论述盾构机通过矿山法地铁隧道施工技术

论述盾构机通过矿山法地铁隧道施工技术

姚金军1傅蔚2

1.浙江省建筑设计研究院2.杭州天程创新科技股份有限公司

浙江杭州310006131001132

摘要：盾构机通过矿山法地铁隧道施工技术的难度比较高，特别是在始发阶段的施工，其相关的施工技术要求标准比较严苛。为深入探究盾构机通过矿山法地铁隧道施工技术，本文以地铁线区的盾构施工项目为例，进行讲解，总结其施工技术的使用要点以及成功经验。为我国日后所开展的盾构机通过矿山法隧道等的施工活动提供经验，供以借鉴。对其施工案例的实际施工过程进行总结，使得盾构机可以更为快速且便捷的应用到矿山法隧道的施工项目中，完善相应的施工技术。

关键词：盾构机；矿山法；隧道导台

引言：现阶段，我国很多的地铁项目在施工中，会同时使用标段盾构法和矿山法。在矿山法隧道中盾构无论是运输到达指定施工地点的时间还是距离都比较长，存在着很多的始发问题，且始发托架及反力架施工工序在开展暗挖隧道时，其运输难度极高，会产生始发反力架等安装困难的现象，这严重影响施工效率，同时还会提高总体的施工成本费用，给地铁施工项目活动的开展形成了很大的阻碍，盾构法是在我国隧道建设领域中占据着重要的地位，其施工方式带有极强的高效、环保特性，但是该施工技术的使用也会受到一定条件的约束，需要对其施工技术进行探究，以此来减小施工的风险，降低施工成本。

一、工法工艺原理简介

盾构空推过矿山法隧道施工工法是为解决地下隧道施工难题而研发的一种复合施工工法。该工法将盾构法和矿山法相结合，即先采用矿山法施工隧道初期支护，然后盾构机空推过矿山法隧道，同时盾构机拼装管片形成隧道的二衬，并向管片和初支之间的孔隙填充背填材料。

该工法主要技术特点如下：

1）将矿山法与盾构法相结合，先采用矿山法开挖并施作初期支护，然后采用盾构机拼装管片，极大地拓展了矿山法、盾构法的适用范围。

2）避免了盾构法在全断面硬岩或上软下硬地层中施工对盾构设备、刀盘刀具的磨损和意外破坏。

3）整条隧道均是通过盾构机拼装管片形成二次衬砌，隧道线形一致，通风流畅。

4）在空推段堵头墙施工中采用玻璃纤维筋（GFRP筋）早强混凝土技术，减少了盾构机进出洞的地层加固，在满足工程安全的前提下，大大提高了盾构过空推段工法转换的效率。

5）施工速度快，工期效应明显。改进施工工序后，空推段施工每班平均速度约8环，最快每天可以完成20环的进度，节约了工期。

6）采用地面灌浆空隙充填技术，盾构管片的防水效果大大提高，并能保证周边环境和建筑物结构的安全。该工法针对复杂的地质条件和环境要求，采用盾构法和矿山法相结合的复合施工工法，充分发挥2种工法各自的优点，规避了各自的不足，可获得良好的经济和社会综合效益。

二、工程概况

盾构隧道设计为2条内径5.4m的单线隧道，左右线线间距为13～18m。盾构区间右线设计里程范围为YDK13+304.7～YDK14+237.85，全长954.732m。其中YDK13+304.7～YDK14+015为纯盾构法施工，长710.294m;YDK14+015～YDK14+237.85为矿山法开挖+锚喷初支+管片衬砌的复合施工方法施工，长244.438m。隧道埋深7～21m。盾构区间右线采用1台复合式土压平衡盾构机掘进。

三、盾构机空推过矿山法段地铁隧道施工关键技术

1、盾构与暗挖空推段接口处理

矿山法隧道开挖完成后，在端头墙位置水平放置玻璃纤维筋格栅，玻璃纤维筋格栅随隧道端头最后两榀密排格栅钢架同步架设，且玻璃纤维筋格栅与钢筋格栅搭接部分至少采用12号铅丝绑扎牢固，并采取适当辅助连接措施，确保玻璃纤维筋格栅伸入钢筋格栅长度不小于300mm，绑扎牢固的同时喷混凝土密实。掌子面开挖后立即初喷40mm厚C20混凝土，防止局部坍塌，且要求喷射混凝土与隧道最后三榀密排格栅的喷射混凝土同步施工，水平格栅及纤维筋网绑扎好后及时喷射混凝土。在端头设置三榀密排格栅，另外在端头墙处应做好洞门预埋件，洞门预埋件必须符合设计要求，且要适当加强，严格控制预埋件尺寸，尤其要控制洞门钢环的曲率，确保盾构机顺利进入暗挖空推段。

2、钢筋混凝土导台施工

由于该区间盾构刀盘直径6280mm，盾体直径6250mm，而矿山法初期支护内径分别为6400mm(C-2、C-3型衬砌断面)和6700mm(C-4型衬砌断面)。为了保证盾构安全、快速、高效、优质通过矿山法段，在矿山法开挖段应设置钢筋混凝土导台为盾构机提供精确导向，确保盾构机保持良好的推进姿态，确保管片拼装质量、管片姿态良好，达到预期的防水效果。矿山法开挖完成初期支护后，在隧道底部60°范围内施工钢筋混凝土导台。钢筋混凝土导台的中心线与隧道中心线重合，且对称于隧道中心线。

3、盾构空推施工过程

盾构机推动回填的渣土，渣土在刀盘前逐渐形成密实的土柱，盾构机达到正常推进模式。管片与已开挖成形隧道间由回填土充填，同时开启同步注浆进行止水，土仓内全部填满土。当土压和推力提升至要求值后，开启螺旋输送机出土。如果上部渣土不能完全填满隧道，则只开下部同步注浆系统，上部用豆砾石回填及注水泥浆。

（1）堆土施工

渣土回填密封刀盘前方断面，渣土充填盾体与暗挖初期支护间的间隙，同步注浆正常开启，管片止水条密封良好，此条件下的两种工况示意如下。

工况一：盾构机到达渣土回填断面，未向前推进。

工况二：盾构机向前推进，管片拼装和同步注浆与正常掘进一样，同样采用错缝拼装。

（2）管片背衬回填

当堆土对刀盘密封效果良好，管片背后回填主要由同步注浆来完成。通过同步注浆浆液在管片脱离盾尾时对管片进行支撑，以防管片下沉而产生错台。利用盾构机自身的同步注浆系统压注水泥砂浆，使管片与初支及地层间紧密接触，以提高支护效果。根据同步注浆后的检查结果，从管片注浆孔进行二次注浆固结管片。同步注浆时，要严格控制注浆压力，既保证达到对环形空隙的有效填充，又确保管片结构不因注浆产生位移、变形和损坏，同时又要防止砂浆前窜至盾构刀盘前方。当刀盘前方堆土不能密封刀盘面时，采取喷射豆砾石和注纯水泥浆来完成管片背后回填，回填材料为豆砾石(粒径为5～10mm)。用高压风将豆砾石从吊装孔喷入，填充管片与初支面间的空间，然后进行灌浆，凝结豆砾石，使管片得到稳定，同时承受围岩压力和水压力。

结语：在盾构法的施工过程中，其盾构机的形态以及管片等的拼装质量都会在一定程度上影响其所构建出的盾构隧道的成洞品质，对此，我国相关的施工人员必须要对盾构通过矿山法施工隧道段的关键性技术进行深入的探究，实时的开展管片背后的填充工作等，确保盾构机在导台上的姿态以及形象，提升其管片的压紧程度。做好相应的质量控制准备工作，让其施工技术可以彰显出其自身最大的价值效用，编制出较为完整且可实施性较强的盾构机通过矿山法地铁隧道施工技术的应用方案。

参考文献：

[1]矿山法区间隧道下穿既有试运营盾构区间施工技术[J].徐磊.山东交通科技.2012(02)

[2]漫谈矿山法隧道技术讲座——后语[J].关宝树.隧道建设.2017(03)

[3]漫谈矿山法隧道技术讲座——开场白[J].关宝树.隧道建设.2015(10)

[4]复合地层中的矿山法联络通道施工技术[J].顾春华.城市道桥与防洪.2014(06)