复杂地层中盾构空推过矿山法隧道的施工风险及质量控制措施

陈文

（中国铁建十一局集团城市轨道工程有限公司　武汉　430000）

1　引言

我国城市地铁隧道通常采用盾构施工。但是在广州、东莞等地常遇见全断面硬岩、孤石群或长距离上软下硬的地层，存在掘进速度慢、刀具磨损多、安全风险大等问题，为解决这一难题，现普遍采用“矿山法开挖+盾构法衬砌”的工法，即盾构空推过矿山法隧道法。

2　工法原理

盾构空推法的原理是地层复杂段的盾构区间隧道硬岩段采用矿山法开挖成型初支，再利用盾构机空推，拼装管片通过。具体做法是首先在复杂段的盾构区间隧道采用矿山法开挖施做初期支护，然后在初支仰拱上施做钢筋混凝土弧形导台，最后盾构机沿着导台空推拼装管片通过隧道并喷射豆砾石填充盾构管片与初支衬砌之间空隙的施工方法。

3　施工风险

3.1　矿山法隧道欠挖，盾构空推时卡住刀盘的风险

矿山法隧道采用了爆破法开挖，爆破施工时，容易产生欠挖情况，盾构机通过时容易发生刀盘卡壳现象。

3.2　盾构机上导台前姿态偏差过大，挤压破坏矿山法隧道初支结构的风险

盾构在进入矿山法隧道空推段之前，需要穿越一段上软下硬地层。在基岩强度超过100MPa的上软下硬岩层中掘进，由于隧道范围内上下部分地层强度差异性极大，导致盾构机在该地层中容易发生姿势上抬现象，影响盾构施工姿态的控制，容易造成隧道轴线严重偏移，一旦盾构机姿态偏差过大，必然导致盾构机刀盘挤压破坏矿山法隧道初支结构，引起结构破坏和后续空推施工无法掌控盾构机姿态的风险。

3.3　盾构前进反力不足，易导致管片接缝渗漏

因盾构机前方没有土体，在无正面土压力的状态下推进，盾构前进的阻力所提供的反力远小于管片止水胶条所需的挤压力。从而易产生因反力不足而导致管片止水胶条挤压不实，影响管片止水条的防水性能造成管片接缝渗漏。

3.4　豆砾石填充不密实、管片上浮的风险

管片与隧道初支间空隙较大且不均匀，注浆时操作难度大，而且填充效果差，从而导致顶部回填注浆难以密实，极易发生管片上浮和侧移，直接造成管片错台或崩角，严重时会侵入建筑限界。

3.5　盾体发生扭转及抬头的风险

由于盾构壳体外部不具备设防自转裝置条件，且盾构机与矿山法隧道初支之间存在一定的空隙，在盾构空推过程中，存在盾体扭转及抬头的风险。

4　关键控制措施

4.1　矿山法隧道的欠挖处理

矿山法隧道采用了爆破法开挖，为保证隧道断面的尺寸，在初支施作后，应对断面进行复测，每隔4.5m进行一个断面测量，每个断面测量10个点，对于测量发现的欠方部位，采用人工凿除的方法进行处理，确保隧道初支净空满足设计要求。

4.2　盾构上导台前的控制措施

在盾构机距离端头墙150～200m时，对盾构隧道和矿山法隧道内所有测量控制点进行一次整体的、系统的复测和联测，对所有控制点的坐标进行精密、准确的平差计算。在盾构机距离端头墙100m、50m时，分别人工复测盾构姿态，及时纠正偏差，确保盾构顺利进入接收段。在盾构机距离端头墙50m时，根据盾构机的贯通姿态及掘进纠偏计划进行推进，选择合理的掘进参数，纠偏要逐步完成，距离端头墙前25m时，逐渐放慢掘进速度，推力逐渐降低，缓慢均匀地切削洞口土体，以确保到达端头墙的稳定性和防止地层坍塌现象。

4.3　盾构空推掘进及管片拼装的控制措施

可通过加设支撑结构，为盾构机空推提供反力，盾构机每掘进一环，都从刀盘开口伸出4个支撑顶在隧道初支上提供的反力，使盾构机推进千斤顶总推力达到300～500T。管片压紧拧紧螺栓，收回支撑臂，然后恢复盾构继续推进。为保证管片止水带的压密防水效果，管片安装完后及时整圆并做好管片螺栓的三次复紧工作：管片拼装成环时，其连接螺栓先逐片初次拧紧，脱出盾尾后再次拧紧。当后续盾构掘进至每环管片拼装之前，对相邻已成环的3环范围内管片螺栓进行全面检查并复紧。尤其加强支撑施加反力时的纵向螺栓复紧工作。

4.4　盾构管片背后填充的控制措施

豆砾石必须在盾构始发进洞前储运完成。豆砾石粒径为5～10mm，数量可根据矿山法初支隧道与成型盾构管片背后的间隙计算而得，根据实际情况适当增加，豆砾石的堆放应从矿山法隧道掌子面向始发洞口方向均匀堆放。管片脱出盾尾后，盾壳与管片之间约有13cm的间隙，首先通过底部管片吊装孔作为注浆孔注入少量双液浆，以防管片下沉产生错台。然后采用2台喷射机从盾构机刀盘上方1点和11点位置交替喷射，喷射时枪头置于盾体上，超挖过大可以适当增长喷射时间，如此反复至间隙填充饱满。每隔10m在盾构机的切口四周用袋装砂围成一个围堰，围堰高度不小于4m，以防注入管片背后的豆砾石前窜。

4.5　防止盾构机扭转及抬头的措施

盾构壳体外部不具备设防自转裝置条件，为了防止盾构空推过程发生扭转及抬头现象，具体措施为：在喷射豆砾石过程中，要及时清理刀盘下面残留豆砾石，始终保持刀盘前方2m范围内导台表面清理干净，防止豆砾石下穿盾体引起盾构机抬头。在盾构机通过矿山法隧道期间，严禁转动刀盘，防止盾体扭转。从盾体预留孔处注入低强度水泥浆液，使盾壳与隧道初支间空隙尽可能填满，以增加盾构壳体转动阻力，待水泥浆开始初凝时再继续掘进。每拼装完一环管片，在尾盾盾体与管片侧面接口处用签字笔画一条线，通过观察这条线的对接情况来判断盾体是否扭转及扭转的大小，发现盾体扭转时应立即停止向前掘进，及时查找原因并采取纠正措施。

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