盾构空推方案

盾构过矿山法隧道方案

1.工程概况

1.1 区间概况

本区间设计范围内隧道自田贝站南端头南行至翠竹路，左转向东南穿越大头岭至大头岭南侧，后穿过东门北路住宅小区，到达翠竹站东侧端头。

本区间设计范围里程ZDK10+165.970～ZDK11+374.800（含短链16.138m）。全区间有盾构开挖盾构衬砌隧道和矿山法开挖盾构衬砌隧道两种隧道，其中：ZDK10+165.970～ZDK10+635.000和ZDK11+022.000～ZDK11+374.800为盾构开挖盾构衬砌隧道，ZDK10+635.000～ZDK11+022.000为矿山法开挖盾构衬砌隧道。

盾构开挖盾构衬砌隧道长821.83mm（单洞）；矿山法开挖盾构衬砌隧道长387m（单洞）。

区间在ZDK10+470.117和ZDK11+017.5处共设2处联络通道，在ZDK10+470.117处联络通道中间设区间排水泵房，在ZDK11+017.5处设矿山法施工横通道，在横通道端头设施工竖井。

1.2 矿山法隧道概况

1.2.1 矿山法隧道

矿山法隧道按照新奥法原理设计,隧道衬砌及支护参数主要根据结构断面、围岩级别、水文地质条件、结构受力特性等因素，类比同类工程，并经计算分析及优化综合确定。区间结构支护形式为初期衬砌和盾构混凝土管片相结合，初期支护主要由超前小导管、砂浆锚杆、钢筋网、喷射混凝土组成初期衬砌支护体系。

矿山法隧道成洞断面见图1.

图1 矿山法隧道成洞断面图

1.2.2 临时竖井及横通道

井筒净空5m×6m，井深约28.1m。竖井支护按其围岩类别、使用要求，以及以往工程施工经验类比确定支护参数：初期支护分别为300mm、200mm厚的C20网喷混凝土与型钢钢架联合支护，井壁打设φ22砂浆锚杆。

横通道净宽5m，净高分别为4.5m和8.5m，长43.91m。采用割圆拱直边墙断面。其中线与地铁隧道右线线路相垂直，交点里程为YDK11+040。采用网喷C20混凝土，打设φ22砂浆锚杆进行支护。

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150mm，采用钢筋混凝土现浇，导台弦长3150mm，导台详见图2.

导台是盾构机通过硬岩隧道时的下部支撑，其施工精度直接决定着盾构机的姿态。导台施工模板定位后必须进行测量复核，混凝土浇注后应进行标高的复测，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，一旦欠挖影响盾构机通过，则提前处理。隧道断面测量采用直径6320mm的钢环模具进行测量，测量合格后，直径6280mm盾构机即可顺利通过矿山法隧道。

图2 导台断面图

2.2 “洞门处理”

盾构机到达前在矿山法隧道端头掌子面进行钻孔处理，以便盾构机进入矿山法隧道时，洞口形成的断面为光面，不至于参差不平影响盾构掘进。

具体钻孔方法为沿隧道内径6400钻孔，钻孔深度300mm，环向间距500，钻孔孔径25mm。

2.3 豆粒石备料

盾构机矿山法隧道空推掘进时，由于盾构机前方阻力很小，需对盾体及管片周围喷射豆粒石，以便增大摩擦阻力，增加推力，挤紧管片止水胶条。

豆粒石选择直径5~10mm，具体性能指标见表2。

表2 豆粒石性能指标

检验项目检验结果品质指标

表观密度/（kg/m3） 2600

堆积密度/（kg/ m3） 1320

紧密密度/（kg/ m3） 1500

含泥量/％ 0.6 ≤2.0

泥块含量/％ 0.3 ≤0.7

针片状物含量/％ 11 ≤25

10mm筛孔累计筛余/％ 12 0~15

5mm筛孔累计筛余/％ 95 80~100

2.5mm筛孔累计筛余/％ 99 95~100

注：豆粒石为花岗岩，粒径为5~10mm

豆粒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％。

豆粒石从矿山法隧道竖井用溜槽下放到井下，井下采用2m3翻斗车进行水平运输，均匀铺到导台两侧。

3. 进矿山法隧道前的盾构掘进机姿态控制

盾构机进入硬岩隧道前的25m作为盾构机到达段，根据地质条件采用敞开模式掘进。盾构机进入到达段时，逐步减小推力、降低推进速度，并加强出土量的监控频次。刀盘转速为1.65~1.85r／min，盾构机推进总推力小于800t，推进速度不大于25mm/min。

盾构机进入硬岩隧道前的最后3环采掘进速度控制在15mm/min以内，总推力减少为600t以内，采用小推力、低速度进入矿山法隧道。

在盾构机进入硬岩隧道前的150~200m，对盾构开挖隧道和硬岩隧道洞内所有测量控制点进行一次整体的、系统的复测和联测，对所有控制点的座标进行精密、准确的平差计算。在盾构机到达硬岩隧道前的100m、50m时应分别人工复测盾构机姿态，及时纠正偏差，确保盾构机顺利进入接收段。

盾构机在到达段掘进过程中，应派专人负责观察硬岩隧道段的岩面变化情况。发现围岩或硬岩隧道初期支护混凝土有较大震动或变形时，应立即通知盾构主司机调整掘进参数，防止推进力过大而造成刀盘前部围岩的大面积坍塌。4. 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。前期施工时推进速度一般控制在15~40㎜∕min之间，工艺

熟练后推进速度可达到60~85㎜∕min。下部油缸压力略大于上部油缸压力。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，主要检查硬岩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，刀盘前方的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。

盾构机向前步进时，混凝土导台必须清理干净，以便盾构机能在导台上安全顺利步进。

4.2 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。管片拼装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。

管片每安装一片，先人工初步紧固连接螺栓；安装完一环后，用电动扳手对所有管片螺栓进行紧固；管片出盾尾后，重新用扳手人工进行紧固。

4.3 豆粒石填充

豆粒石填充采用湿喷机在刀盘前面喷射，湿喷机喷射速率应达到每小时6~9 m3。喷射豆粒石时，每隔4.5m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，以防管片背后的豆粒石、砂浆前窜。从刀盘前方向盾构后方吹入粒径5~10mm的豆粒石骨料，喷射压力为0.25~0.3Mpa。喷射豆粒石过程中，非操作人员不得进入工作面，以免飞石伤人。

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8h，终凝时间为10.5h，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喷射豆粒石回填后进行，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。