盾构空推过暗挖法隧道施工工法

罗石宝

(中铁二局股份有限公司，四川成都 610032)

1 适用范围

本施工工法适用于土压平衡盾构机空推通过暗挖法隧道施工。

2 工法原理

首先对硬岩段和极硬岩段采用矿山法开挖，进行初期支护;然后对盾构与暗挖段分界端头墙进行处理，同时在已进行初期支护的暗挖段施工混凝土导台，后对暗挖段回填碎石等。在空推掘进过程中，由刀盘前方回填的碎石为盾构机提供反力，保证管片拼装质量;同时采用盾构机同步注浆系统对管片背后空隙进行充填，并采用管片固定螺杆对已拼装好的管片加固。在空推拼装管片通过后，对空推段进行二次补充注浆固结整环管片，确保施工质量。

3 总体施工方案及施工工艺流程

暗挖盾构空推段总体施工流程为:暗挖段开挖初支施工→端头墙施工→隧道内碴土清理→导台施工→盾构机到达掘进→盾构机维修及拆盾构机周边刀→盾构机步进上导台(4.5 m)→隧道内堆土→盾构机步进、拼装管片通过竖井至空推起始段→横通道封堵→盾构机步进、拼装管片通过竖井至盾构达到段→盾构完成空推段掘进→安装39号和40号刀具→盾构机二次始发。

4 工序施工方法

4.1 端头墙施工

暗挖段施工完成后要对掘进到达和离开端头进行端头墙加固，防止地下水进入和确保暗挖段初期支护的稳定，目前最常用的两种方式是玻璃纤维筋+喷射混凝土和素喷射混凝土两种。

4.2 矿山法暗挖段导台施工

隧道开挖完成初期支护后，在隧道底部60°范围内施工钢筋混凝土导台。钢筋混凝土导台的尺寸根据所选用的盾构机直径确定。

4.3矿山法暗挖空推段堆填碎石施工

盾构机导台施工完成并达到设计强度的90%且盾构机前体步入空推段导台(4.5 m)之后，暗挖空推段隧道一定长度范围内首先要进行全断面回填碎石，此范围外要在半断面内进行碎石回填。碎石回填的目的是保证盾构机掘进时形成正常推进的土压平衡模式;并提供足够反力，保证管片止水条密贴，达到良好的止水效果。

导台施工完成后，待混凝土强度达到设计强度的90%后，方可在隧道内进行碎石回填施工，所需渣土从区间竖井向下投放至竖井底，通过汽车运输到预定施工地段，采用装渣机进行堆填，从盾构与暗挖分界点开始往竖井方向回填。盾构推进前，刀盘前方依次全断面填碎石、放坡填碎石。在实际施工过程中，很难填满整个断面，只能尽可能满断面回填。

4.4 盾构到达段施工

4.4.1 拆除刀具

为确保盾构顺利通过分界墙，准确步入导台，在拼装完实推最后一环时，开仓将2把铲刀及2把周边滚刀(39号及40号)拆除。

4.4.2 盾构掘进

在解算对数距离路径损耗模型的参数时常采用最小二乘法。最小二乘法可以使误差平方和达到最小，完成方程解算，得到模型参数。其线性方程为：

在到达段(实推最后15环)盾构掘进采用敞开式模式进行掘进。其掘进施工参数见表1。

表1 掘进参数表(一)

在贯通前的最后3环，要减小推力、降低推进速度。其掘进施工参数见表2。

表2 掘进参数表(二)

4.4.3 管片注浆及防止浆液前窜措施

每环按照设计方量进行同步注浆，同时提高管片抗浮能力，在掘进拼装完成倒数第三环后，停止掘进，在倒数第10至倒数第6环进行二次注浆，确保连续5环全断面注满。

4.4.4 管片拼装

为确保隧道贯通后的管片接缝防水要求，在到达矿山与盾构分界里程后开始，安装每一片管片时，首先人工对每片管片连接螺栓进行初步紧固;待安装完一环后，用风动扳手对螺栓进行进一步的紧固;待管片出盾尾之后，重新用风动扳手进行紧固。

4.5 盾构机步入导台施工

碎石回填密封刀盘前方断面，碎石充填盾体与暗挖初期支护间的间隙，同步注浆正常开启，管片止水条密封良好。

4.6 盾构空推段施工

当盾构机进入导台后，启动盾构机往前掘进，然后开始进行管片拼装、管片背衬回填工作。

4.6.1 盾构掘进

盾构掘进模式采用不建压模式，掘进推力控制在800 t以内，当其大于800 t以上，可启动螺旋输送机出渣，并控制出渣量，掘进过程中，土仓内不加气压和泡沫。

4.6.2 拼装管片

管片拼装工艺与正常掘进时的工艺相同，管片要根据盾尾间隙与油缸行程差结合盾构姿态选择合适的管片。

在管片安装时，先人工将每片管片连接螺栓进行初步紧固;待安装完一环后，用风动扳手对螺栓进行进一步的紧固;待管片出盾尾之后，重新用风动扳手进行紧固。

4.6.3 管片固定

盾构掘进过程中启动了同步注浆，如果掌子面上有较大的水在涌入隧道，为防止管片上浮，待管片拖出盾尾后及时在顶部将管片进行固定，管片固定采用从吊装头上安装螺杆进行固定，隔2环固定1环。

4.6.4 管片背衬回填

1)空推掘进阶段。当盾构机开推后启动同步注浆系统。运用特制三通，利用盾构机自身的同步注浆系统由盾尾压注水泥砂浆和水玻璃同时进入进行注浆作业。砂浆和水玻璃以4∶1的比例混合同时进入，以期达到快速凝固来使管片与初支及地层间紧密接触，以提高支护效果。

同步注浆浆液采用水泥砂浆，配合比为水泥∶膨润土∶粉煤灰∶砂∶水 =150∶40∶440∶720∶470，砂浆稠度控制在 10 ～11 左右。

2)空推完成后。空推段掘进完成后停止掘进，对空推段所有管片拱顶背后进行填充，同时对所有管片螺栓进行再次复紧。

4.7 盾构空推质量控制措施

4.7.1 防止管片上浮和下沉措施

1)在盾构机过空推段每隔2环采用特制支撑螺杆对管片注浆孔进行支撑加固，加固注浆孔位置的选择为成环管片3点，9点钟以上的位置。2)加强管片姿态监控，测量组每6环对管片进行一次姿态测量，如发现管片有上浮和下沉趋势应及时调整施工参数，盾构操作手也应根据测量数据适当调整注浆量。3)为防止管片在盾构步进后产生上浮，在施工过程中，管片背衬注浆只从管片大跨上部进行压注，注浆压力不大于1 bar，尽量从管片的大跨以上进行注浆，并保证管片两侧同步注浆，避免因注浆而对管片产生偏压，造成管片移位。4)如发现管片在后续过程中由于水压上浮，应及时对管片下部注浆口开孔放水。

4.7.2 防止管片错台措施

盾构步进时提高背衬同步注浆，同时通过试验调整配合比，确保初凝时间在6 h以内，保证管片下部有足够的抗力。在必要时，缩短回填注浆工作面与管片安装工作面的距离，甚至在盾尾外侧直接进行回填注浆。

加强对盾构姿态的控制，纠偏不能过急，以每环不超过10 mm的纠偏量为宜。同时确保60 mm以上的盾尾间隙以防止盾壳作用力于管片。

在盾构机过空推段往往由于反力不够容易造成管片螺栓不能完全复紧，在拼完每环管片后应及时对后面3环管片螺栓进行复紧，在每次交班前对所有以拼装管片复紧，空推结束后对所有管片螺栓复紧。

4.7.3 盾构机姿态控制措施

1)调整好盾构机从实推段到空推段进洞姿态和空推段到实推段时的出洞姿态，确保盾构机进出洞时的旋转值Roll＜±3 mm/m。

2)导台的施工精度在±10 mm以内。

3)空推过程中，控制盾构机姿态水平和垂直偏差都在±50 mm，管片拼装后加强管片姿态监测频率。

5 施工经验总结

1)暗挖空推段初期支护施工时要预留足够的变形量，要勤进行导线测量和断面测量，初期支护不能侵限。

2)到达端头施工时要做好止水施工，防止盾构到达时将初支推塌;盾尾进入导台3环～5环后要对到达端头进行全断面止水注浆，防止地下水大量涌入空推段造成管片上浮。

3)空推段的堆填料要具有高透水性，不能遇水膨胀，最好采用成分良好的碎石。

4)要控制好推力，掘进速度不能过快，要控制好盾构机姿态，要严密监测管片姿态，防止管片大面积错台、上浮或下沉。

5)做好管片背后的排水和注浆。

［1］王家祥，罗石宝.中铁二局股份有限公司深圳地铁5号线5305标盾构空推施工方案［Z］.2008.