土压平衡盾构竖井始发和空推技术

张德强

摘 要：盾构空推过矿山法隧道是盾构工法应用中较为特殊的一种工况，其施工难度及施工技术要求较高。本文通过典型工程实例：将军祠站～文灶站区间小半径曲线隧道单井口的复杂始发条件介绍这一工况下盾构施工的关键技术与成功经验，为今后类似工程 提供一定指导或借鉴。

关键词：盾构竖井始发；空推；矿山法隧道；施工技术

中图分类号：TU94+1 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）21-0076-02

1 工程概况

将军祠站～文灶站区间盾构区间起点里程YDK3+ 842.444，将军祠站终点里程YDK3+297.143，全长545.301米，左线短链17.815米。区间以R=350m曲线出文灶站后，以R=600m曲线进入文园路，到达将军祠站，区间纵剖面采用单面坡，最大坡度为18‰，隧道埋深8.5m～18.2m。在YDK3+842.444～YDK3+857.695处设置盾构始发井，该盾构井兼作联络通道。区间在YDK3+857.695～YDK3+955.342段因基岩面突起，采用矿山法施工；始发段YDK3+765.444～YDK3+842.444因基岩面突起，隧道洞身和隧道基本圍岩以微风化花岗岩层为主，强度较高，采用盾构法施工较困难，故采用矿山法初支+盾构空推拼管片通过的组合工法。

2 盾构机进矿山法隧道前的准备

2.1 导台测量及断面超欠挖测量

矿山法隧道导台厚度400mm，采用混凝土喷锚配合钢筋网片施做，导台弦长4064mm。靠近端墙位置预留1.5m不施做导台，预留刀盘转动空间，避免刀盘卡死。导台是盾构机通过暗挖隧道时的下部支撑，其施工精度直接决定着盾构机的姿态。导台施工标高定位后必须进行测量复核，混凝土喷锚后应进行标高的复测，见图1，确保导向平台的标高施工精度在0～+15mm以内。导台施工完成后，由测量班对导台进行线路联系测量，包括水平及竖直方向，误差超过设计规范要求的，需重新施作。

由于矿山法隧道采用爆破施工，隧道断面存在大量的超挖或欠挖现象，一旦隧道欠挖严重，盾构机无法通过，后期处理难度较大。在盾构机进矿山法隧道之前对矿山法隧道进行断面测量，发现有欠挖现象，则提前处理。成型导台见图2所示。

2.2 豆砾石备料

预先堆放豆砾石是为脱离盾尾的管片提供支撑，防止管片下沉产生错台；豆砾石堆放于刀盘前方，还可增加盾构前进的推力，有利于后方管片的压紧，挤紧管片止水胶条。豆砾石选择直径5～10mm。豆砾石在盾构机进入矿山法隧道前需提前备料，具体备料方量为需填充空隙的60%～70%。

3 盾构机竖井始发

由于后面车站结构没有预留下料口，要实现盾构顺利始发必须采用分体始发的方式。将后配套台车拖到后面矿山法施工隧道组装完成后，与就位后的盾构机主体使用管排连接，推进时盾体带双梁、一号台车前行，后面台车留在矿山法隧道内。负环管片采用半环拼装，以便垂直运输及材料机具的吊运。半环管片下部采用三角型H型钢与始发托架连接进行支撑，上部用钢支撑撑住。

3.1 始发托架安装

由于盾构是在曲线350m的线路上始发，为防止盾构姿态偏移较大，决定采用割线始发方法。350m半径曲线盾构沿内弦线掘进的最大偏移量：

L=350-=0.035716m=35.72mm。

3.2 负环管片安装

本次始发，采用9环负环加1环零环，共计10环。由于场地限制采用分体始发，为方便材料下井，负环为半环拼装。负环管片采用通缝拼装，便于后期负环拆除。

在盾构机向前推进之前，先进行-9环和-8环负环管片安装。管片环向和纵向螺栓均需连接牢固。负环拼装时-9环的定位相当重要，对后面的管片拼装起着基准面的作用。

负环管片在推出的过程中要及时将负环管片支撑，包括底部及侧面支撑。当-2环整环负环推出盾尾400mm时，必须用钢丝绳和手拉葫芦箍紧，避免负环管片失圆过大引起管片拼装困难。

为保证盾构隧道管片的拼装质量，提前调整管片拼装姿态。将负环与反力架空缺部位用钢支撑进行联系支撑，并让推进油缸顶紧管片。注意预留下料空间。

3.3 设备改造

盾构进行始发作业时从一号拖车与二号拖车进行分体作业。在空推得过程中参考图3的管片下井工装进行管片下井作业。当设备桥进入到始发进口时将无法进行管片下井作业。需参照图4对设备桥的斜撑进行切割，并将设备桥处的皮带架进行拆除后方可进行管片下井作业。下管片的过程中注意，管片平稳下放，不要与设备磕碰。

4 盾构矿山法隧道内空推

4.1 盾构机步进

根据刀盘与导向平台之间的关系，调整各组推进油缸的行程，使盾构姿态沿设计线路方向推进。前期推进速度一般控制在15～40mm/min之间。盾构推进时，派专人在盾构机前方检查、监测盾构机推进情况，主要检查隧道的开挖是否有侵入盾构刀盘轮廓的岩石存在、盾构前体下部与导台的结合情况等。盾构推进时，监测人员与盾构主司机要紧密配合，使盾构机沿导台的中心进行前移，保证盾构前移时管片受力均匀。

盾构空推由于管片与隧道初支空隙较大且不均匀，导致顶部注浆难以密实，管片上下压力不平衡而出现上浮状况。现场通过豆砾石密实填充与同步注双液浆等措施进行有效控制，管片脱出盾尾后及时进行双液注浆，快速固结填充物。控制隧道垂直偏差±50mm以内。

4.2 豆砾石填充

豆砾石填充原计划采用湿喷机在刀盘前面喷射，受困于场地狭小，未能进行。我部采用人工从刀盘两侧向左右盾体间隙铲豆砾石的方式，每隔5m在盾构机的切口四周用袋装砂石料围成一个围堰，围堰范围不小于2：00～10：00的时钟位置，以防管片背后的豆砾石、砂浆前窜。endprint

4.3 管片拼装

加强管片选型工作，通过控制盾尾与管片外表面的间隙，确保管片拼装符合设计要求。管片拼裝工艺与正常掘进时的工艺相同。选型时，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。

4.4 同步注浆

4.4.1 同步注浆浆液性能

同步注浆采用水泥砂浆。浆液初凝时间为6h，终凝时间为8h，施工时根据盾构机推进过程中浆液的流动情况，适当调整浆液胶凝时间。

4.4.2 注浆工艺

同步注浆在每环管片豆砾石人工回填后进行，与盾构机步进同步。注浆通过盾构机自身配备的同步注浆系统，采用手动控制方式，由人工根据现场情况调整注浆流量、速度、压力。

（1）注浆压力：为保证对管片背后空隙的有效填充，同时防止砂浆前窜至刀盘前方，注浆压力取值为0.05～0.08Mpa。（2）注浆结束标准：同步注浆时盾壳外围是敞开的，压力变化不大，不以压力作为注浆结束的控制标准。当注浆量达到能够顶托稳固管片时，即可结束注浆，约注2m3。在注浆过程加强对盾构机四周以及盾壳外部的围堰变形的观测，发现有浆液外泄，应暂时停止注浆。

4.5 盾构机二次始发

盾构机即将到达盾构段掌子面时，即对盾体周围尽可能多的填充豆砾石，填充完毕后将刀盘前面清理干净，拆除刀盘内部防止空推时刀盘变形而焊接的支撑。从盾体预留孔注入低强度水泥浆，使盾壳与隧道初支间空隙尽可能填满，以增加盾体转动阻力，待水泥浆初凝后再继续掘进。盾构机顶到掌子面同时开始转动刀盘，根据滚动角变化，调整刀盘左转右转方向。推进速度控制在5mm以内，直至盾体进入土体，滚动角变化不大为止。盾构机身进入土体后开始正常掘进。

5 结语

盾构机空推过矿山法隧道是由于在盾构机掘进方向前方出现长距离硬岩或上软下硬地层、孤石群以及其他特殊状况，盾构直接切削将造成刀具非正常损坏甚至刀盘磨损、引起重大甚至难以控制的损失。预先通过矿山法对隧道开挖初支，盾构机得以顺利通过。该施工模式的优点在于一方面使盾构机能快速连续通过不良地层，降低了工期风险，另一方面减少了盾构开仓换刀的频率，有效控制施工风险。通过本工程实例，盾构机空推过矿山法隧道时，只要控制好导台施工质量、盾构机进出隧道姿态、管片拼装质量、壁后间隙填充等关键工序是完全可以保证工程质量的。因此，在今后类似工程条件下，采用矿山法开挖初支与盾构空推拼装管片模式不失为一种较好的工法选择。

参考文献

[1]王春河.盾构机空推过矿山法段地铁隧道施工技术[J].铁道标准设计，2010，（3）：88-91.

[2]齐敦典.无后置出土口的盾构始发方案[J].建筑技术，2012，（2）：134-136.

[3]季维果.大连地铁2号线小半径曲线隧道盾构单井口始发技术研究[J].隧道建设，2014，（9）：895-899.endprint