盾构区间联络通道硬岩水钻开挖施工工法

董 伟

(中国水利水电第十一工程局有限公司，河南 郑州 450000)

0 前 言

随着城市化的不断进行，地铁隧道、公路隧道、铁路隧道等多种地下公用设施不断增加，隧道中联络通道显得尤为重要。联络通道可实现盾构区间的高效连接，常布设在两条隧道中间，兼具联通、防火及排水等多重功能[1-2]。若某隧道存在质量问题，可经由联络通道快速转移区域内的行人，因而还具有“逃生通道”的作用，可达到快速救援的目的。但由于联络通道在中风化岩层，且隧道内施工空间狭小，无法使用大型机械设备，并且考虑到隧道管片扰动，不能采用爆破施工，水钻取芯开挖方法因此得到了广泛应用。

1 工程概况

在某地铁9号线二期支线工程项目中，某站采用盾构法施工，于ZDK4+340处设置一座联络通道，联络通道上方为主干道南海大道。本文以该工程为背景，围绕联络通道硬岩水钻开挖施工工法展开探讨。

2 工法原理及特点

测量放线，确定开挖边线后人工使用水磨钻沿联络通道边线一圈取芯，进尺80 cm形成临空面，采用风镐对中间部分破除，开挖石渣后使用三轮车运送至地铁站盾构始发井处。

该工法具体的特点为：①使用机具简单，易操作、成本低；②该工法可在复杂条件下施工，安全可控、施工质量有保证；③该工法采用水磨钻头取芯、风镐破除，功效高；④适用于地质条件好、无地下水或地下水量很少的岩石地层，特别是大型设备无法使用的条件下具有明显的经济效益。

3 施工工艺流程

地铁岩层中联络通道开挖主要施工工艺如图1所示。

图1 联络通道水钻开挖施工流程

3.1 施工准备

1)场地清理。清理联络通道处隧道内泥浆及垃圾，满足联络通道施工平台搭设要求。

2)测量放线。放出联络通道开挖边线，图2所示为使用红色自喷漆喷涂。

图2 洞门放线

3)机械配备。表1所示为联络通道施工机械配备。

表1 联络通道施工机械配备表

3.2 水钻布孔

水钻支架底座坚实平整，在支架搭设位置处铺设砂垫层找平层，找平层上方铺设500 mm×500 mm×20 mm的钢板垫或混凝土垫块。底座应固定牢靠且方便移动。水钻布孔时应保证位置的准确性，水钻外周半径应比设计管线半径大100～300 mm。

3.3 调整水钻钻杆

当水钻成孔完毕进入下一钻孔时需调整水钻钻杆水平位置及标高位置，钻杆位置调整好后应及时拧紧钻杆卡位处的固定螺丝，以防止钻杆偏移及滑动。

3.4 管片加固及施工平台搭设

先对联络通道位置前后10环进行管片背部二次注浆加固，注浆完成后检查注浆效果，确保管片背部环向间隙已填充饱满。联络通道口布设适量特殊管片，施工期间涉及到管片的切割作业，其扰动性较强，易导致围岩压力异常波动，此时可搭建临时支架，并且该支架还可发挥出平台的作用，施工人员可在该处完成管片切割和开挖作业。

3.5 水钻取芯

根据联络通道洞口放样边线进行取芯，沿开挖边线一周依次取芯，每一个循环进尺80 cm，一周取芯完成后使用风镐对中间岩石由上到下依次破除，破除的石渣使用三轮车运送至地铁站盾构始发井处，再用装载机配合汽车吊，使用吊斗将石渣运输至地面装车外运。利用水钻机钻孔，该设备配置的是Φ200 mm的钻筒，取芯圆间距控制在160～180 mm。水钻正式施工前需调整好姿态，钻筒需设置3°的外插角。钻进初期以慢速钻进为宜，转速应控制在900 r/min以内，随钻进作业的逐步推进，当达到100 mm时方可加快钻进速度，此时可达到1 800 r/min。按照此标准有序钻进，各孔耗时约10～13 min，完成一整圈钻孔所需的时间约5.5～6.3 h。钻进期间需降低钻筒的温度，施工期间应不间断输送清洁水(具有足够的水压)，所用管材以内径15～20 mm的软件较为合适。开挖期间应加强质量检查，若存在与设计不符的情况必须将实际情况告知监理，探讨相适应的处理措施，有效解决问题后方可恢复开挖作业。开挖至下一榀拱架处安装拱架，挂网喷锚完毕后报监理验收，验收合格后进行下循环开挖。

3.6 中心岩面钻孔

钻孔及取芯作业均落实到位后处理中心岩面的岩石，对其采取钻孔破碎处理措施。通过风钻设置一排小孔，应根据中心岩面的实际面积合理控制好孔的间距，通常以30～40 cm为宜。钻孔破碎后再组织爆裂施工，应保证液压劈裂机的液压钳片可深入到预先设置好的碎岩孔内，并连接液压劈裂机油泵，使该装置的压强稳定在60 MPa内。密切关注钻孔孔深，在满足要求后方可将分裂器置入孔内，正式分裂。禁止出现孔深度不足的情况，否则分裂器伸出的楔器将顶至孔底岩石，导致该装置发生弯曲等异常状况。

3.7 液压劈裂机静爆岩体

分裂器配置有劈裂头，该部分装置需完全置入孔中，此后再调整控制阀，从而顺利分裂。对于岩石上表层分布大量土层的情况，应将其清理干净，若无误则有序布孔。随施工的持续推进，待分裂3～5个孔后及时向分裂器涂抹适量润滑脂，目的在于缓解楔器与劈块过度摩擦的情况。此外，分裂器机头不可触及岩石，且在没有凌空面的岩体上不可直接分裂，否则易发生劈块断裂现象。

3.8 清除碎岩及石渣

中心岩体爆裂后将产生大量碎石块，利用特制斗车将其输送至顶管工作井内，再通过该处的活动式龙门吊进一步转运，使其到达指定堆石场，此后利用运输车将其运至石渣场。完成对石块的清理作业后适时修正洞体周边区域，检测管线标高情况，超出的部分通过人工手持风镐凿除，若未达到标高要求采取填平处理措施，材料以粗砂为宜，不可使用细砂或石粉。

4 与其他技术的对比

联络通道开挖施工方法很多，几种常用开挖工艺的优缺点如表2所示。

表2 常用联络通道开挖工艺优缺点

通过综合分析和对比，在硬岩地层使用水钻取芯开挖法施工，施工效率高、劳动力需求小、经济性高，对地面及盾构管片的扰动很小。

5 技术实施关键点

5.1 安全进洞方案

联络通道右线进洞段拱顶上覆地质条件欠佳，以强风化砾岩与富水圆砾层居多，受开挖的扰动性影响，中风化岩体支撑受损，易发生软化坍塌现象。虽然采取超前小导管支护措施，但进洞端设置的是3榀连排格栅拱架，该部分对安装的空间需求量较大。此时，以何种方式在安全的环境下完成格栅拱架的安装显得至关重要，这也是联络通道开挖进洞期间应重点关注的问题。经多方案比选后，提出兼顾现场安全性、施工质量等多方面要求的方案。该方案的主要工作思路为：配置小型液压破碎机，利用该设备开挖上台阶岩体，随后再组织人工风镐打孔作业；对于管片背后的岩体，该部分施工难度较大，可利用轻型油压劈裂机组织劈裂作业；经上述流程后安排施工人员利用风镐修整拱部，若无误则施工上台阶初支结构，从而确保施工现场的安全性。

小型液压破碎机和微型油压劈裂机均是重要施工设备，其得以正常运行的前提在于得到充足空间的支持，为创设足够的作业空间，要求进洞段上台阶开挖长度设为1.4 m，于该处布设5榀格栅拱架，具体包含进洞段密排拱架3榀、正洞格栅拱架2榀。进洞段开挖及其初支作业的时间应得到有效的控制，在5个开挖班(60 h)内，且应根据实际情况制定拱顶坍塌的应急预案。

5.2 临时仰拱

为保证仰拱部分封闭的及时性，防止设备作业对钢筋格栅的破坏，考虑原设计下台阶仰拱部位钢筋格栅无法承受设备自重及反复行走增加的荷载，特对设计格栅拱架进行了优化，增设临时仰拱，取消开挖阶段仰拱位置喷射混凝土施工，提供设备作业；在联络通道全部开挖完成后再逐榀拆除临时仰拱，施作永久初支。

临时仰拱设计细节主要有两方面：第一，将拱架单元连接件位置调整至拱脚位，在格栅底部加装厚10 mm钢板，确保拱脚稳定;第二，使用20a工字钢与钢筋格栅进行连接，形成单环封闭拱架，并用间距35 cm的C20钢筋将各道工字钢连成整体，最后在上面铺设厚10 mm、宽3 m的钢板形成临时仰拱。临时仰拱所铺钢板边缘距两端连接件接口为15 cm，为该位置连接螺栓拆除预留作业空间。

6 结束语

综上所述，本工程在指定工期内高效完成各项工作，具有施工安全、效率高、初支封闭及时、成本投入较少等多重优点，所提方法具有较高的参考价值。但现阶段基于硬岩地层联络通道所适配的开挖施工技术体系依然存在不足之处，因此需进一步展开探讨，提高施工技术水平。

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