盾构空推过矿山法隧道的施工管理与经济效益

杨亿希

（长沙市轨道交通集团有限公司，湖南 长沙 410000）

1 盾构空推过矿山法隧道施工概述

盾构空推过矿山法隧道施工原理如下：（1）对于不适合盾构机掘进的地层利用矿山法施工初支，形成比盾构机大的隧道断面；（2）在仰拱位置施工导台，土压平衡盾构机在导台上采用推进模式进行推进，边推进边喷射豆粒石；（3）推进完成后拼装管片。

施工时需注意：（1）豆粒石喷射管（直径5cm）支架与刀盘连为一体，喷射管通过支架穿入盾构机盾尾向管片背后喷射豆粒石，豆粒石通过管片圆形外径下滑至管片底部，达到约束管片的目的；（2）在盾构1 点和11点位置管片螺栓孔里安放长55cm 的支撑，利用与矿山法初支的顶力防止管片上浮，在推进下一环管片时对倒数10 环的管片进行注浆对管片进行二次固定；（3）确保整个过程连续、高效、安全、可靠。

2 实例分析盾构空推过矿山法隧道的施工管理

某市地铁工程，区间隧道单线长约1811m，采用土压平衡盾构进行施工，局部采用矿山法开挖、初支，盾构空推拼装管片（以下简称盾构空推）施工。通过前期的地质勘查结果来看，区间隧道的地层主要为中风化、微风化混合片麻岩，岩芯呈现较为破碎的状态。但是通过工程详勘的取芯结果来看，施工部分路段存在地质突变的情况，存在可塑状砂质黏性土、全风化混合片麻岩等上软下硬地层。盾构机通过该类型地段时容易上浮，姿态不好控制。结合地质情况，为了避免盾构施工过程中发生安全事故，影响整个地铁施工的顺利进行，本工程计划分别在左右两线的地质异常带区域采用矿山法进行施工，盾构空推拼装管片通过（见图1）。

2.1 导台施工

图1 工程施工概况图

在盾构空推拼装管片之前，需要先完成矿山法开挖及初期支护。盾构空推前，需要提前施做导向平台，使盾构机沿着隧道设计轴线前进，同时为了更好地控制盾构机及管片姿态，在导向平台的两侧及底部布设3 根导轨（采用16#工字钢），使表面高出导台表面20mm。导台施做及导轨布设的精度是保证盾构及管片姿态的关键。混凝土导台位于隧道底部60°范围内（见图2），采用HPB235 钢筋、C30 混凝土设计，导台表面与盾构机刀盘外轮廓有10mm 间隙，导台半径3150mm，导台厚度150mm。矿山法隧道初期支护应尽量保证其设计净空，以确保导台上表面的高程符合设计要求，并保证混凝土导台的设计厚度达到足够的强度。

图2 导台施工

2.2 盾构空载通过矿山法隧道

根据规范，线路中线平面位置和高程的允许偏差均为±50mm。本区间选用的盾构机配备了一套SLS-T 自动导向系统。该系统由德国VMT 公司设计、生产，由硬件和软件两部分组成，硬件部分主要由激光全站仪、ELS 电子激光标靶、黄盒子、控制箱、计算机及数据传输系统组成，系统正常工作时，就可以让盾构机操作手在盾构掘进过程中实时了解盾构机与隧道设计中心线（DTA）之间的偏差值，并对拼装成型的管片水平和垂直中心姿态进行实时测量，以确定管片符合设计限界的要求。通常，每掘进30 环须测量一次，每次重复测量几环，在盾构掘进姿态和注浆不理想以及在容易引起环片上浮的地层，必须加密测量次数。本工程通过人工对管片姿态测量结果进行复核，管片姿态控制在规范允许范围内（见表1）。

2.3 管片背后豆砾石充填及注浆

根据设计量计算，每环管片背后至少喷射2m3豆粒石充填缝隙。由于矿山法隧道开挖面不规则，每环豆粒石的用量不尽相同。豆石喷射前，在刀盘前面焊接好支架，在其上面放两台喷射机，随着盾构往前掘进同步前进。在刀盘2 点及10 点位，布设两根108mm 的镀锌钢管，长度为7.5m，往盾尾管片外侧喷射豆石。为防止豆石和浆液向盾构机刀盘前方流窜，每隔6m 在盾构机切口四周（不小于300°）用袋装砂石料围成围堰，利用混凝土喷射机从刀盘前方向盾构后方吹填豆石，当盾壳顶部与沙袋顶部形成自然坡度时停止喷射。吹填豆石是否密实可以从管片吊装孔进行检查。

表1 环片姿态人工测量报表

当豆粒石喷填完毕，从管片吊装孔打入顶撑，顶撑的一端加工成同吊装孔同距的螺丝并固定在螺栓孔内，另一端顶在矿山法隧道初支面上，可以通过调整顶撑的支顶长度来调节管片中心与隧道中心的偏差。每环管片按照3 点、9 点、12 点位置布设，待管片背后注浆完成后，卸除顶撑，做好防水封堵。

2.4 管片外侧二次注浆

矿山法初支直径为6300mm，管片外径为6000mm，当管片脱出盾尾后，在土体与管片之间将形成一道宽度为15cm 的空隙，需要进行注浆充填。注浆的目的主要分为以下几个方面：（1）充填管片与矿山法初支的空隙；（2）限制管片位移和变形，提高结构的稳定性；（3）作为隧道第一道防水层。盾构空推时，刀盘前无压力，盾尾同步注浆注入的浆液由于自重会自动往前流动，若同步注浆量按照理论计算量注入，浆液会大量流到刀盘前面，造成浆液浪费，同时造成豆石喷射作业不便。因此，在盾构空推时，采取减少同步注浆的量（每环注2m3），同时在盾尾10 环后的管片注浆孔进行二次补注浆，即采取同步注浆加二次补注浆的方式。注浆浆液一般采用惰性浆液，减少浆液的流动性及凝结时间。

2.5 经济效益

该工法结合了两种工法的优势，缩短了施工工期，总体工期节约30 天左右，整个施工过程的成本比单一盾构法施工或者矿山法施工都有所提高，整体经济效益显著。运用盾构空推过矿山法的施工工艺，施工粉尘少、进度快、效果好，豆粒石喷射、注浆和盾构掘进交替施工，节约工期。同时此种方法有效控制管片错台和破损，隧道线型控制符合设计规范要求，社会效益明显，在国内类似施工项目中前景广阔。

3 结束语

综上所述，文章结合某地铁工程实例，分析了盾构法空推矿山法隧道的施工要点，相比较传统的施工方案，该方案解决了盾构法施工中存在的问题，降低了整体的工程造价，保障了地铁隧道工程的顺利建设。因此，相关工作者必须重视该种施工工艺的应用，严格按照施工标准进行施工，提高盾构法空推矿山法隧道施工的质量，节约施工周期，实现社会效益和经济效益的双丰收。