越江隧道暗挖段空推技术

李鑫

中铁隧道股份有限公司河南郑州450001

摘要：盾构过空推段施工技术作为一种全机械化的施工方法，施工效率高。通过对盾构空推段施工注意事项和施工难点分析，盾构过暗挖段施工过程中的盾构接收、姿态控制、盾构空推、管片拼装固定、隧道防水等关键环节进行了分析和阐述。

关键词：盾构机；暗挖段；盾构接收；弧形导台；空推技术

1、引言

随着城市地铁发展，盾构穿越地层也更加复杂，一个盾构区间内存在两种截然不同的地层也经常遇到。在硬岩、极硬岩地段，采用盾构法施工会加速盾构机刀具磨损、降低掘进速度，且频繁更换刀具使人工成本及工程成本不断上升，对工程整体进度产生影响。本文结合武汉地铁三号线七标盾构空推过暗挖段为例，通过实际的空推方案、数据分析对上述问题进行详细阐述。

2、工程概况

武汉轨道交通某盾构区间，中间风井至汉江隧道区间穿越中风化灰岩及石英岩层，强度约33～58MPa，考虑盾构在硬岩中掘进困难、进尺速度慢等因素，该段采用“矿山法”+“盾构法”施工；汉江至北起点区间采用盾构法施工。

管片环宽1.5m，厚度350mm，楔形量为40mm，外径6200mm，内径5500mm。矿山法隧道结构：净宽：6.6m、净高：6.750m；隧道上部为3－2粉质粘土，隧道下部为17a－1中风化泥岩。线路最小转弯半径350m；最大纵坡28‰；最大埋深37.2m；最高水土压力5Bar。本工程北起点－中间风井盾区间采用两台泥水盾构施工，盾构机由北起点始发向中间风井掘进，隧道内完成盾构接收后空推至中间风井吊出。

3、施工总体方案及注意事项

（1）暗挖隧道采用矿山法爆破开挖、钢拱架挂网喷浆，隧道底部施作弧形钢筋混凝土导向平台。

（2）盾构完成越江段掘进后，到达暗挖段隧道接收里程，通过盾构机尾部注浆止水，凿除暗挖段封堵墙后，确保盾构机顺利进入暗挖空推段完成接收，开始后续空推过暗挖隧道施工。

（3）盾构空载推进拼装管片通过时，管片背后与暗挖法初期支护间的空隙吹填豆砾石，保证管片脱离盾尾后不产生下沉、错台。

4、盾构接收方案

4.1钢筋混凝土导台施作

盾构机在没有障碍的前方空载推进，刀盘和盾体与围岩不接触，很难保证按设计线路行驶。在暗挖段须设置钢筋混凝土导台为盾构机提供精确导向，确保盾构机保持良好的推进姿态，从而确保管片拼装质量，达到预期的成型和防水效果。暗挖法开挖完成初期支护后，在隧道底部90°范围内施作半径为3470mm，厚度200mm的C25弧形钢筋混凝土导向平台。钢筋混凝土导向平台的中心线与隧道中心线重合，且对称于隧道中心线。

4.2盾构接收

盾构隧道与硬岩隧道贯通前20m作为盾构接收段。采用泥水平衡模式掘进，盾构进入接收段时逐步减小推力、降低掘进速度，并适当降低气仓压力、压力保证气仓液位平衡，盾构刀盘到达暗挖与盾构区间分界里程前20环及接收段回填区域，保证同步注浆量，在控制注浆量的同时控制注浆压力，防止同步注浆浆液窜入刀盘区域。盾构刀盘进入分界里程20m，降低刀盘转速及推进速度，刀盘转速1.0rpm/min，掘进速度15mm/min以内，防止刀盘突然接触封堵墙，对刀盘刀具产生冲击破坏。

4.3挡水墙的施作

为确保施工安全，在中间风井侧施工的矿山法隧道内，距盾构法隧道与矿山法隧道分界里程10m处设置1堵厚500mm的钢筋混凝土挡水墙。挡水墙横向、竖向主筋采用φ20螺纹钢间距@200布置，主筋矿山法隧道初期支护内侧预埋钢筋焊结形成整体，撑筋采用Φ10@400×400梅花形，钢筋连接采用焊接。挡水墙顶部及底部各设置1个带有闸阀的Φ100钢管，在盾构隧道贯通前从挡水墙顶部钢管向储水室内注入清水，贯通后通过挡水墙底部钢管采用泥浆泵抽水进入排污系统，拆除挡水墙，清理施工场地。

5、盾构空推方案

导台混凝土强度达到设计强度、暗挖段设备和材料到达施工现场，各项监测、复核等前期工作完成后，进行盾构空推施工。盾构机向前推进过程中充填豆粒石，豆粒石在刀盘前逐渐挤压密实，盾构机进入正常空推模式。空推过程关闭泥水循环模式，行程达到一环（1.5米）后，暂停推进模式，切换至拼装模式。拼装管片过程中在管片外壁与暗挖成形隧道间形成的建筑空隙充填豆砾石。同时，同步注浆充填注浆材料到盾尾的进行包裹止水。首先做好施工前准备、边刮刀拆卸、暗挖段超欠挖等检查。

5.1空推段掘进、盾构推进

越江段掘进完成后（隧道贯通），利用挡水墙下部排水管将储水室内的泥浆及废水排入排污系统，凿除挡水墙，清理施工场地，准备盾构空推过矿山法施工。

盾构空推过程中，根据线路设计，计算出盾构每环推进的偏转角及推进油缸行程差，在盾构推进前复核盾构轴线误差，根据误差调整推进油缸行程差，保证盾构盾壳与暗挖隧道初支预留间隙，确保盾构机按隧道设计轴线进行推进。根据刀盘与弧形导台之间的关系，调整各组推进油缸行程差，使盾构姿态沿设计线路方向推进，推进速度控制在30～50mm/min。盾构推进过程中在前方检查、监测，主要检查是否有侵入盾构刀盘轮廓初支、盾构前体下部与弧形导台的结合情况、豆砾石回填是否密实等。

5.2管片拼装

下一环的管片拼装类型由上一环管片类型与封顶块位置、盾尾间隙、推进油缸行程差以及盾构的实际运行姿态共同确定。在空推过程中，由于正面无土压管片拼装时环缝间隙较大，管片压紧程度小，达不到要求的防水性能，故管片拼装时加强螺栓预紧力，管片脱离盾尾后需重新用气动扳手紧固。管片每安装一片，先人工初步紧固连接螺栓；安装完一环后，用风动扳手对所有管片螺栓进行紧固；待管片脱出盾尾后，重新用风动扳手再次复紧。

5.3豆砾石吹填

在管片拼装的同时进行豆砾石喷射回填，从盾构后方管片背后吹入粒径5～10mm的米石骨料，喷射压力0.25～0.3MPa。喷射豆砾石填充区域为管片底部1200mm，填充率不小于35%，每环管片需喷射米石约2.8m³。

5.4洞门封闭隧道灌浆

盾构空推至风井指定停机位置后，快速拆机施做洞门。洞门封闭后在隧道管片预留的二次注浆孔采用砂浆泵灌注砂浆，目的是填充管片背后尤其是两侧及顶部的空洞，确保管片与初支初期支护间的密实度。

注浆完成标准以注浆量和注浆压力双重控制：砂浆灌注量填充率不小于65%，每环约4m³，压力控制在0.3～0.4MPa。

5.5二次补充注浆施工

盾构前方回填的豆砾石不能密封住刀盘面，同步注浆不能保证初期支护与管片之间填充密实，在管片背后进行二次补充注浆。二次注浆分3次完成，首先当盾尾脱离管片后，从管片底部吊装孔注入双液浆，防止管片下沉而产生错台；其次距盾尾3～5环管片上在3点与9点位置管片吊装孔注入双浆液，以防管片产生侧移；最后在每隔8～10环做一次环向封堵，通过中间管片的1点、11点吊装孔注入双浆液，对拱顶进行回填。通过喷射豆砾石、同步注浆、二次注浆，以保证初支与管片间的间隙填充密实。

6、总结

综上所述，在武汉轨道交通3号线一期工程某标段土建施工宗关站～王家湾站盾构区间暗挖空推段采用了吹填豆砾石、预留弧形导台辅助盾构机通过矿山法的隧道技术，盾构机姿态、管片拼装质量和管片背后注浆效果成洞质量较理想，提高了施工质量水平，缩短了施工时间，总体产生了良好的经济效益和社会效益。

参考文献：

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.盾构法隧道施工与验收规范［S］北京：中国建筑工业出版社，2008：68．

[2]侯学渊，钱达仁，杨林德．软土工程施工新技术［M］．安徽科学技术出版社，1999．

[3]杨书江.盾构在硬岩及软硬不均地层施工技术研究［D］.上海：上海交通大学，2006.