盾构过矿山法暗挖段空推施工技术要点

盾构过矿山法暗挖段空推施工技术要点

摘要：通过工程实例，从工程技术方面详述XXXX一期工程202标段东纬路至春光街区间盾构空推过暗挖法隧道施工技术，明确了该施工方法的适用范围，详细总结了该工法的原理、主要施工工艺及现场质量控制要点，对今后类似条件下的盾构空推过暗挖法隧道施工有很好的参考作用。

关键词: 地铁，盾构，空推，过暗挖段，施工工法

1 适用范围

本施工工法适用于直径土压平衡盾构机空推通过暗挖法隧道施工。

2 工程概述

XXXX202标段东纬路至春光街区间刘家桥老盾构井至新盾构井区间盾构全长412米，其中盾构施工正线337米，75米为已经暗挖施工完成区间，需盾构空推管片通过。

图1 盾构空推方向示意图

3 工法原理

首先对硬岩段和极硬岩段采用矿山法开挖，进行初期支护;然后对盾构与暗挖段分界端头墙进行处理，同时在已进行初期支护的暗挖段施工混凝土导台，后对暗挖段回填豆砾石。在空推掘进过程中，由刀盘前方回填的碎石为盾构

机提供反力，保证管片拼装质量; 同时采用盾构机同步注浆系统对管片背后空隙进行充填，并采用管片固定螺栓对已拼装好的管片加固。在空推拼装管片通过后，对空推段进行二次补充注浆固结整环管片，确保施工质量。

4 总体施工方案及施工工艺流程

暗挖盾构空推段总体施工流程为: 暗挖段开挖初支施工→端头墙加固施工→隧道内碴土清理→导台施工→盾构机到达掘进→盾构机检查维修及拆盾构机周边刮刀→盾构机步进上导台( 4～5m) →隧道堆填豆砾石→盾构机步进、拼装管片空推开始→横通道封堵→盾构机步进、拼装管片通过空推段到达竖井→盾构完成空推段掘进

4 工序施工方法

准备工作

背后注浆

由于该暗挖段爆破施工后立设钢筋格栅支护，拱架背后存在着大量的空洞，为避免造成盾构机空推通过造成初支损坏和后期管片压实后，

不密贴和仰拱突然沉降，

寸见图2所示

暗挖段超欠挖检查

由于矿山法隧道采用爆破施工，隧道断面存在大量的超挖或欠挖现象，一旦

盾构机到达距离端头墙3m位置时，盾构停机，前在矿山法隧道端头掌子面进行钻孔处理，以便盾构机进入矿山法隧道时，洞口形成的断面为光面，不至于参差不平影响盾构掘进进入暗挖段，和避免撕裂暗挖段初支。

具体钻孔方法为沿隧道内径6400钻孔，钻孔深度300mm，环向间距500，钻孔孔径25mm。

图3、导台断面图

导台测量及断面超欠挖测量

矿山法隧道导台厚度150mm，采用钢筋混凝土现浇，导台弦长3150mm，导台详见图2.

导台是盾构机通过硬岩隧道时的下部支撑，其施工精度直接决定着盾构机的姿态。导台施工模板定位后必须进行测量复核，混凝土浇注后应进行标高的复测，确保导向平台的标高施工精度在0~+15mm以内。

导台施工完成后，由测量班对导台进行线路联系测量，包括水平及竖直方向，误差超过设计规范要求的，需重新施作。见图3所示

豆粒石备料

盾构机矿山法隧道空推掘进时，由于盾构机前方阻力很小，需对盾体及管片周围喷射豆粒石，以便增大摩擦阻力，增加推力，挤紧管片止水胶条。

豆粒石选择直径5~10mm，具体性能指标见表1。

表1 豆粒石性能指标

检验项目检验结果品质指标表观密度/（kg/m3） 2600

堆积密度/（kg/ m3） 1320

紧密密度/（kg/ m3） 1500

含泥量/％≤

泥块含量/％≤

针片状物含量/％ 11 ≤25

10mm筛孔累计筛余/％ 12 0~15

5mm筛孔累计筛余/％ 95 80~100

筛孔累计筛余/％ 99 95~100

注：豆粒石为花岗岩，粒径为5~10mm

豆粒石在盾构机进入矿山法隧道前需提前备料。具体备料方量为需填充空隙的60％~70％。

豆粒石从矿山法隧道竖井用溜槽下放到井下，井下采用2m3翻斗车进行水平运输，均匀铺到导台两侧。

本工程豆砾石堆填量控制在300立方米，并始终保持盾构机前方堆填豆砾石的总量在300以上，防止因反力不足产生盾构姿态偏差。

5. 进矿山法隧道前的盾构掘进机姿态控制

盾构机进入空推段前的25m作为盾构机到达段，根据本工程的地质条件已经

采用敞开模式掘进。盾构机进入到达段时，逐步减小推力、降低推进速度，并加强出土量的监控频次。刀盘转速为～／min，盾构机推进总推力小于800t，推进速度不大于25mm/min。

盾构机进入硬岩隧道前的最后3环采掘进速度控制在15mm/min以内，总推力减少为600t以内，采用小推力、低速度进入矿山法隧道。

在盾构机进入硬岩隧道前的150～200m，对盾构开挖隧道和硬岩隧道洞内所有测量控制点进行一次整体的、系统的复测和联测，对所有控制点的座标进行精密、准确的平差计算。在盾构机到达硬岩隧道前的100m、50m时应分别人工复测盾构机姿态，及时纠正偏差，确保盾构机顺利进入接收段。

盾构机在到达段掘进过程中，应派专人负责观察硬岩隧道段的岩面变化情况。发现围岩或硬岩隧道初期支护混凝土有较大震动或变形时，应立即通知盾构主司机调整掘进参数，防止推进力过大而造成刀盘前部围岩的大面积坍塌。

6.矿山法隧道内空推

盾构机步进

盾构机步进前拆除刀盘底部边刮刀，防止底部边刮刀与导台过度摩擦，破坏导台、磨损刀具并影响隧道中心线精度。盾构始发阶段以低速度，小推力缓慢伸出油缸，前盾与导台稳定接触后开始步进。

根据刀盘与导向平台之间的关系，调整各组推进油缸的行程，使盾构姿态沿设计线路方向推进。前期施工时推进速度一般控制在15～40㎜∕min之间，工艺熟练后推进速度可达到60～85㎜∕min。下部油缸压力略大于上部油缸压力。盾构推进时，派专人在盾构机前方检查、监测盾构机推进情况，主要检查硬岩隧道的开挖是否有侵入盾构刀盘轮廓的岩石存在、盾构前体下部与导台的结合情况等。盾构推进时，刀盘前方的监测人员与盾构主司机要紧密配合，使盾构机沿导台的中心进行前移，保证盾构前移时管片受力均匀。

盾构机向前步进时，混凝土导台必须清理干净，以便盾构机能在导台上安全顺利步进。

管片拼装

管片每安装一片，先人工初步紧固连接螺栓；安装完一环后，用电动扳手对所有管片螺栓进行紧固；管片出盾尾后，重新用扳手人工进行紧固。

盾构过矿山法段时的管片拼装采取错缝拼装形式，管片拼装工艺与正常掘进时的工艺相同。管片选型时要根据盾尾间隙与油缸行程结合盾构机姿态选择合适的管片。

盾构机在导台上步进，每步进 m 安装一环管片。在步进过程中要在盾构机前方提供反力，以确保管片安装质量要求，增强管片防水效果。

经计算，反力以300T为宜（隧道为下坡时可适当增大），由放置在刀盘前的豆砾石堆填提供。根据类似工程的施工经验，应该说可以满足管片防水的要求，不会出现因止水条挤压不紧而造成的管片漏水的现象发生。为更好地加强管片防水，本工程在管片上选用遇水膨胀橡胶止水条。

豆粒石填充

管片拼装完成后，要及时进行管片外围与地层间的背衬回填工作，用喷射的豆砾石在管片脱离盾尾时进行管片支撑，以防管片下沉产生错台。

管片背衬回填是在刀盘前方，将50导管从盾构机盾壳外入到盾构中体或者后体进行，在回填时盾构机停止步进。回填时，用砼喷射机自刀盘前方向盾构后方吹入粒径5～10mm的豆砾石骨料；每步进 m即一环再一次用砼喷射机向管片背后吹入豆砾石，以确保管片背后充分密实。回填数量基本达到理论数量后，打开管片顶部的注浆孔观察，直到注浆孔内充满豆砾石。由于隧道开挖的不规整，每环豆砾石用量不完全相等。

为防止注浆液、豆砾石从刀盘前方流出，每隔 m，在盾构机的切口四周用袋装砂石料围成一个围堰，围堰高度不小于3m。

在盾尾位置进行背衬回填时，回填材料不要太干，以防豆砾石回填时的灰尘对盾构机造成损坏。

回填注浆

在完成管片背衬豆砾石回填之后，为使衬砌管片与地层间紧密接触，提高支护效果，应进行回填注浆。

（1）回填注浆基本与盾构推进同时进行，通过盾构机自身的注浆系统，在盾构向前推进时，采用双泵四管路多点对称回填注浆，注浆孔位基本为大跨以上的管片。采用注浆压力和注浆量双指标控制标准，即当注浆压力达到设定值、注浆量达到豆砾石理论空隙率的80%以上时，即可认为达到了质量要求。

（2）回填注浆可以采用水泥净浆、水泥砂浆，或加入水玻璃组成的双液浆。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，注浆压力取值为～。

（3）由于管片回填注浆时，盾构机前方是敞开的，管片注浆效果可能不理想，必须对管片进行补充注浆。管片安装10环后，间隔6M打开管片吊装孔，检查注浆效果，根据检查结果，若注浆效果不好，则进行补充注浆。补充注浆采用水泥浆，通过普通注浆机，采用人工操作方式进行即可，注浆结束标准：采用注浆压力单指标控制标准，即当注浆压力达到设定值时，即可认为达到了质量要求。

图4、同步注浆示意图

7.盾构空推质量控制措施

防止管片上浮和下沉措施

（1）在盾构机过空推段每隔2环对管片注浆孔进行支撑加固，加固注浆孔位置的选择为成环管片3点，9点钟以上的位置。

（2）加强管片姿态监控，测量组每3环对管片进行一次姿态测量，如发现管片有上浮和下沉趋势应及时调整施工参数，盾构操作手也应根据测量数据适当调整注浆量。

（3）为防止管片在盾构步进后产生上浮，在施工过程中，管片背衬注浆只从管片大跨上部进行压注，注浆压力不大于 1 bar，尽量从管片的大跨以上进行注浆，并保证管片两侧同步注浆，避免因注浆而对管片产生偏压，造成管片移位。

（4）如发现管片在后续过程中由于水压上浮，应及时对管片下部注浆口开

孔放水。

防止管片错台措施

盾构步进时提高背衬同步注浆，同时通过试验调整配合比，确保初凝时间在6 h 以内，保证管片下部有足够的抗力。在必要时，缩短回填注浆工作面与管片安装工作面的距离，甚至在盾尾外侧直接进行回填注浆。

加强对盾构姿态的控制，纠偏不能过急，以每环不超过 10 mm的纠偏量为宜。同时确保60 mm 以上的盾尾间隙以防止盾壳作用力于管片。

在盾构机过空推段往往由于反力不够容易造成管片螺栓不能完全复紧，在拼完每环管片后应及时对后面 3 环管片螺栓进行复紧，在每次交班前对所有以拼装管片复紧，空推结束后对所有管片螺栓复紧。

盾构机姿态控制措施

(1) 调整好盾构机从实推段到空推段进洞姿态和空推段到实推段时的出洞姿态，确保盾构机进出洞时的旋转值 Roll ＜±3 mm/m。

(2) 导台的施工精度在± 10 mm 以内。

(3) 空推过程中，控制盾构机姿态水平和垂直偏差都在± 50 mm，管片拼装后加强管片姿态监测频率。

8 施工经验总结

（1) 暗挖空推段初期支护施工时要预留足够的变形量，要勤进行导线测量和断面测量，初期支护不能侵限。

(2) 到达端头施工时要做好止水施工，防止盾构到达时将初支推塌; 盾尾进入导台 3 环～5 环后要对到达端头进行全断面止水注浆，防止地下水大量涌入空推段造成管片上浮。

(3) 空推段的豆砾石材料质量要控制好，要具有高透水性，豆砾石不能遇水膨胀。

(4) 要控制好推力，掘进速度不能过快，要控制好盾构机姿态，要严密监测管片姿态，防止管片大面积错台、上浮或下沉。

(5) 做好管片背后的排水和注浆。