、施工导洞处理刀盘前方孤石等情况，本工法可作为增加工作面的方案之一。2.2 盾构机在已施工矿山法段稳定拼装管片，不受地面及地质条件影响，可有效大幅提高施工进度的目的.3 适用范围本工法尤其适用于地质条件复杂需进行工期优化或接应盾构机的长大盾构隧道中，为确保安全，矿山法施工初支主要适用于洞身为坚硬岩地质的隧道中。4 工艺原理根据盾构剩余段长度分别划分盾构、矿山法施工长度,盾构机继续向前掘进的同时，从吊出井处向盾构机方向进行相向矿山法开挖，开挖断面大于盾构机刀盘，加强初期支护措施，根据任务划分完成矿山法开挖后，封堵接头端墙，矿山法段施工盾构掘进导台。盾构机到达端墙、步入导台后，进行空推拼装管片过矿山
5、法隧道，同时进行背后回填及注浆，直至盾构机到达吊出井.图4。1矿山法开挖盾构空推拼管片段断面设计图盾构机开挖直径8。83m,盾构管片外径8.5m,管片厚度400mm,矿山法开挖断面9.78*9。54m，隧道初期支护参数如下表4-1：表4-1 矿山法开挖初期支护参数表喷射混凝土8钢筋网锚杆20格栅钢架充填豆砾石及水泥浆位置厚度（mm）位置网格间距（mm)位置长度（m）间距(m)位置间距（m）位置厚度（mm）拱墙220全环200200仰拱边墙2.51.21（环）全环0。8拱墙300仰拱220仰拱1405 施工工艺流程及操作要点5.1工艺流程盾构空推拼管片过矿山法隧道施工工艺流程如图5.1：矿山法开
6、挖盾构掘进洞门破除盾构机上导台盾构机前堆沙土盾构每推进1环拼装管片管片壁后同步注双液浆（底部1m高)推进5环准备砂土喷射砂土至肩部推进8环管片与初支顶部注浆图5。1 施工工艺流程图5.2操作要点5.2.1 测量复核矿山法开挖前及盾构掘进剩余50m时需反复进行中线复核，确保盾构顺利贯通，减少盾构隧道与矿山法隧道贯通误差，减少盾构机步入矿山法隧道时的纠偏量。5.2。2矿山法开挖按照设计图进行矿山法开挖，支护参数严格设计参数进行施工，矿山法开挖过程中严格控制超欠挖，及时进行断面复核，尤其是隧底开挖时严格按设计轮廓线进行开挖及支护，确保初支表面平面，无凸起物。同时应重点控制喷射混凝土质量，确保初支表面
7、无渗漏水，由于盾构机空推时管片所受反力减小，初支渗漏水对管片拼装后成型隧道影响较大，在出现渗漏时及时进行初支背后注浆及径向注浆。5。2。3导台施工矿山法隧道施工完成后,在隧道底部施工导向平台。导台支撑着盾构机并为盾构机前进起导向作用,盾构机在导台上空载推进并拼装管片。导台采用C30素混凝土施工，高度为400mm。由于盾构机刀盘外径为8830mm,刀盘顶部与隧道壁有270mm空隙,因此矿山法隧道严禁超挖,同时导台的高度和轴线必须控制在设计允许的误差范围内。导台断面弧长与隧道中心夹角为60,以保证盾体与导台有足够的接触面;导台弧面施工必须满足设计要求,使盾体与导台保持均匀接触。为确保盾构机顺利步入
8、导台，交接面处导台标高比设计面低2-3cm，避免出现凿除的现象。图5。2隧道内导台设计断面图导台起点从端头墙开始,一直至吊出井内,在端头墙位置做10的坡度以便于盾构机顺利爬上导台。因盾构机中盾与尾盾之间是焊缝连接拆机时必须刨开焊缝，所以在吊出井内的导台需改变断面形式（亦可使用接受架），中心段之间预留1m长的缺口，使盾构机中尾盾在缺口处顺利刨开。同时在井内导台两侧1000mm的操作台上预埋400mm200mm20厚的钢板以便于盾构机拆除，如下图：图5。3吊出井内导台设计断面图图5。4吊出井内导台设计纵断面图图5.5吊出井内导台设计平面图在施工矿山法段时要特别控制好隧道的中线，导台标高、弧度和导台
9、的中心线,保证施工的精度。由于盾构机刀盘外径比盾体外径大,在盾构机从端头墙端进入导台前,卸掉刀盘与导台面接触的边缘滚刀及周边刮刀，避免盾构机在导台上前进时刀具将导台混凝土刮起，破坏导台。5.2。4盾构掘进在到达段（实推最后15环) 盾构掘进采用敞开式模式进行掘进。其掘进施工参数见表5-1.项目参数土仓压力敞开式刀盘转速/rmin-11.71.9推力/t1500盾构姿态水平偏差0盾构姿态垂直偏差/mm10推进速度/mmmin120在贯通前的最后3环，需要减小推力、降低推进速度。其掘进施工参数见表5-2。 项目参数土仓压力敞开式刀盘转速/rmin11.41.6推力/t800盾构姿态水平偏差0盾构姿
10、态垂直偏差/mm10推进速度/mmmin16管片注浆及防止浆液前窜,每环按照设计方量进行同步注浆，同时提高管片抗浮能力，在掘进拼装完成倒数第三环后，停止掘进，在倒数第10至倒数第6环进行二次双液注浆，确保连续5环全断面注满。为确保隧道贯通后的管片接缝防水要求，在到达矿山与盾构分界里程后开始，安装每一片管片时，首先人工对每片管片连接螺栓进行初步紧固; 待安装完一环后，用风动扳手对螺栓进行进一步的紧固； 待管片出盾尾之后，重新用风动扳手进行紧固。5.2.5盾构空推段施工当盾构机进入导台后，启动盾构机往前掘进，然后开始进行管片拼装、管片背衬回填工作.5.2.5。1空推段管片拼装盾构机在导台上前行,每
11、前行1。6米安装一环管片。再管片拼装过程中要在盾构机前方提供反力,以确保管片安装的质量要求,增强管片的防水效果.反力由堆放在刀盘前方的砂土混合物堆提供,原设计采用喷射豆砾石，考虑到豆砾石透水性较强,盾构机前方为空,抵制不住浆液流失，根据施工经验，采用一定级配的砂土进行堆放，既有利于盾构机推进时砂土两边散落，又可减少渗透性，进而减少浆液流失。考虑到初衬和管片外部的填充量为11m/m,管片拼装所需的反力为180T，所以在刀盘前方堆积的混合料高度为4m（约刀盘1/2高度），长为45m。（机制砂选用粒径为3。74.5mm，堆积密度大于1350/m)。盾构机前方安排23人专人负责整理堆土至盾构后。图5.
12、6空推示意图同步注双液浆管片拼装工艺与正常掘进时的工艺相同，管片要根据盾尾间隙与油缸行程差结合盾构姿态选择合适的管片.在管片安装时，先人工将每片管片连接螺栓进行初步紧固;待安装完一环后，用风动扳手对螺栓进行进一步的紧固,待管片出盾尾之后,重新用风动扳手进行紧固。在管片拼装最后10环时，在隧道内已拼装好的两侧用18cm的槽钢将相邻的两环管片连接在一起，防止盾构机在前行时反力变小，管片止水胶圈压不密实,出现渗漏等质量问题.盾构掘进模式采用空压模式，掘进推力控制在 800T以内（经验算在正常掘进时盾体的摩擦力与后配套牵引力之和大约为800T），盾构掘进过程中如果掌子面上有较大的水在涌入隧道，为防止管
13、片上浮，待管片拖出盾尾后及时在顶部将管片进行固定,管片固定采用从吊装头上安装螺杆进行固定，隔2环固定1环。5。2.5。2管片背部回填与注浆 管片拼装完成后，要及时进行管片外径与初衬间的回填工作，用喷射的砂土混合物在管片脱离盾尾时进行管片支撑，以防管片下沉产生错台。管片背部回填是在刀盘前方,将500mm的导管从盾构机盾壳外伸入到当盾构机中盾或者盾尾进行,在回填时盾构机停止前行，使用喷射机自刀盘前方向盾体后方吹人有一定级配的砂土混合料，同时安排34人用铁锹在前盾两侧进行填充。盾构每前行0.5m0。8m时喷射一次，以确保管片背部充分密实.图5.7空推示意图-喷射砂土在推进的同时离盾尾35环后进行同步
14、双液注浆。利用两台注浆系统同时在已成环管片两侧(通常指3、9点位置）进行水泥浆-水玻璃注浆作业。水泥浆和水玻璃以41的比例混合同时进入，所用双液浆必须在现场做调配试验凝固时间为20s，以期达到快速凝固，使管片与初支紧密连接，以提高支护效果。由于管片回填注浆时盾构机前方敞开，管片注浆效果可能不理想，必须对管片进行补充注浆。在已拼装成环管片10 15环的顶部间隔一环打开管片注浆孔进行二次注浆，二次注浆浆液采用水泥砂浆，配合比：水泥：砂子：膨润土：粉煤灰：水为90:670:100:450：400，砂浆稠度控制在1011左右，为了保证达到对环向空隙的有效填充，同时又能确保管片结构不因注浆产生变形和损坏
15、,注浆压力取值为0。10.2MPa。 空推段掘进完成的最后阶段盾尾即将到达洞门2030cm时停止掘进，对洞门与盾尾的间隙进行湿喷封闭，然后用同步注浆设备进行注浆，确保空推段所有管片背后全部填充饱满，同时对所有管片螺栓进行再次复紧。 5。2。6浆液配比常规采用42。5普通硅酸盐水泥浆水灰比为0。8：11:1（具体可根据施工现场实际情况调整），浆液调配时增加5%15%的水玻璃，以减小注浆后的收缩性，避免二次沉降.搅拌35分钟，即可放浆，先采用水泥稀浆开灌，随着压浆的进行，浆液逐渐加浓。图5。8空推示意图第三次注浆6 人员与设备6.1本工法每班作业人员配备表如下表6。1：表6.1 人员分工表序号工种人数备注1盾构掘进作业13正常掘进班组2二次注浆手6同步注浆3杂工6分混合料4喷射操作人员4操作喷射设备5电工2专人6技术主管2现场指导每班作业人
