盾构机空推过矿山法隧道施工技术与控制

徐岩军

陕西建工集团股份有限公司（710043）

1 工程概况

某隧道工程需要穿越岩层基岩隆起及孤石群段，区间隧道需穿过砂砾、全风化花岗岩、粉砂等地层， 局部需要穿过微风化花岗岩和中等风化花岗岩，施工难度较大。为确保施工顺利进行，并保证施工安全，施工单位在综合考虑各方面因素后，采取了盾构法与矿山法相结合的施工方式。盾构区间右线设计里程范围为YDK13+304.7～YDK4+237.85，施工长度为954.73 m，其中纯盾构法施工的长度为710.29 m，复合施工段的长度为244.44 m。

2 施工工艺及主要技术措施

在盾构机到达硬岩地层前，采用矿山法开挖硬岩地层并进行必要的初期支护，同时在隧道底部施作弧形素混凝土导向平台。盾构机在导向平台上空载推进，拼装管片通过，管片背后与矿山法隧道初期支护间的空隙采用吹豆砾石与注浆结合的方式填充密实，直至达到成型隧道的质量要求。

2.1 盾构机到达矿山法施工段前的工作

采用矿山法开挖隧道并完成初期支护，同时处理完欠挖；事先在隧道中堆填豆砾石，需要根据隧道超挖及管片与初期支护之间的间隙情况计算确定豆砾石的堆填数量；盾构空推所需要的相关施工设备，包括喷射机及相关管路、空压机、处理欠挖的风镐等，均应提前布置在矿山法隧道中；需要做好前期的施工勘察工作，认真分析和研究施工环境及条件，制订科学合理的施工技术方案，并做好技术交底和技术培训等准备工作。

2.2 盾构机到达矿山法施工段后的工作

首先，在矿山法竖井封闭之前，需要再次对接收洞门的位置进行测量。当盾构机推进至盾构到达端头50 m 范围时，要准确测量出盾构机的位置，明确成洞隧道中心轴线与隧道设计中心轴线的关系，确定盾构机贯通姿态并制订掘进纠偏计划。在确定盾构机贯通姿态时，需要注意以下两点:一是盾构机贯通时中心轴线与隧道设计轴线的偏差； 二是盾构机与接收洞门位置之间的偏差。 在综合考虑这些因素的基础上， 结合隧道设计中心轴线进行合理的调整，逐步完成纠偏。 其次，在盾构机到达距洞门墙50 m 的位置时，要选用合理的掘进参数并降低掘进速度； 建议将掘进速度控制在20 mm/min 以下，并逐渐减小推力，缓慢切削洞口的土体,确保盾构到达时端头及接收洞门相对稳定，避免接收端头出现坍塌情况。 最后，在盾构机进入到达段后，需要加强对地表沉降的监测和控制力度， 应及时反馈监测信息并指导掘进；在最后一环管片拼装完成后，通过管片的二次注浆孔注入双液浆， 并进行封堵。 应采取多次注浆的方式，每次注浆过程中，采取注浆压力和注浆量双控措施，同时观察接收洞门是否漏浆；一旦漏浆，该次注浆即停止。 同时，利用盾构机上的径向注浆孔向地层中注入聚氨酯等材料，以进一步封堵接收端头。

2.3 盾构接收上导台

在盾构机刀盘距离洞门掌子面0.5 m 时， 应尽量清空土仓中的渣土，以减小对接收洞门端墙的挤压和人工清碴量。 在洞门破除之后， 由于会产生较多的碴土块并掉至矿山法隧道接收端头，此时应停止盾构刀盘转动并暂停推进，及时派人员辅助盾构螺旋输送机排除碴土块，避免盾构机上导台时发生偏向。 待清理完碴土块后，检查导台头部预埋的钢板是否存在异常情况；待检查一切正常后，在维持盾构刀盘不转动的工况下继续推进， 直到盾构机在导台上正常前进。 另外，在盾构贯通后所安装的几环管片，应保证注浆饱满密实，且要及时将螺栓拧紧，避免出现管片下沉、错台和漏水等情况。

2.4 盾构机的推进

在盾构机完全上导台后，为了保证施工的安全性，需要及时对盾构机进行维护检查，避免盾构机滚动或损坏导台，确保盾构机在导台上顺利推进。 在盾构推进之前，要将盾构机刀盘最外侧的刀具都拆除；盾构推进时，开启4 组主推千斤顶，并调整推进千斤顶的行程差，确保能满足盾构机在曲线段掘进的需要。 另外，在盾构推进时，要重点关注盾构机刀盘与矿山法隧道初期支护、成环管片与盾尾间的间隙，并保持良好的状态；空推时盾构机的总推力应保 持 在 300～600 t， 注 浆压 力 保 持在 0.10 ～0.25 MPa，刀盘扭矩则为0。

2.5 管片拼装

盾构初期在支护隧道内拼装管片的方法与正常情况基本一致，而考虑到盾构初期在支护隧道内不能进行大幅的纠偏动作，所以需要注意管片选型及封顶块拼装位置的确定。 当盾尾单边间隙缩小至30～35 mm 时，要进行管片选型并调整封顶块位置，如果推进方向左或右侧的盾尾间隙在35 mm 以内，需要根据前一环管片类型及封顶块位置选择左或右转楔型环管片，否则选择标准环管片。 由于是在无正面土压力的状态下推进，管片的压密程度相对较低，为保证管片止水带的压密防水效果，必须对连接螺栓进行加强紧固，并用高速气动扳手对连接件进行复紧；尤其要做好支撑施加反力时的纵向螺栓（即环间连接螺栓）复紧工作[1]。

2.6 管片背后回填

由于在管片壁后注浆时盾构机前方是敞开的，管片注浆效果可能不理想，须对管片进行补充注浆。每10 环管片，在管片吊装孔开口检查注浆效果，若注浆效果不好，则进行补充注浆。

2.7 盾构机过联络通道处

在做好的联络通道段空推时，先用片石把做好的联络通道封闭起来，形成两个独立且平行的隧道，然后空推喷射豆砾石、拼装管片通过，待通过后再做切割管片、联络通道口防水等工作。

3 施工中常见的问题及控制对策

3.1 矿山法隧道断面尺寸问题

在矿山法隧道内，其断面尺寸可能会不符合盾构空推的要求。 针对这一问题，需要在完成隧道初期支护及盾构导台施工后，对隧道进行一次断面测量并生成测量结果， 为盾构机正常通过提供依据。断面测量时，每隔4.5 m 设置1 个测量断面，每个断面设10 个测量点。 另外，在隧道空推时，刀盘前应派专人观测、测量盾构机刀盘与矿山法隧道初期支护之间的间隙， 若发现不满足盾构机通过要求，应立即停机并处理欠挖部分，避免盾构机被卡住。

3.2 防盾构机扭转及滚动问题

在盾构机空推过矿山法隧道段时会遇到的另一个问题就是盾构机扭转和滚动问题。 考虑到盾构壳外部不具有防扭转的条件，应采取以下两项应对措施:

1）采用低推力、低扭矩、小贯入量的掘进模式，开动盾构机缓慢推进；使土仓装满土，再从土仓隔板注入膨润土，建立土仓压力；再从盾体预留孔处注入低强度水泥+膨润土浆液，使盾壳与隧道初支间的空隙尽可能填满，以增加盾构壳体转动阻力，待浆液开始初凝时再继续掘进。

2）选择刀盘左右转交替掘进模式，减少自转幅度，将盾构机回转角控制在最小范围内[2]。

3.3 管片上浮问题

由于管片与隧道初期支护的间隙较大且不均匀，因此容易出现管片上浮的问题。 面对这一问题，需要确保盾构空推时豆砾石喷射饱满和同步注浆饱满。 同时，空推时要增加测量频率，应每日对管片姿态进行跟踪测量， 及时反馈实测管片姿态数据，对管片姿态进行分析，检查是否有上浮现象以及上浮速度和上浮量，通过加强二次注浆等措施抑制管片上浮。

4 结语

文章结合具体的隧道施工案例，对矿山法隧道开挖及初期支护、盾构机空推导向平台、盾构机空推过矿山法隧道管片复合衬砌等的施工流程及主要技术措施进行分析，并针对施工中常见的问题提出相应的控制措施。 在硬岩、孤石、破碎带等不良地质条件下采用盾构法与矿山法相结合的施工方式，可以降低施工风险、提高施工效率；同时，通过加强盾构机空推过矿山法隧道管片复合衬砌过程技术控制，确保成型隧道施工质量。