盾構(gòu)空推拼裝管片過礦山法隧道施工工法

1、.盾構(gòu)空推拼裝管片過礦山法隧道施工工法 中鐵二十局集團(tuán)莞惠城際GZH-6標(biāo)項(xiàng)目經(jīng)理部 程義政 1 前沿 目前我國城市地鐵及城際軌道交通工程迅猛發(fā)展，城市地下隧道施工多采用盾構(gòu)法及暗挖法進(jìn)行施工，而盾構(gòu)法施工以其對(duì)地層適應(yīng)性強(qiáng)、安全性高、施工速度快等特點(diǎn)逐步取代傳統(tǒng)暗挖法。而城市內(nèi)地面環(huán)境復(fù)雜，建、構(gòu)筑物覆蓋率較高，且地質(zhì)條件復(fù)雜，洞身地質(zhì)以上軟下硬及硬巖地層居多，在建項(xiàng)目盾構(gòu)區(qū)間單向掘進(jìn)長(zhǎng)度普遍超過3km，而在長(zhǎng)距離掘進(jìn)導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)維修保養(yǎng)、不良地質(zhì)條件下?lián)Q刀耗費(fèi)時(shí)間、控制地面沉降進(jìn)行加固等因素影響下，長(zhǎng)大隧道貫通工期容易受到影響，在盾構(gòu)施工工作面局限性受制情況下，采取礦山法接應(yīng)、盾構(gòu)機(jī)空推的方

2、案措施優(yōu)化工期是獨(dú)特、科學(xué)、成熟的新型工法之一。如何做好盾構(gòu)機(jī)空推過礦山法隧道施工工法顯得尤為重要。 以莞惠城際軌道交通項(xiàng)目為例，莞惠線正線全長(zhǎng)99.841km，其中隧道總長(zhǎng)度為54.428km，占線路總長(zhǎng)度54.51%，隧道主要下穿東莞市市區(qū)及東莞市部分城鎮(zhèn)。該線路盾構(gòu)標(biāo)段中GZH-2標(biāo)左線區(qū)間3290m、右線區(qū)間3260m；GZH-3標(biāo)左線區(qū)間2563m、右線區(qū)間2475m（新增兩臺(tái)盾構(gòu)機(jī)后左右線均分別劃分為兩個(gè)區(qū)間）；GZH-6標(biāo)1#盾構(gòu)區(qū)間1453+1461m、2#盾構(gòu)區(qū)間2925m；GZH-6B標(biāo)盾構(gòu)區(qū)間2932m。由于上述盾構(gòu)標(biāo)段均下穿城市、鎮(zhèn)密集型居民廠房區(qū)，且地質(zhì)條件極為復(fù)雜，

3、嚴(yán)重影響盾構(gòu)掘進(jìn)進(jìn)度，與盾構(gòu)上場(chǎng)初期預(yù)估進(jìn)度指標(biāo)相差甚遠(yuǎn)，均采取不同措施優(yōu)化工期。在莞惠6標(biāo)段采取盾構(gòu)空推拼管片過礦山隧道試驗(yàn)性成功后，3、6B標(biāo)段相繼采取該方案進(jìn)行工期優(yōu)化。 視盾構(gòu)區(qū)間地質(zhì)條件，在盾構(gòu)機(jī)繼續(xù)向前掘進(jìn)的同時(shí)，從盾構(gòu)機(jī)吊出井處向盾構(gòu)機(jī)方向進(jìn)行礦山法開挖及初期支護(hù)，待盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)至盾構(gòu)及礦山法交接面后，再進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)空推拼裝管片通過已施工礦山法段，直至盾構(gòu)區(qū)間全部貫通。本文主要通過已實(shí)施的成功案例，總結(jié)相關(guān)施工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上形成本工法。 2 工法特點(diǎn) 2.1 目前在建項(xiàng)目長(zhǎng)大盾構(gòu)隧道施工時(shí)，容易出現(xiàn)工期緊張、盾構(gòu)機(jī)難以適 應(yīng)當(dāng)前地質(zhì)、盾構(gòu)機(jī)出現(xiàn)嚴(yán)重故障且地面無法增加吊出井或需施工導(dǎo)洞處

4、理刀盤前方孤石等情況，本工法可作為增加工作面的方案之一。 2.2 盾構(gòu)機(jī)在已施工礦山法段穩(wěn)定拼裝管片，不受地面及地質(zhì)條件影響，可有效大幅提高施工進(jìn)度的目的。 3 適用范圍 本工法尤其適用于地質(zhì)條件復(fù)雜需進(jìn)行工期優(yōu)化或接應(yīng)盾構(gòu)機(jī)的長(zhǎng)大盾構(gòu)隧道中，為確保安全，礦山法施工初支主要適用于洞身為堅(jiān)硬巖地質(zhì)的隧道中。 4 工藝原理 根據(jù)盾構(gòu)剩余段長(zhǎng)度分別劃分盾構(gòu)、礦山法施工長(zhǎng)度，盾構(gòu)機(jī)繼續(xù)向前掘進(jìn)的同時(shí)，從吊出井處向盾構(gòu)機(jī)方向進(jìn)行相向礦山法開挖，開挖斷面大于盾構(gòu)機(jī)刀盤,加強(qiáng)初期支護(hù)措施，根據(jù)任務(wù)劃分完成礦山法開挖后，封堵接頭端墻，礦山法段施工盾構(gòu)掘進(jìn)導(dǎo)臺(tái)。盾構(gòu)機(jī)到達(dá)端墻、步入導(dǎo)臺(tái)后，進(jìn)行空推拼裝管片過礦山

5、法隧道，同時(shí)進(jìn)行背后回填及注漿，直至盾構(gòu)機(jī)到達(dá)吊出井。 盾構(gòu)機(jī)開挖直徑8.83m，盾構(gòu)管片外徑8.5m，管片厚度400mm，礦山法開挖斷面9.78*9.54m，隧道初期支護(hù)參數(shù)如下表4-1： 表4-1 礦山法開挖初期支護(hù)參數(shù)表 5 施工工藝流程及操作要點(diǎn) 5.1工藝流程 盾構(gòu)空推拼管片過礦山法隧道施工工藝流程如圖5.1： 圖5.1 施工工藝流程圖 5.2操作要點(diǎn) 5.2.1 測(cè)量復(fù)核 礦山法開挖前及盾構(gòu)掘進(jìn)剩余50m時(shí)需反復(fù)進(jìn)行中線復(fù)核，確保盾構(gòu)順利貫通，減少盾構(gòu)隧道與礦山法隧道貫通誤差，減少盾構(gòu)機(jī)步入礦山法隧道時(shí)的糾偏量。 導(dǎo)臺(tái)起點(diǎn)從端頭墻開始,一直至吊出井內(nèi),在端頭墻位置做10的坡度以便于

6、盾構(gòu)機(jī)順利爬上導(dǎo)臺(tái)。因盾構(gòu)機(jī)中盾與尾盾之間是焊縫連接拆機(jī)時(shí)必須刨開焊縫，所以在吊出井內(nèi)的導(dǎo)臺(tái)需改變斷面形式（亦可使用接受架），中心段之間預(yù)留1m長(zhǎng)的缺口,使盾構(gòu)機(jī)中尾盾在缺口處順利刨開。同時(shí)在井內(nèi)導(dǎo)臺(tái)兩側(cè)1000mm 的操作臺(tái)上預(yù)埋400mm×200mm×20厚的鋼板以便于盾構(gòu)機(jī)拆除，如下圖： 在施工礦山法段時(shí)要特別控制好隧道的中線，導(dǎo)臺(tái)標(biāo)高、弧度和導(dǎo)臺(tái)的中心線，保證施工的精度。由于盾構(gòu)機(jī)刀盤外徑比盾體外徑大,在盾構(gòu)機(jī)從端頭墻端進(jìn)入導(dǎo)臺(tái)前,卸掉刀盤與導(dǎo)臺(tái)面接觸的邊緣滾刀及周邊刮刀,避免盾構(gòu)機(jī)在導(dǎo)臺(tái)上前進(jìn)時(shí)刀具將導(dǎo)臺(tái)混凝土刮起,破壞導(dǎo)臺(tái)。 5.2.4盾構(gòu)掘進(jìn) 在到達(dá)段(實(shí)推最

7、后15環(huán)) 盾構(gòu)掘進(jìn)采用敞開式模式進(jìn)行掘進(jìn)。其掘進(jìn)施工參數(shù)見表5-1。 在貫通前的最后3環(huán)，需要減小推力、降低推進(jìn)速度。其掘進(jìn)施工參數(shù)見表5-2。 管片注漿及防止?jié){液前竄，每環(huán)按照設(shè)計(jì)方量進(jìn)行同步注漿，同時(shí)提高管片抗浮能力，在掘進(jìn)拼裝完成倒數(shù)第三環(huán)后，停止掘進(jìn)，在倒數(shù)第10至倒數(shù)第6環(huán)進(jìn)行二次雙液注漿，確保連續(xù)5環(huán)全斷面注滿。為確保隧道貫通后的管片接縫防水要求，在到達(dá)礦山與盾構(gòu)分界里程后開始，安裝每一片管片時(shí)，首先人工對(duì)每片管片連接螺栓進(jìn)行初步緊固; 待安裝完一環(huán)后，用風(fēng)動(dòng)扳手對(duì)螺栓進(jìn)行進(jìn)一步的緊固; 待管片出盾尾之后，重新用風(fēng)動(dòng)扳手進(jìn)行緊固。 5.2.5盾構(gòu)空推段施工 當(dāng)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入導(dǎo)臺(tái)后，啟

8、動(dòng)盾構(gòu)機(jī)往前掘進(jìn)，然后開始進(jìn)行管片拼裝、管片背襯回填工作。 5.2.5.1空推段管片拼裝 盾構(gòu)機(jī)在導(dǎo)臺(tái)上前行，每前行1.6米安裝一環(huán)管片。再管片拼裝過程中要在 盾構(gòu)機(jī)前方提供反力，以確保管片安裝的質(zhì)量要求，增強(qiáng)管片的防水效果。反力由堆放在刀盤前方的砂土混合物堆提供，原設(shè)計(jì)采用噴射豆礫石，考慮到豆礫石透水性較強(qiáng)，盾構(gòu)機(jī)前方為空，抵制不住漿液流失，根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，采用一定級(jí)配的砂土進(jìn)行堆放，既有利于盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)時(shí)砂土兩邊散落，又可減少滲透性，進(jìn)而減少漿液流失。 考慮到初襯和管片外部的填充量為11m3/m，管片拼裝所需的反力為180T，所以在刀盤前方堆積的混合料高度為4m（約刀盤1/2高度），長(zhǎng)為45m

9、。（機(jī)制砂選用粒徑為3.74.5mm，堆積密度大于1350/m3）。盾構(gòu)機(jī)前方安排2-3人專人負(fù)責(zé)整理堆土至盾構(gòu)后。 管片拼裝工藝與正常掘進(jìn)時(shí)的工藝相同，管片要根據(jù)盾尾間隙與油缸行程差結(jié)合盾構(gòu)姿態(tài)選擇合適的管片。在管片安裝時(shí)，先人工將每片管片連接螺栓進(jìn)行初步緊固;待安裝完一環(huán)后，用風(fēng)動(dòng)扳手對(duì)螺栓進(jìn)行進(jìn)一步的緊固，待管片出盾尾之后，重新用風(fēng)動(dòng)扳手進(jìn)行緊固。在管片拼裝最后10環(huán)時(shí)，在隧道內(nèi)已拼裝好的兩側(cè)用18cm的槽鋼將相鄰的兩環(huán)管片連接在一起，防止盾構(gòu)機(jī)在前行時(shí)反力變小，管片止水膠圈壓不密實(shí)，出現(xiàn)滲漏等質(zhì)量問題。 盾構(gòu)掘進(jìn)模式采用空壓模式，掘進(jìn)推力控制在 800T以內(nèi)（經(jīng)驗(yàn)算在正常掘進(jìn)時(shí)盾體的摩

10、擦力與后配套牽引力之和大約為800T），盾構(gòu)掘進(jìn)過程中如果掌子面上有較大的水在涌入隧道，為防止管片上浮，待管片拖出盾尾后及時(shí)在頂部將管片進(jìn)行固定，管片固定采用從吊裝頭上安裝螺桿進(jìn)行固定，隔2環(huán)固定1環(huán)。 5.2.5.2管片背部回填與注漿 管片拼裝完成后，要及時(shí)進(jìn)行管片外徑與初襯間的回填工作，用噴射的砂土 混合物在管片脫離盾尾時(shí)進(jìn)行管片支撐，以防管片下沉產(chǎn)生錯(cuò)臺(tái)。管片背部回填是在刀盤前方，將500mm的導(dǎo)管從盾構(gòu)機(jī)盾殼外伸入到當(dāng)盾構(gòu)機(jī)中盾或者盾尾進(jìn)行，在回填時(shí)盾構(gòu)機(jī)停止前行，使用噴射機(jī)自刀盤前方向盾體后方吹人有一定級(jí)配的砂土混合料，同時(shí)安排34人用鐵鍬在前盾兩側(cè)進(jìn)行填充。盾構(gòu)每前行0.5m0.8

11、m時(shí)噴射一次，以確保管片背部充分密實(shí)。 在推進(jìn)的同時(shí)離盾尾35環(huán)后進(jìn)行同步雙液注漿。利用兩臺(tái)注漿系統(tǒng)同時(shí)在已成環(huán)管片兩側(cè)（通常指3、9點(diǎn)位置）進(jìn)行水泥漿-水玻璃注漿作業(yè)。水泥漿和水玻璃以41的比例混合同時(shí)進(jìn)入，所用雙液漿必須在現(xiàn)場(chǎng)做調(diào)配試驗(yàn)?zāi)虝r(shí)間為20s，以期達(dá)到快速凝固，使管片與初支緊密連接，以提高支護(hù)效果。由于管片回填注漿時(shí)盾構(gòu)機(jī)前方敞開，管片注漿效果可能不理想，必須對(duì)管片進(jìn)行補(bǔ)充注漿。在已拼裝成環(huán)管片10 15環(huán)的頂部間隔一環(huán)打開管片注漿孔進(jìn)行二次注漿，二次注漿漿液采用水泥砂漿，配合比：水泥：砂子：膨潤(rùn)土：粉煤灰：水為90:670:100:450:400，砂漿稠度控制在1011左右，為

12、了保證達(dá)到對(duì)環(huán)向空隙的有效填充，同時(shí)又能確保管片結(jié)構(gòu)不因注漿產(chǎn)生變形和損壞，注漿壓力取值為0.10.2MPa。 空推段掘進(jìn)完成的最后階段盾尾即將到達(dá)洞門2030cm時(shí)停止掘進(jìn)，對(duì)洞門與盾尾的間隙進(jìn)行濕噴封閉，然后用同步注漿設(shè)備進(jìn)行注漿，確保空推段所有管片背后全部填充飽滿，同時(shí)對(duì)所有管片螺栓進(jìn)行再次復(fù)緊。 5.2.6漿液配比 常規(guī)采用42.5普通硅酸鹽水泥漿水灰比為0.8:11:1（具體可根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況調(diào)整），漿液調(diào)配時(shí)增加5%15%的水玻璃，以減小注漿后的收縮性，避免二次沉降。攪拌35分鐘，即可放漿，先采用水泥稀漿開灌，隨著壓漿的進(jìn) 行，漿液逐漸加濃。 6 人員與設(shè)備 6.1本工法每班作

13、業(yè)人員配備表如下表6.1： 表6.1 人員分工表 6.2本工法每班主要增加機(jī)械設(shè)備配備表如下表6.2： 表6.2 主要增加機(jī)械設(shè)備配備表 7質(zhì)量控制 7.1管片與隧道初支間空隙較大且不均勻，易導(dǎo)致管片上浮。 在盾構(gòu)機(jī)過空推段為了防止管片上浮每隔2環(huán)采用特制支撐螺桿（如圖4所示）對(duì)管片注漿孔進(jìn)行支撐加固，加固注漿孔位置的選擇為成環(huán)管片3點(diǎn)、9點(diǎn)鐘以上的位置。 加強(qiáng)管片姿態(tài)監(jiān)控，測(cè)量班每6環(huán)對(duì)管片進(jìn)行一次姿態(tài)測(cè)量，如發(fā)現(xiàn)管片有上浮和下沉趨勢(shì)應(yīng)及時(shí)調(diào)整施工參數(shù)，盾構(gòu)注漿手也應(yīng)根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)適當(dāng)調(diào)整注漿量。 為防止管片在盾構(gòu)掘進(jìn)后產(chǎn)生上浮，在施工過程中，管片背襯注漿只從管片大跨上部進(jìn)行壓注，注漿壓力不大

14、于2bar，并保證管片兩側(cè)同步注漿，避免因注漿而對(duì)管片產(chǎn)生偏壓，造成管片移位。 如發(fā)現(xiàn)管片在后續(xù)過程中受水壓上浮，及時(shí)對(duì)管片下部注漿口開孔放水，同時(shí)在管片肩部以上進(jìn)行注雙液漿。 做好管片背后的排水和注漿。 7.2盾構(gòu)前方敞開，易導(dǎo)致漿液在前方流失。 盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)提高背襯同步雙液注漿，同時(shí)通過試驗(yàn)調(diào)整配合比，確保初凝時(shí)間在20s以內(nèi)，保證管片下部有足夠的抗力。在必要時(shí)，縮短回填注漿工作面與管片安裝工作面的距離，甚至在盾尾外側(cè)直接進(jìn)行回填注漿?？胀贫蔚亩烟盍蠝p少透水性，不能遇水膨脹，采用成分良好有一定級(jí)配的砂土混合物。 7.3盾構(gòu)姿態(tài)控制，防止管片受力不均，易導(dǎo)致管片破損。 盾構(gòu)姿態(tài)糾偏應(yīng)緩慢進(jìn)行，

15、以每環(huán)不超過10mm的糾偏量為宜。同時(shí)確保45mm 以上的盾尾間隙以防止盾殼作用力于管片。在盾構(gòu)機(jī)過空推段往往由于反力不夠容易造成管片螺栓不能完全復(fù)緊，在拼完每環(huán)管片后應(yīng)及時(shí)對(duì)后面3環(huán)管片螺栓進(jìn)行復(fù)緊，在每次交班前對(duì)所有以拼裝管片復(fù)緊，空推結(jié)束后對(duì)所有管片螺栓復(fù)緊。 調(diào)整好盾構(gòu)機(jī)從實(shí)推段到空推段進(jìn)洞姿態(tài)，確保盾構(gòu)機(jī)進(jìn)出洞時(shí)的旋轉(zhuǎn)值Roll±3mm/m。導(dǎo)臺(tái)的施工精度在±10mm以內(nèi)?？胀七^程中，控制盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)水平和垂直偏差都在±50mm，管片拼裝后加強(qiáng)管片姿態(tài)監(jiān)測(cè)頻率。要控制好推力，掘進(jìn)速度不能過快，要控制好盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)，要嚴(yán)密監(jiān)測(cè)管片姿態(tài)，防止管片大面積錯(cuò)臺(tái)、上浮

16、或下沉。 7.4空推止水措施 盾構(gòu)即將到達(dá)端頭墻時(shí)防止將端頭墻推塌; 盾尾進(jìn)入導(dǎo)臺(tái)35環(huán)后要對(duì)到達(dá)端頭進(jìn)行全斷面止水注漿，防止地下水大量涌入空推段造成施工不必要的麻煩。 7.5盾構(gòu)前進(jìn)反力不足，易導(dǎo)致管片接縫滲漏 因盾構(gòu)機(jī)前方堆土與正常掘進(jìn)不同，盾構(gòu)前進(jìn)所受阻力所提供的反力遠(yuǎn)小于管片止水膠條所需的擠壓力。從而易產(chǎn)生因反力不足而導(dǎo)致管片止水膠條擠壓不實(shí)，影響管片止水條的防水性能造成管片接縫滲漏。為防止出現(xiàn)該現(xiàn)象，初應(yīng)做好前方堆土外，應(yīng)反復(fù)檢查管片螺栓松緊程度，及時(shí)進(jìn)行螺栓復(fù)緊，隨即立即進(jìn)行雙液漿固定管片，使用槽鋼焊接在拼裝螺栓上，減少脫離盾尾后松動(dòng)。 8 安全控制 8.1礦山法施工嚴(yán)格按專項(xiàng)方案

17、進(jìn)行安全管理，開工前對(duì)專業(yè)班組進(jìn)行安全教育及安全技術(shù)交底。 8.2嚴(yán)格進(jìn)行專人火工品使用領(lǐng)、用、退管理，堅(jiān)決杜絕火工品現(xiàn)場(chǎng)過夜。 8.3盾構(gòu)機(jī)到達(dá)與礦山法隧道交接面時(shí)，專人在前方進(jìn)行安全監(jiān)督，盾構(gòu)貫通端頭墻推倒前，所有作業(yè)人員不得在盾構(gòu)機(jī)前逗留。 8.4盾構(gòu)空推時(shí)，專人進(jìn)行噴射砂土作業(yè)，必須配制安全帽、防護(hù)眼鏡、口罩和手套等勞保用品，控制噴射壓力，防止在前方渣土上滑倒。 8.5隨時(shí)做好管片螺栓松緊檢查及復(fù)緊，及時(shí)做好背后回填注漿，防止管片松動(dòng)掉落傷人。 8.6漿液凝固后，打開注漿閥門，如有水溢出，盡管很微小，也需要重新掃孔再注漿。 8.7做好盾構(gòu)接收安全技術(shù)交底，專業(yè)人員進(jìn)行接收分項(xiàng)作業(yè)。 9

18、 環(huán)保措施 9.1砂土至吊出井井口下放是使用串通或渣斗下放，井底采用挖機(jī)倒運(yùn)至刀盤前。 9.2噴射砂土?xí)r注重環(huán)境衛(wèi)生，井口采用灑水防塵。 9.3當(dāng)出現(xiàn)漿液流失時(shí)，及時(shí)安排人員進(jìn)行清理，防止?jié){液流入凝固在隧道內(nèi)。 9.4儲(chǔ)備應(yīng)急物資，及時(shí)將污水等排放至污水溝內(nèi)。 9.5空推完成后，清理井口砂土并調(diào)運(yùn)至渣土堆放區(qū)內(nèi)。 10 效益分析 10.1工效方面：在原盾構(gòu)正常掘進(jìn)基礎(chǔ)上，增加40m/月礦山法開挖作業(yè)面，同時(shí)盾構(gòu)空推段可確保6-8環(huán)/日持續(xù)拼裝的施工進(jìn)度，較盾構(gòu)在硬巖段單向掘進(jìn)月進(jìn)尺，大幅提高施工工效，從而確保隧道提前貫通。 10.2質(zhì)量方面：礦山法施工可嚴(yán)格按施工圖進(jìn)行施工，可有效控制初期支護(hù)施工質(zhì)量。盾構(gòu)空推時(shí)管片拼裝與正常掘進(jìn)無異，及時(shí)做好背后回填及注漿，防止管片上浮、錯(cuò)臺(tái)、破損，同時(shí)可采取槽鋼連接加強(qiáng)措施，可保證管片拼裝質(zhì)量。 10.3適宜性方面：長(zhǎng)達(dá)盾構(gòu)隧道內(nèi)需優(yōu)化工期、接應(yīng)盾構(gòu)機(jī)、盾構(gòu)機(jī)被困或施工導(dǎo)洞處理孤石時(shí)均