盾构通过矿山法施工关键技术及安全风险评估管控

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0 引言

在隧道中施工时，经常会遇到地层较为复杂且岩层难以通过的状况，若要加快工作进度同时能够保证施工的安全性，则一般都会将盾构法与矿山法结合使用来达到目标。二者结合在隧道段施工，一般都是以下流程：首先便是使用矿山法爆破，将岩石层（包括为风化岩）全部清除，此时注意，其施工断面要能够大于盾构外径的初期衬砌，同时要在此时完成管片的拼装以及壁后注浆的流程。完工后再紧接先前完成的施工进行操作，将盾构机进入矿山法所形成的隧道，重新进入土体进行第二次的挖掘。

隧道施工时，往往内部的地质条件不确定，而且水文条件复杂，若施工时，两种方法不能够完美的衔接，则会产生较大的危险性，就此，本文将对各类潜在的风险进行评估并提出管控措施。

1 盾构通过矿山法施工关键技术

使用盾构通过矿山法在隧道进行施工时，涉及到的技术往往较为复杂，文中主要介绍的关键性的技术如下：导台施工技术、二次注浆技术、特殊情况的处理技术等。上述技术能否准确有效的进行实施，将直接关系到隧道施工能否安全完成。

1.1 导台施工技术

一般来说，在用二者结合进行施工时，导台施工技术是首先被考虑的。该技术指的就是对隧道底部的导向平台进行针对性的施工。该处的关键导向平台，其作用就是为盾构机的向前推进进行指导方向。应用具体如下：导向平台的建立采用的是混凝土施工法，将其建立在 15cm左右的高度，并保证高度与弧线能够维持在一定的误差范围[1]。但必须注意在实际中，施工必须确保隧道的中心与平台的弧长维持在60度的夹角上，以便能更好的发挥其功能，保证隧道施工的导向，提高其质量，使施工流程能够顺利的完成。

1.2 管片填充技术

使用盾构矿山法施工的过程中，管片的填充是必不可少的一道流程。其具体的填充方式如下所示：首先，就管片的填充顺序上，应当保证遵循先下后上的规则，先填充导台，再对其左右侧进行相应的填充，最后则是将隧道上部[2]填充完成。

同时，要注意的点便是豆砾石的填充，应在导台的填孔内注满，其他则主需要一部分即可，以此保证质量。

1.3 二次注浆技术

根据施工实际的情况需要，必须将缝隙填密实因此便需要进行由洞门开始的二次注浆处理。但该过程中应注意，管片会由于浆液的浮力而上浮，所以为阻止上浮，应在管片上安装支顶从而保证灌浆的质量，进而使缝隙密实度提升，使灌浆的效果达到最佳的水平[3]。在二次灌浆完成后，紧接着便要测量整个隧道的高程，确保上浮量不超过1.5毫米。

1.4 特殊情况的处理技术

在进洞时，有时会发生涌水的情况。应当对其细致观察，先了解地下水的实际状况，再进行地面的预埋注浆管，并立刻将刀盘推进，通过洞门，并将盾体使用棉胎进行填塞，待到水流变小，快速通过并封住洞门[4]。

2 盾构通过矿山法施工危险源分析

2.1 欠挖时的刀盘卡壳风险

由于矿山法在开挖时使用的是爆破法，而爆破法常见的问题就是容易出现欠挖状况，进而导致盾构机通过时，刀盘发生卡壳。

2.2 盾构机姿态偏差过大破坏初支结构的风险

由于在矿山法完成时，使用盾构法需要先进入一段隧道空推段，而在此之前，必须穿越一段上软下硬的地层。此时若基岩的强度过大，超过100Mpa时，由于上下地层的强度差异性，会使盾构机在运转中产生姿势上抬的反应，影响其施工效果，且极有可能使得隧道轴线与严重偏离应放置位置，且一旦姿态偏差超过一定程度，必会导致刀盘对矿山法施工所形成的隧道内结构造成巨大的影响，甚至会导致结构破坏，使得接下来的空推无法进行。

2.3 盾构前进反力不足导致管片接缝渗漏

由于盾构机推进的过程中无前方土体的阻力作用，会形成一种反力远小于管片止水胶条保持原有状态所需挤压力的状况，以至于因此使胶条受到过少的挤压引起防水性能下降，从而使管片处的接缝渗漏。

2.4 豆砾石填充不密实导致管片上浮的风险

若豆砾石无法进行紧密的填充，往往会使管片与矿山法形成的初支产生较大的不均匀空隙，增大了注浆的难度，严重降低了填充效果，进而引起顶部回填注浆密实度难以达到要求的状况，使管片上浮并侧移，以及管片错台或崩角的现象，若情况较严重，还会侵入建筑限界。

3 盾构通过矿山法施工安全管控措施

3.1 矿山法隧道的欠挖处理

由于爆破开挖法的使用，在此采取以下措施对其进行欠挖状况的管控：首先在初支完成后，紧接着要以每4.5m为一个间隔对断面进行复测，一般对每一个断面都是选10个点进行测量，若发现欠方部位，应及时使用人工凿除的方法进行弥补，保证其净空的尺寸能够符合要求，保证断面的尺寸。

3.2 盾构上导台前的控制措施

当运行到盾构机与端头墙只有大约150至200米距离时，应及时的对于该方法中的所有测量控制点，尽行全方位、具体的系统复测以及联合测量，保证其准确性。当进一步推进到100m及50m时，则应当对两个状态分别的进行人工复测其盾构姿态，有助于保证其准确性和及时的发现问题，使得施工能顺利的进入接收端。当达到50m时，应当根据盾构机贯通时的姿态以及所制定好的纠正方案稳步推进；当达到25m时，便要放慢其速度，慢慢掘进，缓缓降低所施加的推力，将洞口的土体削匀，保证端头墙能够始终处于稳定的状态，避免坍塌现象的发生。

3.3 盾构空推掘进及管片拼装的控制措施

为避免没有反推力导致胶条损坏，可以通过对其增加支撑结构的设置，人为的使其得到一个反力，每次当盾构机掘进一环，便在刀盘开口提供四个产生反力的支撑顶，使千斤顶的总推力达到 300至 500T。紧接着，将管片的螺栓进行检查，对其要拧紧，然后及时地将支撑臂收回，使盾构继续地进行推进。为保证避免出现漏水现象，要对管片的螺栓进行以下三次的复紧工作:

1.当管片被拼装成环时，进行第一次的拧紧；

2.当其脱出盾尾时，第二次拧紧；

3.当接下来盾构继续往前推进，一直到没环的管片进行拼装之前，对三环范围内的已经相邻成环的螺栓，特别是在加强支撑臂时，实施复紧工作。

3.4 盾构管片背后填充的控制措施

此处对于豆砾石有更加严谨的要求。豆砾石应当保持直径在 5～10mm的范围内，且其储运工作应在盾构开始进洞前必须完成。其数量可根据初支隧道与成型盾构管片背后所形成的空间来进行计算得出，一般对此数量根据实际情况进行相应的增加计算，避免其不足引起施工的不便。针对此，应当采取以下措施进行处理：

第一步，注入少量双液浆，位置便在底部的管片吊装孔处，避免下沉，从而导致错台现象发生。

第二步，准备两台喷射机进行施工，将其设置在盾构机刀盘上方的 1点钟与11点钟方向，两者进行交替喷施，同时在大约以10m一个单位进行围堰的设置，材料便用袋装沙即可，其高度至少要高于4m，避免管片后豆砾石产生前窜。

4 结语

盾构通过矿山法这种方式对隧道进行施工，是难度最大的。本文主要是通过对导台施工、管片填充、二次注浆以及特殊情况处理这四个方面技术进行要点介绍，同时对可能产生的施工问题以及安全风险进行了详细的列举，并提出了相应的改善措施，有助于今后实际中的应用。但具体还是应当实事求是，根据工地的实际情况进行综合分析，确保工作能够安全高效地进行。

[1]尤雪娣. 新奥法在核电厂盾构法隧道取水工程中的应用[J]. 电力勘测设计,2014(4):61-65.

[2]张常光, 张庆贺, 张振光. 盾构穿过矿山法隧道的管片特性现场试验研究[J].上海交通大学学报, 2013, 47(9):1454-1458.

[3]邓尤术, 杨永祥. 大跨径地铁车站 TBM 与暗挖交叉施工技术[J]. 隧道建设(中英文), 2012, 32(2):197-200.

[4]张振光, 赵艳粉. 盾构在矿山法隧道内进出洞施工关键技术[J]. 铜业工程,2012(2):47-50.