礦山法施工隧道內(nèi)盾構(gòu)接收技術(shù)

林 韻

上海市基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司 上海 200002

1 工程概況

福州軌道交通1號(hào)線工程07合同段上藤站—達(dá)道站區(qū)間包含長(zhǎng)550 m礦山法施工隧道，其中200 m位于危舊居民區(qū)下方。礦山法施工爆破對(duì)隧道圍巖的影響較大，會(huì)帶來上部房屋的變形開裂，施工風(fēng)險(xiǎn)大，故將部分原礦山法施工隧道更改為盾構(gòu)法施工。統(tǒng)計(jì)礦山法施工改盾構(gòu)法區(qū)間隧道下行線環(huán)數(shù)共183環(huán)，盾構(gòu)接收段平面曲線段為緩和曲線段，豎曲線方向坡度為-2.67%。盾構(gòu)機(jī)采用海瑞克S735-φ6 450，刀盤外徑為6 500 mm。

礦山法施工隧道內(nèi)的盾構(gòu)接收區(qū)域（上藤站方向）內(nèi)地層主要為[15]散體狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、[16]碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，巖體自立性較好，巖石裂隙水豐富。

[15]散體狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖為灰黃-褐黃色，部分礦物風(fēng)化強(qiáng)烈，巖體極破碎，巖芯呈砂土狀。巖體完整程度屬極破碎，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ類，礦山法施工隧道內(nèi)接收位置厚度15 m左右，頂板標(biāo)高-0.80 m。

[16]碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖為褐黃色-淺灰色，巖體破碎，巖芯呈碎石狀為主。巖體完整程度分類為破碎，堅(jiān)硬程度屬較軟巖，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ類。厚度2.20 m左右，頂板標(biāo)高-16 m。

[17]中風(fēng)化花崗巖主要位于礦山法施工隧道內(nèi)盾構(gòu)接收位置下方，淺灰白-淺肉紅色，節(jié)理裂隙較發(fā)育，局部為發(fā)育，多不規(guī)則，巖體較完整，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅱ類。

涉及的地下水主要為基巖裂隙水，賦存于場(chǎng)地內(nèi)的[16]碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖、[17]中風(fēng)化花崗巖中，水位埋深為6.10 m，高程為5.11 m，具弱承壓性。

2 基本施工思路

考慮到礦山法施工隧道掌子面的巖體主要是 散體狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，同時(shí)隧道往上藤路站方向有2.70%的坡度，如在掌子面對(duì)土體進(jìn)行管棚和小導(dǎo)管注漿等預(yù)加固，則一方面施工時(shí)間較長(zhǎng)，另一方面施工風(fēng)險(xiǎn)較大，容易引起地面的隆起或沉降。管棚和小導(dǎo)管加固方式見圖1。

圖1 掌子面管棚和小導(dǎo)管加固示意

經(jīng)過仔細(xì)研究并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，擬定在礦山法施工隧道內(nèi)澆筑一段素混凝土加固體，盾構(gòu)機(jī)穿越素混凝土加固體進(jìn)洞，過程中盾構(gòu)機(jī)盾尾同步注漿進(jìn)行密封，盾構(gòu)機(jī)進(jìn)洞定位于預(yù)設(shè)軌道上后，焊接弧形鋼板封閉并注漿填充管片與素混凝土之間的縫隙[1-3]。

3 隧道內(nèi)加固、預(yù)埋件安裝和接收軌道設(shè)置

隧道洞圈采取預(yù)先在盾構(gòu)法施工隧道與礦山法施工隧道交界位置，礦山法施工隧道二襯上預(yù)埋一圈圓弧鋼板（在二襯施工的同時(shí)進(jìn)行預(yù)埋），以便與盾構(gòu)接收環(huán)管片施焊密封。同時(shí)在洞圈上加焊1道盾尾刷，并在盾尾刷間隙內(nèi)注滿油脂，以阻擋盾構(gòu)進(jìn)洞時(shí)可能發(fā)生的漏水、流砂，減少水土流失，保證盾構(gòu)機(jī)接收時(shí)地面建筑的安全。

洞圈后在已建礦山法施工隧道內(nèi)初襯凈空中澆筑一段長(zhǎng)約15 m的素混凝土加固體，長(zhǎng)度需大于盾構(gòu)機(jī)本體，澆筑方式選擇分層、多次澆筑，每層厚2 m，長(zhǎng)度4～6 m，澆筑前提前做好模板支撐，澆筑完成后素混凝土加固強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值時(shí)及時(shí)拆除模板及支撐；每層澆筑前需用磚塊在澆筑基面上砌筑排水溝，并用塑料薄膜固定在掌子面上，將地下水引至排水溝中，同時(shí)在排水溝中安放引流管路；考慮到進(jìn)洞段隧道往上藤路站方向有2.70%的坡度，頂層澆筑前在隧道頂部預(yù)埋排氣孔，澆筑完成后亦可用來注漿密實(shí)加固體（圖2）。

圖2 隧道加固、預(yù)埋件安裝示意

在盾構(gòu)機(jī)預(yù)定接收位置，進(jìn)行隧道加固體及二襯施工前，預(yù)埋800 mm×800 mm正方形軌道鋼板，放置方式沿盾構(gòu)機(jī)前進(jìn)方向每2 m一組，單組放置方式為隧道斷面二襯下部呈60°，左右各放置1塊。因礦山法施工隧道直徑（6.90 m）大于盾構(gòu)機(jī)直徑（6 450 mm盾構(gòu)），二襯預(yù)埋件還需加墊鋼板并焊接后方可設(shè)置接收軌道，以滿足接收架受力要求，接收架計(jì)算標(biāo)高略低于盾構(gòu)機(jī)[4]。

4 盾構(gòu)機(jī)接收施工

當(dāng)盾構(gòu)推進(jìn)至最后30環(huán)時(shí)，需復(fù)核盾構(gòu)機(jī)位置及姿態(tài)，并請(qǐng)第三方測(cè)量單位進(jìn)行對(duì)比測(cè)量。之后每推進(jìn)4環(huán)由人工確認(rèn)盾構(gòu)機(jī)的當(dāng)前姿態(tài)，評(píng)估盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入礦山法施工隧道的姿態(tài)，確認(rèn)施工軸線和推進(jìn)中的坡度值，數(shù)據(jù)確定無誤后，按測(cè)量數(shù)據(jù)調(diào)整盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)，向洞門中心位置推進(jìn)，推進(jìn)速度控制在10 mm/min左右。

盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)到174環(huán)時(shí)停機(jī)，向土倉(cāng)內(nèi)壓注40 m3惰性漿，壓力控制在150 kPa，使盾構(gòu)土倉(cāng)內(nèi)填充滿惰性漿液，防止后方止水注漿漿液竄入土倉(cāng)之中。壓注水泥漿順序從盾尾后方完整的第1環(huán)管片（從前往后數(shù)第4環(huán)管片）開始，考慮到盾尾下部侵入一部分巖石之中，水泥漿壓注從管片底部開始，直至盾構(gòu)第1節(jié)臺(tái)車前完成露出的管片。水泥漿液配合比控制在0.70～1.00，注漿過程壓力控制在0.30 MPa左右，不得超過0.50 MPa，注漿過程中同時(shí)觀察管片是否有變化，以防止?jié){液壓力過大，造成管片破損。注漿應(yīng)遵循“少量多次”原則，盡量使?jié){液在盾構(gòu)周邊土體中壓注密實(shí)，最大程度起到止水效果。注漿過程中，盾構(gòu)機(jī)應(yīng)每5～6 h轉(zhuǎn)動(dòng)一下刀盤，并在掘進(jìn)3～5 mm之后停機(jī)，防止注漿過程中漿液將盾構(gòu)殼體固結(jié)。如圖3所示。

圖3 盾構(gòu)機(jī)進(jìn)洞施工示意

盾尾注漿完成后，盾構(gòu)機(jī)恢復(fù)掘進(jìn)，盾構(gòu)刀盤前方素混凝土厚度約4 m。盾構(gòu)繼續(xù)掘進(jìn)過程中，控制總推力大?。ū?），防止盾構(gòu)過早將素混凝土墻體頂垮，盾構(gòu)接收環(huán)拼裝后，需再做數(shù)環(huán)推進(jìn)，方能滿足盾尾密封工作空間要求，這數(shù)環(huán)襯砌可只做拱底塊拼裝，但需同樣擰緊縱向螺栓，以免接收環(huán)襯砌脫落。

表1 盾構(gòu)總推力大小控制

盾構(gòu)掘進(jìn)至176環(huán)管片安裝完成后，停止同步注漿，采用隧道內(nèi)壓注水泥漿液代替，此時(shí)脫出盾尾管片存在突然下落風(fēng)險(xiǎn)，故采用φ55 mm實(shí)心圓鋼（每根長(zhǎng)450～500 mm）分別擊穿7#與9#管片吊樁孔，并與管片吊裝孔焊接牢靠。

測(cè)量結(jié)果表明，與掌子面交界的二襯的平均偏差值沿盾構(gòu)推進(jìn)方向偏右28 mm，偏上16 mm，盾構(gòu)接收時(shí)姿態(tài)控制調(diào)整為偏右30 mm，偏上20 mm；當(dāng)盾構(gòu)刀盤露出后，此時(shí)掌子面素混凝土墻已發(fā)生倒塌，應(yīng)迅速清理刀盤前方的素混凝土垃圾。

盾構(gòu)完成183環(huán)管片拼裝后，使用安裝拱底塊管片將盾構(gòu)機(jī)完全落入接收架之上，并使盾尾距離二襯鋼套前段約1 m，為后續(xù)弧形鋼板（“月亮板”）安裝騰出空間。

接收環(huán)管片落入長(zhǎng)800 mm二襯上預(yù)埋的整圈圓弧鋼板上后，利用預(yù)先做好的多塊圓弧鋼板（厚8 mm）焊接在管片與預(yù)埋的鋼板間，確保二襯與接收環(huán)管片間的密封性，如圖4所示。

此次“月亮板”焊接封堵，存在地下水較多的風(fēng)險(xiǎn)，且工藝較常規(guī)的不同，多出一套外接式圓形鋼板需接至二襯內(nèi)預(yù)埋的鋼板內(nèi)側(cè)，如下部地下水過大，施工時(shí)應(yīng)遵循由上部向下部進(jìn)展的施工順序。

圖4 焊接“月亮板”封閉管片與二襯間隙

焊接好“月亮板”后，用割刀在其上開孔（一圈圓弧鋼板在上、下、左、右依次開1個(gè)孔，共4個(gè)），安裝注漿閥，并與注漿設(shè)備連接，開始實(shí)施對(duì)盾構(gòu)接收段的管片背部與土體間充填注漿（單液漿）。注漿遵循少量多次原則，施工過程中應(yīng)降低注漿對(duì)上部土體的影響，并加強(qiáng)對(duì)地面沉降的監(jiān)測(cè)，直至注漿影響的地面區(qū)域監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定后結(jié)束。

接收段管片背部注漿施工完成后，開始制作井接頭，此井接頭較常規(guī)尺寸有所增大，配筋形式與常規(guī)一致，但因外徑變大導(dǎo)致體積增加，井接頭外徑為6.90 m，內(nèi)徑為5.50 m。鋼筋綁扎完成后進(jìn)行模板安裝，之后進(jìn)行預(yù)拌混凝土澆筑，混凝土達(dá)到規(guī)范強(qiáng)度要求后，拆除模板。

盾構(gòu)機(jī)進(jìn)洞過程中，隧道上方地面發(fā)生沉降變形，地表沉降最大的點(diǎn)是盾構(gòu)機(jī)正上方的JC5-0測(cè)點(diǎn)，累積沉降量達(dá)到-12.87 mm，距離中心點(diǎn)兩側(cè)的測(cè)點(diǎn)累積沉降量依次減小。盾構(gòu)機(jī)在推進(jìn)到174環(huán)停機(jī)前地表沉降量較大，開始?jí)鹤⑺酀{后沉降趨于平緩，甚至有少量隆起，注漿完成后，繼續(xù)掘進(jìn)地表開始第2次沉降，直至盾構(gòu)機(jī)進(jìn)洞，再對(duì)“月亮板”后縫隙進(jìn)行注漿后，沉降趨于穩(wěn)定[5,6]。

5 結(jié)語(yǔ)

國(guó)內(nèi)部分城市的地質(zhì)情況復(fù)雜，土層情況變化大，短短的一段距離內(nèi)，土質(zhì)可能突然從沉積層過渡到硬巖，區(qū)間隧道中局部出現(xiàn)巖層凸起的情況也屢見不鮮，盾構(gòu)法加礦山法施工的區(qū)間隧道施工方法對(duì)于這種土質(zhì)情況十分適用，有著廣闊的應(yīng)用前景。