盾构机穿越人防工程与矿山法隧道技术运用

刘焕磊

（中铁十九局集团轨道交通工程有限公司，北京 100026）

0 引言

在城市轨道交通工程中，盾构法不会对地面交通产生影响，同时易于管理，在一定覆土范围之内，隧道施工费用受覆土量影响较小，适合建设覆土深度比较深的隧道。通过运用盾构机穿越人防工程空推过矿山法隧道技术，能够显著提升土方和衬砌安全，掘进速度比较快。基于此，重点分析盾构机穿越人防工程空推过矿山法施工要点。

1 施工原理分析

盾构空推法，指在地层比较复杂的盾构区间隧道段，运用矿山法开挖，形成良好的预支护，然后运用盾构机进行空推，管片拼装通过[1]。具体的施工原理是施工人员在复杂盾构区段隧道，利用矿山法进行开挖，形成稳定的初期支护后，在初期支护的仰拱上部进行钢筋混凝土弧形导台的施工，盾构机顺着导台空推进行管片拼装，顺利通过隧道同时喷射豆砾石，将拼装管片与初期支护衬砌间的空隙有效填充。

2 案例概况

以某城市轨道交通工程为例，某城市地铁三号线中的一个标段施工环节，穿越区间上部道路比较窄，建筑物数量多，隧道埋深较大，结构覆土厚度9.68～13.02 m。盾构机施工过程中，遇到地下障碍物，经过调查得知盾构机刀盘前方大约16 m 范围内，分布有较多的混凝土块体和直径18 mm 的钢筋，混凝土抗压强度达到45 MPa，经过综合判断与分析后，该不明障碍物属于废弃人防工程。该既有人防工程埋深为19 m，分布范围较广，由于停机位置周围地下管线分布复杂，无法采取地面处理措施，故施工单位决定采用盾构机穿越人防工程空推过矿山法隧道技术。

3 施工要点

3.1 施工准备内容

受废弃人防工程的影响，该段地铁区间的右线决定采取矿山法开挖，以将障碍物清理。在矿山法施工期间，施工单位需要在小里程端的端头设置操作平台，采取环形开挖预留核心土方法施工，钢筋网喷射混凝土，加强支护。出渣与运料均采取水平运输+垂直运输方式：洞内所开挖的渣土采取人工装车方式，运送到端头井中存放，然后使用小型挖机将渣土运送到渣土车当中，利用专业的运输轨道，使用电瓶车将渣土吊出口，采用龙门吊将渣土卸到渣土池当中[2]。

开挖到人防混凝土后，施工人员采取破碎锤与风镐结合施工方法，将人防工程混凝土凿除，针对没有进入到盾构隧道内部的部分，初期支护的型钢格栅架设完毕弧，及时喷射混凝土，然后进行回填施工[3]。在左线人防工程混凝土施工时，施工人员可利用右线与人防洞为作业通道，将人防洞内部的杂物全部清理，顺着盾构隧道的轮廓线，使用水钻将人防工程混凝土彻底切断。对进入到盾构隧道影响区间的人防工程混凝土，可以采取静态爆破方法进行施工，将人防工程混凝土进行破碎处理，然后利用砂土回填，将人防洞到右线的通道口封闭，盾构机方可顺利掘进。

在破除人防工程的过程中，由于混凝土强度比较高，破除难度增大，为了避免对地面交通产生较大干扰，施工人员采取破碎锤破除方法进行施工。在小型挖机中安装振动锤，开挖过程中遇到混凝土结构，使用破碎锤砸出缺口，观察人防洞门结构是否发生异常现象。在进入到废弃的人防工程之前，使用人员采用气体检测仪检查有害气体，确认无有害气体后，才能够进入到人防工程洞内[4]。人防工程破除遵守“自上而下”施工原则，破除完毕后，在隧道开挖轮廓线外部，施工红砖砌墙，对人防工程进行封堵处理；封堵处理结束后，安装型钢格栅与钢筋网，同时喷射混凝土，加强初期支护。

3.2 妥善处理暗挖空推段

矿山法隧道开挖结束后，施工人员将玻璃纤维格栅水平、均衡地放在端头墙部位；两种格栅搭接过程中，可以使用12#铅丝绑扎施工，绑扎结束后，喷射混凝土。在端头部位，需要密排三品格栅。端头墙位置施工完毕后，还要根据施工方案要求，进行洞门预埋件的施工，确保洞门预埋件位置精确、尺寸合理。

3.3 导台施工要点

在该地铁工程施工中，盾构刀盘直径6.28 m，盾体直径6.25 m，矿山法初期支护施工期间，衬砌断面支护内径分别是6.5 m、6.6 m。因此，为了进一步提升盾构施工的安全性，提高施工速度，在矿山法开挖段施工之前，施工人员设置钢筋混凝土导台，确保盾构机能够有序推进，强化其防水效果。在矿山法开挖期间，初期支护设置完毕后，施工人员需进行钢筋混凝土导台的设置，保证钢筋混凝土导台和隧道中心线保持重合[5]。

3.4 盾构空推施工要点

钢筋混凝土导台强度达标后，要立即回填，保证回填质量满足规定要求，然后进行盾构的推进施工。盾构机到达端头墙位置后，此部位玻璃纤维已经被推断，端头墙被破除后，立即停止推进。为了更好地提升端头墙位置砂袋的安全性，禁止盾构机推动砂袋[6]。

盾构空推过矿山法隧道施工过程中，其管片的拼装采用错缝拼装方法，管片拼装和掘进同时进行。在选择管片的过程中，要结合盾尾间隙和推进油缸的实际行程，科学确定管片的拼装点位。

管片安装结束后，及时进行管片螺栓复紧作业。管片拼装成环的过程中，要将螺栓片依次拧紧，待管片完全脱出盾尾后，进而二次拧紧；后续盾构掘进到每环管片拼装前，还要对相邻、已经成环的三环范围内管片螺栓进行严格检查，做好相应的复紧工作。采取风动凿岩机，利用管片吊装孔进行有效引孔，引孔深度不宜超过80 cm；使用风动凿岩机，在引孔内部插入长度为80 cm 的钢钎，钢钎和管片吊装孔部位，采用快干水泥进行封堵[7]。

盾构机在空推过程当中，由混凝土喷射机自刀盘前方，向管片后背吹入豆砾石头与砂混合料，豆砾石直径在5～10 cm，将管片和隧道初期衬砌间缝隙有效填充。盾构空推期间，要进行注浆作业，初期支护和管片之间填充豆砾石，其填充孔隙率约为40%。豆砾石之间的空隙采取同步浆液回填法，在同步注浆期间，施工人员要结合现场的具体情况，科学控制注浆压力，禁止浆液窜入到前方盾体。

3.5 施工注意事项

（1）盾构机与管片姿态的监控测量。盾构机推进到接收范围后，要求施工人员精确测量出盾构机具体位置，确定成洞隧道中心轴线和隧道设计中心轴线，并对盾构机接收洞门进行复测，保证盾构机贯通姿态得到更好的控制。

（2）千斤顶推力下降后及时提升密封性。待盾构机空推到洞口位置时，由于刀盘前部的反压料不能堆积，因此千斤顶的推力会逐渐下降，千斤顶给管片施加的压力也逐渐减少。如果此部位的管片连接不密实、存在缝隙，会降低注浆质量，容易引发大面积渗水现象。因此，施工人员需要在盾构的推力过小时，将洞门周围管片环和环之间连接紧密，使用风动扳手将纵向螺栓与横向螺栓全部拧紧，在下一环掘进到1.2 m 后，再次拧紧。在安装管片之前，避免止水条出现破损，若发现管片上出现砂浆或者渣土，要立即清理。在吊装孔中安装好管片吊装头，然后利用槽钢，将吊装头紧密连接，15 环管片拉紧处理，将其连成整体，避免管片出现松弛，提升其密封性能。

（3）到达接收井后加强管片定位。盾构机达到接收井后，其刀盘前方反力会逐渐消失，为了更好地平衡管片拼装的质量，避免尾盾管片出现上浮或者下沉现象，施工人员还要加强管片定位。

3.6 施工风险分析及质量控制措施

3.6.1 施工风险分析

（1）盾构机欠挖环节刀盘出现卡壳风险。因为矿山法开挖环节，需要采用爆破施工方法，因此，特别容易出现欠挖现象，导致盾构机在前进时刀盘卡壳。

（2）盾构姿态出现较大偏差。矿山法施工结束后，施工人员利用盾构机进行空推，盾构机空推前需要穿越上软下硬地层。在此过程当中，如果基岩大于100 MPa，再加上上部地层存在较大差异性，盾构机在运行过程中容易出现姿势上抬现象，对最终的施工效果带来较大影响。若盾构机姿态出现较大偏差，也会对隧道内部结构产生较大影响，影响后续空推的顺利进行。

（3）盾构机前进反力不足，管片出现渗漏。因为盾构机在推进期间，前方无阻力，产生的反力过小，止水胶条仍然保持原有状态，胶条所受的挤压力过小，降低其防水性，导致管片连接位置出现渗漏。

（4）豆砾石填充质量不达标，管片出现上浮。由于豆砾石填充不密实，盾构机管片和矿山法所形成的初期支护存在较多空隙，注浆难度增加，影响注浆效果，管片逐渐上浮同时出现侧移，严重影响初期支护质量。

3.6.2 质量控制措施

（1）合理设置支撑结构，加强管片螺栓检查力度，并及时拧紧，保证盾构机能够正常推进，避免出现渗漏水现象。

（2）及时注浆，提升隧道初期支护的稳定性与安全性。豆砾石填充完毕后，施工人员可注入少量的双液浆或聚氨酯。

（3）合理控制盾构姿态。由于盾构姿态调整难度较大，因此，在调整的过程中，施工人员要严格控制其精度，避免导台出现倾斜。导台施工结束后，施工人员要进行参数复测，保证各个参数无误后，方可进行后续施工。盾构机达到施工位置后，施工人员需要及时调整其姿态。隧道施工期间，盾构机姿态调整误差±20 mm，盾尾间隙为70 mm。

（4）为了避免盾构空推期间出现扭转或者抬头现象，在喷射豆砾石时，施工人员要将刀盘下部残留的豆砾石全部清除，同时保证导台表面清洁，避免豆砾石下穿盾体引发盾构机抬头。

（5）盾构机通过矿山法隧道时，施工人员禁止转动刀盘，避免盾体出现扭转。

4 结束语

采用盾构机穿越人防工程空推过矿山法隧道技术，能够提升盾构机刀盘的稳定性，显著降低工程施工成本，缩短工程施工工期。在此地铁工程施工期间，施工人员采用上述施工工艺，有效保护隧道两侧建筑物，避免建筑物出现大范围沉降，经过专业的检测机构检测后，工程质量达标，故能够为类似项目提供有效借鉴。