地铁盾构在矿山法隧道内接收...与二次始发施工技术应用研究_艾零件.pdf

年第 期总第 期福 建 建 筑 地铁盾构在矿山法隧道内接收空推与二次始发施工技术应用研究艾零件（福州市地铁建设工程质量安全监督站 福建福州）摘 要：地铁隧道施工多以盾构法和矿山法为主。传统的做法是两种工法独立使用，对于同一区间隧道同时采用两种不同的工法，因彼此联系不紧，其经济性不强，效率不高。结合福州某地铁隧道工程实例，在现有暗挖隧道施工工艺、施工方法的基础上，对盾构在矿山法隧道内接收、空推和二次始发的 个关键环节进行技术探索与创新，并通过新技术的应用，将两种传统工法有机紧密结合，利用各自优势，扬长避短，其技术成果可为类似工程借鉴参考。关键词：地铁盾构；矿山法隧道；施工技术中图分类号：文献标识码：文章编号：（）（，）：，.，.，.：；作者简介：艾零件（），男，高级工程师。：收稿日期：引言城市地铁主要为浅埋暗挖隧道，通常会优先选用盾构法施工，以有效减少工程对地面的影响。但是地铁点多线长，沿线隧道埋深各不相同，加之穿越地形地貌千变万化，因此，遇到的地层往往比较复杂。有时即使在距离相对较短的同一区间隧道内，也会出现地质迥异的情况，如在软土地层中遇到孤石群、全断面硬岩或上软下硬地层等。这种情况下，若单纯依靠盾构法施工，坚硬的岩层不仅会加剧刀具的磨损，增加盾构开仓作业的频次，还会极大降低盾构掘进的效率，甚至造成盾构掘进受阻。因此，工程有时不得不在这些地段选用矿山法施工。但是，对于同一区间隧道工程，同时采取盾构法和矿山法两种传统意义上各自独立、互为界面的不同工法施工，一定程度上又会无形增加成本的投入，也不利于工程效率的提高。为解决上述矛盾问题，国内一些隧道建设者 自本世纪以来就开展相关研究，其中研究的重点是如何将盾构法和矿山法这两种传统上相互独立的工法有机紧密地结合起来，发挥各自优势，扬长避短，进而达到降低工程成本，提高工程效率的目的。虽然相关研究取得了一些成果，但就当前研究的广度和深度而言，仍存在不足，主要体现在大多数的技术研发集中在盾构空推环节。而关于盾构在矿山法隧道内接收和二次始发的其它两个关键环节的技术研发，却相对较少。基于上述原因，本文在福州地铁 号线城锦路站 福州南站站区间隧道工程同时采用盾构法和矿山法的背景下，在现有暗挖隧道施工工艺、施工方法的基础上，针对盾构在矿山法隧道内接收、空推、始发的三个关键环节，进行了大胆的技术探索与创新。工程概况.工程简况福州地铁 号线城锦路站 福州南站站区间工程，左线起讫里程为 .福 建 建 筑 年.，线路总长约.；右线起讫里程为 .，线路总长约.；区间隧道间距约 .。.工程地质与水文地质区间隧道沿线地层自上而下主要分布有：杂填土、黏土、淤泥、粉质黏土、残积砂质黏性土、全风化凝灰岩、强风化凝灰岩（沙土状）、强风化凝灰岩（碎块状）、中风化凝灰岩。地下水按埋藏条件包含上层滞水、潜水和承压水三种类型。潜水按赋存介质，分为孔隙裂隙潜水、构造裂隙潜水，主要分布在残积砂质黏性土、全风化凝灰岩、强风化凝灰岩（沙土状）、强风化凝灰岩（碎块状）、中风化凝灰岩中。承压水按赋存介质，分为孔隙裂隙承压水、构造裂隙承压水。孔隙裂隙承压水主要分布在残积砂质黏性土、全风化凝灰岩、强风化凝灰岩（沙土状）、强风化凝灰岩（碎块状）中，构造裂隙承压水主要分布在中风化凝灰岩中。盾构矿山法隧道接收、空推、二次始发联合施工法方案.施工方法的选择目前，城市地铁隧道最常见的施工方法，有盾构法和矿山法两种：矿山法投入小，造价低，适合土质较好的城市地区和山岭隧道，但安全系数低；盾构法在盾构的保护下进行隧道开挖和衬砌作业，相比矿山法掘进速度快，安全系数高，且地表沉降易于控制，对地面建（构）筑物、地面交通及地下管线影响小，施工噪音小，适合淤泥质等软弱地层的城市地区和过江隧道。但其施工工序较为复杂，对施工精度要求高，投入大，造价高。根据矿山法与盾构法各自的优劣势和适应性，项目综合该工程地质条件和周边环境情况等因素，对区间隧道的施工方法作出了以下选择：（）硬岩段共 段，选用矿山法：左线 .、右线 .（第一段）；左线 .、右线 .（第二段）。采用台阶法或全断面法施工，初期支护以锚杆、钢架、钢筋网、锁脚锚杆、喷射混凝土为主要支护手段，并配合超前小导管超前支护加固。（）区间隧道其余软弱地层段选用盾构法，盾构法设备选用 台 土压平衡盾构机。.联合施工法方案该工程在同一区间隧道内，同时采用了盾构法和矿山法两种不同的施工方法。从降低工程成本投入，节约工期并提高掘进效率的角度出发，项目在传统盾构法和矿山法的基础上，综合各方面的考虑，研究并提出了“利用矿山法隧道进行盾构接收、空推和二次始发”的联合施工法方案。方案内容如下：（）盾构法施工自城锦路站向福州南站站掘进，进入第一段矿山法隧道时，以矿山法隧道的小里程作为盾构的第一次接收端，大里程作为盾构的第二次始发端，矿山法隧道仰拱完成后，盾构机空推通过。通过后，进行二次衬砌施工；盾构进入第二段矿山法隧道时，以矿山法隧道的小里程作为盾构的第二次接收端，大里程作为盾构的第三次始发端，矿山法隧道二次衬砌完成后盾构机空推通过，通过后盾构继续向前掘进，直至到达福州南站站最终接收。（）空推段采用整体空推方案。将后配套台车抬高、固定于渣斗小车上，在空推轨道上安装液压夹轨器，由盾构推进油缸顶推液压夹轨器产生反力完成空推。矿山法隧道接收技术要点.矿山法隧道接收端施工准备为满足盾构接收作业要求，对矿山法隧道的接收端断面进行扩大，扩大段长 ，并完成初期支护与封闭。初期支护采用 型钢 喷射砼，型钢间距.。.接收导台施工完成初期支护后，进行仰拱及接收导台施工。接收导台长.，砼强度等级，接收导台断面圆弧与隧道中心夹角为，并预埋 钢轨。.盾构机姿态复核测量（）洞门复测。在盾构推进至到达范围时，首先对盾构机位置进行测量，明确成洞隧道中心轴线与隧道设计中心轴线的关系，并对接收洞门位置进行复核测量，确定盾构机的贯通姿态及掘进纠偏计划。在盾构机贯通成洞时，时刻对应隧道中心轴线，如出现偏差，在隧道设计中心轴线的基础上适当调整，纠偏逐步完成，每一环纠偏量控制适度。（）进洞前盾构姿态复核测量。盾构贯通前的测量，是复核盾构所处方位、确认盾构姿态、评估盾构进洞时姿态和拟定盾构进洞段施工轴线、推进坡度控制值和施工方案的重要依据，以便盾构以良好的姿态进洞，准确就位在盾构接收导台上。（）对区间前，对轴线贯通进行精准测量，之后根据盾构推进的轴线偏差情况，每推进 复核一次。盾构机到达前，加强盾构姿态和隧道线形测量，及时纠正偏差，以确保盾构顺利从到达口进入，并根据实测的洞门位置对盾构机刀盘位置，进行必要的调 年 期 总第 期艾零件地铁盾构在矿山法隧道内接收空推与二次始发施工技术应用研究 整。隧道贯通时其刀盘平面偏差控制在：平面 ，高程，盾构坡度较设计坡度略大.。.盾构接收段掘进施工（）在到达前的 阶段，采用正常的掘进模式，刀盘进入最后 范围后，采用逐步降低土仓压力的土压平衡模式掘进。过程中，注意掘进参数的选择，防止纠偏过急，确保盾构机碰壁时，保持良好的盾构姿态。在最后 掘进过程中，刀盘转速控制在.，掘进速度控制在 以内，刀盘 顶 到 围 护 墙 前 最 后 一 环 掘 进 时，速 度 降 至 ，推力控制在 以内，扭矩控制 ，土仓压力保持在.。（）考虑盾构到达时施工进度较慢，盾构存在下沉可能，贯通前 ，可逐渐将盾构姿态抬高 。（）破墙掘进阶段。掘进参数设置：推速 ，推力 ，扭矩 ，刀盘转速为.，土仓压力逐步降为。接收时姿态控制：为防止盾构机出洞时栽头，盾构机机头应高于轴线 ，左右偏差控制在 之内，呈略抬头向上姿势。盾构在围护墙范围内掘进，遵循“低推力、低刀盘转速、减小扰动”的原则进行控制，确保盾构推进不对端墙造成影响。（）双液注浆封堵。当盾构到达矿山法隧道交界断面 时，停机并立即在盾尾后三环管片位置注双液浆，对盾构围岩及盾壳间渗水通道进行全面封堵，之后每掘进一环即完成一环注浆封堵。注浆过程中密切注意洞门情况，一旦发生漏浆，立即停止注浆。注浆配合比设计：水泥 水.，水泥浆 水玻璃 （先将水玻璃与水 稀释）。.盾构机洞内接收空推上导台（）盾构机破除交界面后，会有较多碴块落入矿山法隧道端头，此时应暂停推进，由人工辅助进行清理，以防止盾构上接收导台过程中发生偏向。（）因盾构机刀盘外径比盾体外径大，盾构机上接收导台前，需拆卸刀盘与接收导台面接触的边缘保径滚刀，以避免盾构机在接收导台上推进时，刀具将导台的预埋钢轨及混凝土损坏。（）在盾构前、中、后盾体上，对应接收导台轨道的位置，加装 厚钢板，以防止长距离空推导致盾体磨损。（）盾构机上接收导台后继续推进，至第 道盾尾刷到达接收界面时暂停，待管片壁后同步注双液浆凝固后再恢复掘进。同步注浆时，采取较低注浆压力并降低注入流量，必要时断续注入，以达到封堵效果。.刀盘出接收端墙后最后几环管片的安装固定及管片壁后填充当刀盘出接收端墙盾构隧道与矿山隧道贯通后，一般还需要安装 环管片，才能将盾构全部推上导台，完成整个盾构区间。但随着隧道的贯通，盾构前方没有了反推力，将造成管片之间环缝连接不紧密，容易渗漏水。因此，在最后几环管片安装时，根据现场实际情况，采用以下应对措施：（）为防在拼装管片时盾体向前移动，每环管片拼装前，都需要在刀盘前面设置反力挡块。（）使用特殊设计的高强度螺栓，使其仅依靠螺栓紧固力，即可将管片间的止水压缩到位。（）管片安装完毕后，拧紧所有纵向和横向螺栓，且在下一环掘进完毕后。再次紧固螺栓。（）严格按照操作规程拼装管片，防止管片之间出现错缝、台阶差。（）每一环在掘进大于管片环宽 时，开始安装管片，以保证管片特别是封顶块的安装质量。（）由于盾构机刀盘出接收端墙后，已无法通过同步注浆填充管片壁后间隙，为防止管片下沉、松开，最后几环管片脱出盾尾后，应立即打开、点位注浆孔，注入水泥 水玻璃双液浆，每脱出盾尾一环即注一环。当盾尾完全脱出接收端墙后，管片与围岩间隙改采用 喷射混凝土填充，未填充部位进行二次注浆填充。矿山法段空推技术要点.空推段导台施工（）初期支护完成后，进行仰拱及空推导台施工。在矿山法隧道底部施工空推导台，施工仰拱时预埋 钢板，钢板垂直于盾构机中心，钢板中心夹角，钢板中心横向间距.，钢板纵向间距 ；钢轨采用压板焊接固定于仰拱预埋钢板上，单根钢轨长.，相邻钢轨采用鱼尾板连接。（）空推段导台与接收、始发导台间存在高差，连接部位增设过渡段。为保证过度平顺，过渡段坡度不大于。.后配套台车顶升固定后配套台车采用 组 液压千斤顶同时顶升，台车底与渣土小车顶间距 ，将台车顶升 后安装横梁。横梁采用双拼 工字钢，横梁长.，共计 组，渣土小车前后两端各安装 组，间距 ，与后配套台车及渣土小车焊接牢固。后配套台车安装如图 图 所示。福 建 建 筑 年图 后配套台车安装横断面图图 后配套台车安装纵断面图.空推（）空推前准备在盾体两侧距离空推钢轨 加装 防扭块，并在空推的钢轨上涂抹黄油，以减小空推摩擦力。对液压夹轨器进行工装，铰接处加装 厚钢板，钢板尺寸 ，用于盾构顶推油缸顶推。为保证空推过程中台车不倾覆，在每节台车两侧主梁上焊接防倾覆钢构件，构件采用 槽钢，距离隧道 ，每节台车 根。（）空推液压夹轨器就位，沿盾尾固定于空推钢轨上，采用大流量超高压手动双向电动泵控制，保持夹轨器上的顶推钢板与盾尾平行。准备两块标准块管片，置于盾尾内，管片间采用螺栓连接，管片轴线与液压夹轨器同轴，控制盾构机 组油缸顶推管片。缓慢顶推，顶进速度控制 ，每次顶进 为一个行程。一个行程结束后，松开固定管片的螺栓，采用管片拼装机，将后一块管片吊运至前方。松开液压夹轨器，采用管片拼装机，将液压夹轨器移动至下一个行程位置。矿山法隧道内二次始发技术要点.始发端断面、始发导台、始发端掌子面施工（）为满足盾构始发作业要求，对矿山法隧道的始发端断面进行扩大。扩大段长 ，断面形状同接收端扩大段。（）对始发端扩大段断面初期支护采取加强措施。采用 型钢拱架进行初期支护，拱架间距由.调整至；拱部及边墙设置 砂浆锚杆，长、间距 ，呈梅花形布置；设置 双层钢筋网；喷射混凝土采用，厚度 ；施作超前小导管，钢