矿山法施工隧道内盾构接收技术

林 韵

上海市基础工程集团有限公司 上海 200002

1 工程概况

福州轨道交通1号线工程07合同段上藤站—达道站区间包含长550 m矿山法施工隧道，其中200 m位于危旧居民区下方。矿山法施工爆破对隧道围岩的影响较大，会带来上部房屋的变形开裂，施工风险大，故将部分原矿山法施工隧道更改为盾构法施工。统计矿山法施工改盾构法区间隧道下行线环数共183环，盾构接收段平面曲线段为缓和曲线段，竖曲线方向坡度为-2.67%。盾构机采用海瑞克S735-φ6 450，刀盘外径为6 500 mm。

矿山法施工隧道内的盾构接收区域（上藤站方向）内地层主要为[15]散体状强风化花岗岩、[16]碎块状强风化花岗岩，岩体自立性较好，岩石裂隙水丰富。

[15]散体状强风化花岗岩为灰黄-褐黄色，部分矿物风化强烈，岩体极破碎，岩芯呈砂土状。岩体完整程度属极破碎，岩体基本质量等级为Ⅴ类，矿山法施工隧道内接收位置厚度15 m左右，顶板标高-0.80 m。

[16]碎块状强风化花岗岩为褐黄色-浅灰色，岩体破碎，岩芯呈碎石状为主。岩体完整程度分类为破碎，坚硬程度属较软岩，岩体基本质量等级为Ⅴ类。厚度2.20 m左右，顶板标高-16 m。

[17]中风化花岗岩主要位于矿山法施工隧道内盾构接收位置下方，浅灰白-浅肉红色，节理裂隙较发育，局部为发育，多不规则，岩体较完整，岩体基本质量等级为Ⅱ类。

涉及的地下水主要为基岩裂隙水，赋存于场地内的[16]碎块状强风化花岗岩、[17]中风化花岗岩中，水位埋深为6.10 m，高程为5.11 m，具弱承压性。

2 基本施工思路

考虑到矿山法施工隧道掌子面的岩体主要是 散体状强风化花岗岩，同时隧道往上藤路站方向有2.70%的坡度，如在掌子面对土体进行管棚和小导管注浆等预加固，则一方面施工时间较长，另一方面施工风险较大，容易引起地面的隆起或沉降。管棚和小导管加固方式见图1。

图1 掌子面管棚和小导管加固示意

经过仔细研究并结合现场情况，拟定在矿山法施工隧道内浇筑一段素混凝土加固体，盾构机穿越素混凝土加固体进洞，过程中盾构机盾尾同步注浆进行密封，盾构机进洞定位于预设轨道上后，焊接弧形钢板封闭并注浆填充管片与素混凝土之间的缝隙[1-3]。

3 隧道内加固、预埋件安装和接收轨道设置

隧道洞圈采取预先在盾构法施工隧道与矿山法施工隧道交界位置，矿山法施工隧道二衬上预埋一圈圆弧钢板（在二衬施工的同时进行预埋），以便与盾构接收环管片施焊密封。同时在洞圈上加焊1道盾尾刷，并在盾尾刷间隙内注满油脂，以阻挡盾构进洞时可能发生的漏水、流砂，减少水土流失，保证盾构机接收时地面建筑的安全。

洞圈后在已建矿山法施工隧道内初衬净空中浇筑一段长约15 m的素混凝土加固体，长度需大于盾构机本体，浇筑方式选择分层、多次浇筑，每层厚2 m，长度4～6 m，浇筑前提前做好模板支撑，浇筑完成后素混凝土加固强度达到设计值时及时拆除模板及支撑；每层浇筑前需用砖块在浇筑基面上砌筑排水沟，并用塑料薄膜固定在掌子面上，将地下水引至排水沟中，同时在排水沟中安放引流管路；考虑到进洞段隧道往上藤路站方向有2.70%的坡度，顶层浇筑前在隧道顶部预埋排气孔，浇筑完成后亦可用来注浆密实加固体（图2）。

图2 隧道加固、预埋件安装示意

在盾构机预定接收位置，进行隧道加固体及二衬施工前，预埋800 mm×800 mm正方形轨道钢板，放置方式沿盾构机前进方向每2 m一组，单组放置方式为隧道断面二衬下部呈60°，左右各放置1块。因矿山法施工隧道直径（6.90 m）大于盾构机直径（6 450 mm盾构），二衬预埋件还需加垫钢板并焊接后方可设置接收轨道，以满足接收架受力要求，接收架计算标高略低于盾构机[4]。

4 盾构机接收施工

当盾构推进至最后30环时，需复核盾构机位置及姿态，并请第三方测量单位进行对比测量。之后每推进4环由人工确认盾构机的当前姿态，评估盾构机进入矿山法施工隧道的姿态，确认施工轴线和推进中的坡度值，数据确定无误后，按测量数据调整盾构机的姿态，向洞门中心位置推进，推进速度控制在10 mm/min左右。

盾构机掘进到174环时停机，向土仓内压注40 m3惰性浆，压力控制在150 kPa，使盾构土仓内填充满惰性浆液，防止后方止水注浆浆液窜入土仓之中。压注水泥浆顺序从盾尾后方完整的第1环管片（从前往后数第4环管片）开始，考虑到盾尾下部侵入一部分岩石之中，水泥浆压注从管片底部开始，直至盾构第1节台车前完成露出的管片。水泥浆液配合比控制在0.70～1.00，注浆过程压力控制在0.30 MPa左右，不得超过0.50 MPa，注浆过程中同时观察管片是否有变化，以防止浆液压力过大，造成管片破损。注浆应遵循“少量多次”原则，尽量使浆液在盾构周边土体中压注密实，最大程度起到止水效果。注浆过程中，盾构机应每5～6 h转动一下刀盘，并在掘进3～5 mm之后停机，防止注浆过程中浆液将盾构壳体固结。如图3所示。

图3 盾构机进洞施工示意

盾尾注浆完成后，盾构机恢复掘进，盾构刀盘前方素混凝土厚度约4 m。盾构继续掘进过程中，控制总推力大小（表1），防止盾构过早将素混凝土墙体顶垮，盾构接收环拼装后，需再做数环推进，方能满足盾尾密封工作空间要求，这数环衬砌可只做拱底块拼装，但需同样拧紧纵向螺栓，以免接收环衬砌脱落。

表1 盾构总推力大小控制

盾构掘进至176环管片安装完成后，停止同步注浆，采用隧道内压注水泥浆液代替，此时脱出盾尾管片存在突然下落风险，故采用φ55 mm实心圆钢（每根长450～500 mm）分别击穿7#与9#管片吊桩孔，并与管片吊装孔焊接牢靠。

测量结果表明，与掌子面交界的二衬的平均偏差值沿盾构推进方向偏右28 mm，偏上16 mm，盾构接收时姿态控制调整为偏右30 mm，偏上20 mm；当盾构刀盘露出后，此时掌子面素混凝土墙已发生倒塌，应迅速清理刀盘前方的素混凝土垃圾。

盾构完成183环管片拼装后，使用安装拱底块管片将盾构机完全落入接收架之上，并使盾尾距离二衬钢套前段约1 m，为后续弧形钢板（“月亮板”）安装腾出空间。

接收环管片落入长800 mm二衬上预埋的整圈圆弧钢板上后，利用预先做好的多块圆弧钢板（厚8 mm）焊接在管片与预埋的钢板间，确保二衬与接收环管片间的密封性，如图4所示。

此次“月亮板”焊接封堵，存在地下水较多的风险，且工艺较常规的不同，多出一套外接式圆形钢板需接至二衬内预埋的钢板内侧，如下部地下水过大，施工时应遵循由上部向下部进展的施工顺序。

图4 焊接“月亮板”封闭管片与二衬间隙

焊接好“月亮板”后，用割刀在其上开孔（一圈圆弧钢板在上、下、左、右依次开1个孔，共4个），安装注浆阀，并与注浆设备连接，开始实施对盾构接收段的管片背部与土体间充填注浆（单液浆）。注浆遵循少量多次原则，施工过程中应降低注浆对上部土体的影响，并加强对地面沉降的监测，直至注浆影响的地面区域监测数据趋于稳定后结束。

接收段管片背部注浆施工完成后，开始制作井接头，此井接头较常规尺寸有所增大，配筋形式与常规一致，但因外径变大导致体积增加，井接头外径为6.90 m，内径为5.50 m。钢筋绑扎完成后进行模板安装，之后进行预拌混凝土浇筑，混凝土达到规范强度要求后，拆除模板。

盾构机进洞过程中，隧道上方地面发生沉降变形，地表沉降最大的点是盾构机正上方的JC5-0测点，累积沉降量达到-12.87 mm，距离中心点两侧的测点累积沉降量依次减小。盾构机在推进到174环停机前地表沉降量较大，开始压注水泥浆后沉降趋于平缓，甚至有少量隆起，注浆完成后，继续掘进地表开始第2次沉降，直至盾构机进洞，再对“月亮板”后缝隙进行注浆后，沉降趋于稳定[5,6]。

5 结语

国内部分城市的地质情况复杂，土层情况变化大，短短的一段距离内，土质可能突然从沉积层过渡到硬岩，区间隧道中局部出现岩层凸起的情况也屡见不鲜，盾构法加矿山法施工的区间隧道施工方法对于这种土质情况十分适用，有着广阔的应用前景。