盾构空推过矿山法隧道的质量控制

摘要：在地铁隧道中，盾构空推过矿山法隧道在硬岩段及上软下硬的地层应用较多，本文从施工过程中的联系测量、导台施工、空推掘进、填充与注浆等方面进行分析，指出了该工法质量流程控制，并针对施工中的重难点，提出有效的解决措施，保障了成型隧道的质量。以期对类似工程起到借鉴的作用。关键词：盾构；空推；质量控制1引言我国城市地铁隧道常为浅埋隧道，上覆建筑物多，交通繁忙，通常采用盾构施工。但是在广州、深圳等地的复合地层中掘进时，常遇见全断面硬岩、孤石群或长距离上软下硬的地层，如仍采用盾构法施工，会造成掘进速度慢、刀具磨损多，工程造价高、安全风险大等问题，成为盾构施工的软肋。为解决这一难题，现普遍采用“矿山法开挖、盾构法衬砌”的工法，即盾构空推过矿山法隧道法。指隧道在局部硬岩段采用矿山法开挖成型初支，再利用盾构机空推，拼装管片通过。两种工法混合施工，虽提高了进度，降低了地质风险，但存在较大的施工难度，施工中存在盾构空推扭转、管片上浮或侧移超限、管片拼装质量差，隧道渗水等质量隐患，本文从施工的全过程中提出质量管理要求及技术措施，保障了成型隧道的质量。2盾构到达时前期准备工作2.1隧道的联系测量及洞门复核隧道矿山法初支施工完成后，将对隧道进行一次联系测量，形成矿山法隧道竣工测量成果，在矿山法竖井封闭之前对接收洞门位置进行复核测量，在盾构推进距端头50m时，对盾构机的位置进行准确的测量，明确成洞隧道中心轴线与隧道设计中心轴线的关系，确定盾构机的贯通姿态及掘进纠偏计划。在考虑盾构机的贯通姿态时注意两点：一是盾构机贯通时的中心轴线与隧道设计轴线的偏差，二是与接收洞门位置的偏差。综合这些因素在隧道设计中心轴线的基础上进行适当调整。纠偏要逐步完成，每一环纠偏量不能过大。2.2隧道的断面测量超欠挖处理矿山法隧道采用了爆破法开挖，爆破施工时，较难控制隧道断面的尺寸，容易产生超欠挖情况。若欠挖部位未处理到位，在盾构机通过时，刀盘易被卡住，阻碍盾构机前进；若超挖未处理，隧道环后存在较大有间隙，成型隧道易上浮或偏移。为保证隧道断面的尺寸，在初支施作后，应对断面进行复测，每隔4.5m进行一个断面测量，每个断面测量10个点。2.3盾构导台施工盾构导台在矿山法完成后施做，在隧道底部施工导向平台。导台支撑着盾构机并为盾构机前进起导向作用，盾构机在导台上空载推进并拼装管片。导台采用现浇C30钢筋混凝土，厚度150mm。导台的高度和轴线必须控制在规定范围内。导台断面弧长与隧道中心夹角为60°，以保证盾体与导台有足够的接触面，导台弧面施工必须满足设计要求，使盾体与导台保持均匀接触。导台施工过程中，严格控制导台混凝土浇筑质量，确保导台混凝土强度达到设计要求。3盾构机推进及管片拼装3.1盾构上导台施工⑴在盾构机距离洞门50m时，根据盾构机的贯通姿态及掘进纠偏计划进行推进，选择合理的掘进参数，纠偏要逐步完成，逐渐放慢掘进速度，推力逐渐降低，缓慢均匀地切削洞口土体，以确保到达端墙的稳定和防止地层坍塌。⑵在盾构机刀盘距洞门掌子面0.5m时应尽量出空土仓中的碴土，减小对洞门端墙的挤压和人工清碴量。洞门破除后，盾构刀盘停止转动并暂停推进，及时派人工辅助盾构螺旋输送机排除，以防盾构上导台过程中盾构偏向。⑶在盾构贯通后安装的几环管片，由于矿山法隧道时推力较小，洞门附近的管片环与环之间连接不够紧密，因此需做好后20环管片的螺栓紧固和复拧紧工作。3.2盾构机推进及管片拼装⑴盾构机沿导台向前推进，应及时监测盾构机推进情况，检查矿山法段的断面是否欠挖、盾构机壳体与导台的结合、两侧豆砾石回填等情况。盾构机进推时，要密切注意盾构机刀盘周边与初衬、成环管片与盾尾间的间隙，确保盾构机沿导轨的中心线路前移。⑵严格控制盾构机推进速度，由于盾构机在导台上空载向前步进,为防止盾体扭转、保证喷射豆砾石、同步注浆和二次注浆充填密实、防止管片上浮及侧移，将盾构机向前推进的速度控制在20mm／min以内。⑶在初衬隧洞内拼装管片与正常盾构法施工基本相同，只因盾构在初衬隧洞内不能作大幅纠偏动作，故管片选型及确定封顶块拼装位置显得尤为重要。管片选型时，要根据盾尾间隙、油缸行程及盾构机姿态综合选择合适的管片。4管片背后填充4.1豆砾石储运及喷射⑴豆砾石必须在盾构始发进洞前储运完成。豆砾石粒径为5～10mm，数量可根据矿山法初支隧道与成型盾构管片背后的间隙计算而得，根据实际情况适当增加，豆砾石的堆放应从矿山法隧道掌子面向始发洞口方向均匀堆放。⑵管片脱出盾尾后，盾壳与管片之间约有13cm的间隙，首先通过底部管片吊装孔作为注浆孔注入少量双液浆，以防管片下沉产生错台。然后采用2台喷射机从盾构机刀盘上方1点和11点位置交替喷射，喷射时枪头置于盾体上，超挖过大可以适当增长喷射时间，如此反复至间隙填充饱满。每隔10m在盾构机的切口四周用袋装砂围成一个围堰，围堰高度不小于4m，以防注入管片背后的豆砾石前窜。4.2同步注浆在喷射豆砾石的同时，利用盾构机2＃和3＃同步注浆孔向管片背后注入水泥砂浆，同步注浆水泥浆配合比为1:1,注浆压力控制在0.2～0.3MPa，每次同步浆液量为4～5方，在同步注浆进行的同时，需密切关注同步注浆扩散情况，必要时调整浆液配合比从而缩短浆液的凝结时间。4.3二次注双液浆由于盾构机前方是敞开的，同步注浆效果不佳，必须对管片进行补充注浆。二次注浆共分三次进行，第一次在管片脱出盾尾后，通过底部管片吊装孔作为注浆孔注水泥水玻璃双液浆，以防管片下沉产生错台；第二次随着盾构机向前掘进，在盾尾后4～5环管片上，在3点和9点位置通过管片吊装孔注入双液浆防止管片侧移；第三次每隔十环进行一次环向封堵，中间管片通过1点11点吊装孔注入双液浆，进行拱顶回填。多次注浆才能确保管片后间隙填充密实。5工程的重难点及质量控制措施5.1防止管片上浮及侧移措施管片与隧道初支间空隙较大且不均匀，注浆时操作难度大，而且填充效果差，从而导致顶部回填注浆难以密实，极易发生管片上浮和侧移，直接造成管片错台或崩角，严重时会侵入建筑限界。⑴加强管片注浆管理，一旦出现管片上浮或侧移，在管片上浮或侧移处，通过打穿管片吊装孔，打入注浆管进行二次补充注浆，迅速填充管片背后或上部间隙，阻止管片上浮和侧移。⑵为了防止管片上浮，管片脱出盾尾后，可在管片的上部的吊装孔安装钢质支顶，支顶紧贴在矿山法初支，另一端通过支顶螺母焊接固定在管片吊装孔钢螺栓上，通过此措施来限制管片上浮及侧移。5.2盾构前进反力不足，易导致管片接缝渗漏因盾构机前方没有土体，在无正面土压力的状态下推进，盾构前进的阻力所提供的反力远小于管片止水胶条所需的挤压力。从而易产生因反力不足而导致管片止水胶条挤压不实，影响管片止水条的防水性能造成管片接缝渗漏。为保证管片止水带的压密防水效果，管片安装完后及时整圆并做好管片螺栓的三次复紧工作：管片拼装成环时，其连接螺栓先逐片初次拧紧，脱出盾尾后再次拧紧。当后续盾构掘进至每环管片拼装之前，对相邻已成环的3环范围内管片螺栓进行全面检查并复紧。尤其加强支撑施加反力时的纵向螺栓复紧工作。特殊情况下可通过加设支撑结构，为盾构机空推提供反力，盾构机每掘进一环，都从刀盘开口伸出4个支撑顶在隧道初支上提供的反力，使盾构机推进千斤顶总推力达到300～500T。管片压紧拧紧螺栓，收回支撑臂，然后恢复盾构继续推进。5.3防盾构机扭转及抬头的措施防盾构扭转及抬头是盾构在矿山法隧道段掘进的难题，由于盾构壳体外部不具备设防自转裝置条件，采取措施如下：⑴在喷射豆砾石过程中，要及时清理刀盘下面残留豆砾石，始终保持刀盘前方2米范围内导台表面清理干净，防止豆砾石下串盾体引起盾构机抬头。⑵在盾构机通过矿山法隧道期间，严禁转动刀盘，防止盾体扭转。⑶从盾体预留孔处注入低强度水泥浆液，使盾壳与隧道初支间空隙尽可能填满，以增加盾构壳体转动阻力，待水泥浆开始初凝时再继续掘进。⑷每拼装完一环管片，在尾盾盾体与管片侧面接口处用签字笔画一条线，通过观察这条线的对接情况来判断盾体是否扭转及扭转的大小，发现盾体扭转时应立即停止向前掘进，及时查找原因并采取纠正措施。6结束语该工法在施工中，盾构机姿态、管片拼装质量和管片背后注浆效果决定了盾构隧道的最终成洞质量，因此盾构通过矿山法施工隧道段关键技术是导台施工质量、盾构机在导台上姿态、管片拼装质量、管片压紧程度和管片背后填充效果等，做好上述各项质量控制点，盾构通过矿山法隧道质量就得到了有效控制。