盾構(gòu)機(jī)空推過(guò)礦山法隧道施工技術(shù)與控制

徐巖軍

陜西建工集團(tuán)股份有限公司（710043）

1 工程概況

某隧道工程需要穿越巖層基巖隆起及孤石群段，區(qū)間隧道需穿過(guò)砂礫、全風(fēng)化花崗巖、粉砂等地層， 局部需要穿過(guò)微風(fēng)化花崗巖和中等風(fēng)化花崗巖，施工難度較大。為確保施工順利進(jìn)行，并保證施工安全，施工單位在綜合考慮各方面因素后，采取了盾構(gòu)法與礦山法相結(jié)合的施工方式。盾構(gòu)區(qū)間右線(xiàn)設(shè)計(jì)里程范圍為YDK13+304.7～YDK4+237.85，施工長(zhǎng)度為954.73 m，其中純盾構(gòu)法施工的長(zhǎng)度為710.29 m，復(fù)合施工段的長(zhǎng)度為244.44 m。

2 施工工藝及主要技術(shù)措施

在盾構(gòu)機(jī)到達(dá)硬巖地層前，采用礦山法開(kāi)挖硬巖地層并進(jìn)行必要的初期支護(hù)，同時(shí)在隧道底部施作弧形素混凝土導(dǎo)向平臺(tái)。盾構(gòu)機(jī)在導(dǎo)向平臺(tái)上空載推進(jìn)，拼裝管片通過(guò)，管片背后與礦山法隧道初期支護(hù)間的空隙采用吹豆礫石與注漿結(jié)合的方式填充密實(shí)，直至達(dá)到成型隧道的質(zhì)量要求。

2.1 盾構(gòu)機(jī)到達(dá)礦山法施工段前的工作

采用礦山法開(kāi)挖隧道并完成初期支護(hù)，同時(shí)處理完欠挖；事先在隧道中堆填豆礫石，需要根據(jù)隧道超挖及管片與初期支護(hù)之間的間隙情況計(jì)算確定豆礫石的堆填數(shù)量；盾構(gòu)空推所需要的相關(guān)施工設(shè)備，包括噴射機(jī)及相關(guān)管路、空壓機(jī)、處理欠挖的風(fēng)鎬等，均應(yīng)提前布置在礦山法隧道中；需要做好前期的施工勘察工作，認(rèn)真分析和研究施工環(huán)境及條件，制訂科學(xué)合理的施工技術(shù)方案，并做好技術(shù)交底和技術(shù)培訓(xùn)等準(zhǔn)備工作。

2.2 盾構(gòu)機(jī)到達(dá)礦山法施工段后的工作

首先，在礦山法豎井封閉之前，需要再次對(duì)接收洞門(mén)的位置進(jìn)行測(cè)量。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)至盾構(gòu)到達(dá)端頭50 m 范圍時(shí)，要準(zhǔn)確測(cè)量出盾構(gòu)機(jī)的位置，明確成洞隧道中心軸線(xiàn)與隧道設(shè)計(jì)中心軸線(xiàn)的關(guān)系，確定盾構(gòu)機(jī)貫通姿態(tài)并制訂掘進(jìn)糾偏計(jì)劃。在確定盾構(gòu)機(jī)貫通姿態(tài)時(shí)，需要注意以下兩點(diǎn):一是盾構(gòu)機(jī)貫通時(shí)中心軸線(xiàn)與隧道設(shè)計(jì)軸線(xiàn)的偏差； 二是盾構(gòu)機(jī)與接收洞門(mén)位置之間的偏差。 在綜合考慮這些因素的基礎(chǔ)上， 結(jié)合隧道設(shè)計(jì)中心軸線(xiàn)進(jìn)行合理的調(diào)整，逐步完成糾偏。 其次，在盾構(gòu)機(jī)到達(dá)距洞門(mén)墻50 m 的位置時(shí)，要選用合理的掘進(jìn)參數(shù)并降低掘進(jìn)速度； 建議將掘進(jìn)速度控制在20 mm/min 以下，并逐漸減小推力，緩慢切削洞口的土體,確保盾構(gòu)到達(dá)時(shí)端頭及接收洞門(mén)相對(duì)穩(wěn)定，避免接收端頭出現(xiàn)坍塌情況。 最后，在盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入到達(dá)段后，需要加強(qiáng)對(duì)地表沉降的監(jiān)測(cè)和控制力度， 應(yīng)及時(shí)反饋監(jiān)測(cè)信息并指導(dǎo)掘進(jìn)；在最后一環(huán)管片拼裝完成后，通過(guò)管片的二次注漿孔注入雙液漿， 并進(jìn)行封堵。 應(yīng)采取多次注漿的方式，每次注漿過(guò)程中，采取注漿壓力和注漿量雙控措施，同時(shí)觀察接收洞門(mén)是否漏漿；一旦漏漿，該次注漿即停止。 同時(shí)，利用盾構(gòu)機(jī)上的徑向注漿孔向地層中注入聚氨酯等材料，以進(jìn)一步封堵接收端頭。

2.3 盾構(gòu)接收上導(dǎo)臺(tái)

在盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)距離洞門(mén)掌子面0.5 m 時(shí)， 應(yīng)盡量清空土倉(cāng)中的渣土，以減小對(duì)接收洞門(mén)端墻的擠壓和人工清碴量。 在洞門(mén)破除之后， 由于會(huì)產(chǎn)生較多的碴土塊并掉至礦山法隧道接收端頭，此時(shí)應(yīng)停止盾構(gòu)刀盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)并暫停推進(jìn)，及時(shí)派人員輔助盾構(gòu)螺旋輸送機(jī)排除碴土塊，避免盾構(gòu)機(jī)上導(dǎo)臺(tái)時(shí)發(fā)生偏向。 待清理完碴土塊后，檢查導(dǎo)臺(tái)頭部預(yù)埋的鋼板是否存在異常情況；待檢查一切正常后，在維持盾構(gòu)刀盤(pán)不轉(zhuǎn)動(dòng)的工況下繼續(xù)推進(jìn)， 直到盾構(gòu)機(jī)在導(dǎo)臺(tái)上正常前進(jìn)。 另外，在盾構(gòu)貫通后所安裝的幾環(huán)管片，應(yīng)保證注漿飽滿(mǎn)密實(shí)，且要及時(shí)將螺栓擰緊，避免出現(xiàn)管片下沉、錯(cuò)臺(tái)和漏水等情況。

2.4 盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)

在盾構(gòu)機(jī)完全上導(dǎo)臺(tái)后，為了保證施工的安全性，需要及時(shí)對(duì)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行維護(hù)檢查，避免盾構(gòu)機(jī)滾動(dòng)或損壞導(dǎo)臺(tái)，確保盾構(gòu)機(jī)在導(dǎo)臺(tái)上順利推進(jìn)。 在盾構(gòu)推進(jìn)之前，要將盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)最外側(cè)的刀具都拆除；盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)，開(kāi)啟4 組主推千斤頂，并調(diào)整推進(jìn)千斤頂?shù)男谐滩?，確保能滿(mǎn)足盾構(gòu)機(jī)在曲線(xiàn)段掘進(jìn)的需要。 另外，在盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)，要重點(diǎn)關(guān)注盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)與礦山法隧道初期支護(hù)、成環(huán)管片與盾尾間的間隙，并保持良好的狀態(tài)；空推時(shí)盾構(gòu)機(jī)的總推力應(yīng)保 持 在 300～600 t， 注 漿壓 力 保 持在 0.10 ～0.25 MPa，刀盤(pán)扭矩則為0。

2.5 管片拼裝

盾構(gòu)初期在支護(hù)隧道內(nèi)拼裝管片的方法與正常情況基本一致，而考慮到盾構(gòu)初期在支護(hù)隧道內(nèi)不能進(jìn)行大幅的糾偏動(dòng)作，所以需要注意管片選型及封頂塊拼裝位置的確定。 當(dāng)盾尾單邊間隙縮小至30～35 mm 時(shí)，要進(jìn)行管片選型并調(diào)整封頂塊位置，如果推進(jìn)方向左或右側(cè)的盾尾間隙在35 mm 以?xún)?nèi)，需要根據(jù)前一環(huán)管片類(lèi)型及封頂塊位置選擇左或右轉(zhuǎn)楔型環(huán)管片，否則選擇標(biāo)準(zhǔn)環(huán)管片。 由于是在無(wú)正面土壓力的狀態(tài)下推進(jìn)，管片的壓密程度相對(duì)較低，為保證管片止水帶的壓密防水效果，必須對(duì)連接螺栓進(jìn)行加強(qiáng)緊固，并用高速氣動(dòng)扳手對(duì)連接件進(jìn)行復(fù)緊；尤其要做好支撐施加反力時(shí)的縱向螺栓（即環(huán)間連接螺栓）復(fù)緊工作[1]。

2.6 管片背后回填

由于在管片壁后注漿時(shí)盾構(gòu)機(jī)前方是敞開(kāi)的，管片注漿效果可能不理想，須對(duì)管片進(jìn)行補(bǔ)充注漿。每10 環(huán)管片，在管片吊裝孔開(kāi)口檢查注漿效果，若注漿效果不好，則進(jìn)行補(bǔ)充注漿。

2.7 盾構(gòu)機(jī)過(guò)聯(lián)絡(luò)通道處

在做好的聯(lián)絡(luò)通道段空推時(shí)，先用片石把做好的聯(lián)絡(luò)通道封閉起來(lái)，形成兩個(gè)獨(dú)立且平行的隧道，然后空推噴射豆礫石、拼裝管片通過(guò)，待通過(guò)后再做切割管片、聯(lián)絡(luò)通道口防水等工作。

3 施工中常見(jiàn)的問(wèn)題及控制對(duì)策

3.1 礦山法隧道斷面尺寸問(wèn)題

在礦山法隧道內(nèi)，其斷面尺寸可能會(huì)不符合盾構(gòu)空推的要求。 針對(duì)這一問(wèn)題，需要在完成隧道初期支護(hù)及盾構(gòu)導(dǎo)臺(tái)施工后，對(duì)隧道進(jìn)行一次斷面測(cè)量并生成測(cè)量結(jié)果， 為盾構(gòu)機(jī)正常通過(guò)提供依據(jù)。斷面測(cè)量時(shí)，每隔4.5 m 設(shè)置1 個(gè)測(cè)量斷面，每個(gè)斷面設(shè)10 個(gè)測(cè)量點(diǎn)。 另外，在隧道空推時(shí)，刀盤(pán)前應(yīng)派專(zhuān)人觀測(cè)、測(cè)量盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)與礦山法隧道初期支護(hù)之間的間隙， 若發(fā)現(xiàn)不滿(mǎn)足盾構(gòu)機(jī)通過(guò)要求，應(yīng)立即停機(jī)并處理欠挖部分，避免盾構(gòu)機(jī)被卡住。

3.2 防盾構(gòu)機(jī)扭轉(zhuǎn)及滾動(dòng)問(wèn)題

在盾構(gòu)機(jī)空推過(guò)礦山法隧道段時(shí)會(huì)遇到的另一個(gè)問(wèn)題就是盾構(gòu)機(jī)扭轉(zhuǎn)和滾動(dòng)問(wèn)題。 考慮到盾構(gòu)殼外部不具有防扭轉(zhuǎn)的條件，應(yīng)采取以下兩項(xiàng)應(yīng)對(duì)措施:

1）采用低推力、低扭矩、小貫入量的掘進(jìn)模式，開(kāi)動(dòng)盾構(gòu)機(jī)緩慢推進(jìn)；使土倉(cāng)裝滿(mǎn)土，再?gòu)耐羵}(cāng)隔板注入膨潤(rùn)土，建立土倉(cāng)壓力；再?gòu)亩荏w預(yù)留孔處注入低強(qiáng)度水泥+膨潤(rùn)土漿液，使盾殼與隧道初支間的空隙盡可能填滿(mǎn)，以增加盾構(gòu)殼體轉(zhuǎn)動(dòng)阻力，待漿液開(kāi)始初凝時(shí)再繼續(xù)掘進(jìn)。

2）選擇刀盤(pán)左右轉(zhuǎn)交替掘進(jìn)模式，減少自轉(zhuǎn)幅度，將盾構(gòu)機(jī)回轉(zhuǎn)角控制在最小范圍內(nèi)[2]。

3.3 管片上浮問(wèn)題

由于管片與隧道初期支護(hù)的間隙較大且不均勻，因此容易出現(xiàn)管片上浮的問(wèn)題。 面對(duì)這一問(wèn)題，需要確保盾構(gòu)空推時(shí)豆礫石噴射飽滿(mǎn)和同步注漿飽滿(mǎn)。 同時(shí)，空推時(shí)要增加測(cè)量頻率，應(yīng)每日對(duì)管片姿態(tài)進(jìn)行跟蹤測(cè)量， 及時(shí)反饋實(shí)測(cè)管片姿態(tài)數(shù)據(jù)，對(duì)管片姿態(tài)進(jìn)行分析，檢查是否有上浮現(xiàn)象以及上浮速度和上浮量，通過(guò)加強(qiáng)二次注漿等措施抑制管片上浮。

4 結(jié)語(yǔ)

文章結(jié)合具體的隧道施工案例，對(duì)礦山法隧道開(kāi)挖及初期支護(hù)、盾構(gòu)機(jī)空推導(dǎo)向平臺(tái)、盾構(gòu)機(jī)空推過(guò)礦山法隧道管片復(fù)合襯砌等的施工流程及主要技術(shù)措施進(jìn)行分析，并針對(duì)施工中常見(jiàn)的問(wèn)題提出相應(yīng)的控制措施。 在硬巖、孤石、破碎帶等不良地質(zhì)條件下采用盾構(gòu)法與礦山法相結(jié)合的施工方式，可以降低施工風(fēng)險(xiǎn)、提高施工效率；同時(shí)，通過(guò)加強(qiáng)盾構(gòu)機(jī)空推過(guò)礦山法隧道管片復(fù)合襯砌過(guò)程技術(shù)控制，確保成型隧道施工質(zhì)量。