盾构机空推过矿山法段地铁隧道施工技术王春河(.中国矿业大学 (京 ) 1北，北京 10 8;2 0 0 3 .中铁六局集团有限公司，北京 10 3 ) 0 06

摘要：对盾构机由盾构段空推过矿山法段施工过程进行探 针

工方法施工， 2 4 4 8m。隧道埋深 7~ 1长 4 . 3 2 m。盾构区间右线采用 1台复合式土压平衡盾构机掘进，构盾

讨，出了矿山法开挖+喷初支+片衬砌的复合施工方案，提锚管并对施工过程中关键部位质量控制进行了进一步探讨，今后为

机由地铁红树湾站东端始发，沿东北向下穿白石三道、白石路、欢乐海岸到达区间竖井吊出。

施工过程中遇到硬岩、石群或长距离上软下硬等地质情况下孤施工方案的设计提供参考依据。关键词：铁；盾构法；矿山法；空推；施工方案地

根据补充地质钻探资料显示，隧道设计线路通过地层自上而下主要为素填土层、填石层、砾砂层、淤泥质黏土层、质黏土层、 ( )砾全强风化花岗岩；盾构穿越地层主

中图分类号： 2 1 U 5 .3 U 3; 4 5 4

文献标识码： A

文章编号： 0 2 5 (0 0 0—0 8—0 1 4— 94 2 1 )3 0 8 4 0

要为砾砂层、砾质黏土层；构与暗挖段接口上部为砾盾质黏土层，部为全风化花岗岩。矿山法隧道开挖前经下1概述

过注浆加固，初支后侧壁稳定，表基本稳定。地 3施工方案探讨 3 1施工总体思路 .

城市地铁通常为浅埋隧道，穿越路线为城市繁且华地段，上覆建筑物多、口密集、通繁忙，以通常人交所采用盾构法施工以减少对地面影响。然而在开挖过程中若遇到硬岩、孤石群或长距离上软下硬地段时，采仍用盾构法施工将会加速刀具磨损、降低掘进速度，繁频更换刀具将使人工成本及工程成本不断上升，施工且安全风险极大，对工程整体进度产生影响。故在此类地段可以考虑矿山法与盾构法相结合进行施工。如深

施工方案总体设计思路为红世区间采用矿山法开挖+锚喷初支+管片衬砌的复合施工方法，先采用矿即山法施工隧道初支，然后再利用盾构拼装管片空推通

过矿山法隧道，空推的同时由盾构拼

装管片形成矿山法隧道的二衬，衬和初支之间的孔隙采用粒径小于二

圳地铁 2号线某标段，计勘察过程中揭示隧道通过设岩层岩性为基岩隆起和孤石群段，定施工方案即采拟用矿山法与盾构法相结合进行，以加快施工进度。盾构机由盾构段进入已开挖好的矿山段是采用这种施工

1的碎石 ( 0mm细石 )充，填然后注浆填充碎石间的空隙，终由注浆体和管片共同构成矿山法隧道的二衬。最3 2盾构前方堆土作用力计算 .矿山法隧道施工完成后，构过境采用空推工况盾下进行管片拼装，盾构正面无土压力作用，易造成管片

方案需要解决的一个技术问题，合深圳地铁 2号线结工程实际情况，开挖过程中前方遇孤石群和基岩隆对

环缝间隙较大，贴在管片上的三元乙丙橡胶止水条粘达不到最低的压缩量，隧道防水效果不佳。为确保盾构管片防水质量，拟在矿山法隧道施工完成后在隧道内堆填土体，以提供盾构推进时的反力。由于隧道是矿山法先行开挖支护后，刀盘前方在

起的情况进行分析，出有效施工方案，国内地铁施提为工提供一定技术支持。2工程概况

盾构隧道设计为 2条内径 5 4m的单线隧道， .左右线线间距为 l 3—1 8m。盾构区间右线设计里程范围为 Y K 3+ 3 4 7~ Y K 4+ 2 7 8,全长 D 1 0. D 1 3 .5

回填渣土以提供反力，以按全部松土压力作用于刀所盘面板上，且在矿山法开挖支护后基本上没有水作并

用于盾体。刀盘前方依次全断面填土 1下半断面 5m,填土 1则盾构机的反作用力计算如下。 0m, ( )进时混凝土导台对盾构机的摩擦阻力 1推Fl=/。W g= 0.× 3 4 0= 102 N x摩 3 3 9k

9 4 7 2m。其中 Y K 3 34 7~Y K 4 0 5为纯盾 5.3 D 1+0 . D 1+ 1构法施工， 7 0 2 4 m; D 1长 1 . 9 Y K 4+0 5~ Y K 4+ 1 D 1 27 8 3 . 5为矿山法开挖+喷初支+片衬砌的复合施锚管收稿日期：O O—O—l 2 L l 4作者简介：王春河 ( 9 2 )男， 17~,高级工程师。

式中，为盾构及附属物总重，

3 3 N; 为摩 取 0k/ 4 z擦系数， 0 3取 .。

() 2回填土受到的摩擦阻力

格栅搭接部分至少采用 1 2号铅丝绑扎牢固，并采取适当辅助连接措施，确保玻璃纤维筋格栅伸人钢筋格栅长度不小于 3 0m绑扎牢固的同时喷混凝土密实。 0 m, 掌子面开挖后立即初喷 4 m厚 C 0混凝土， 0m 2防止局

F=摩 f ) 0× 2 . =. 土 3f.4× . 2×1 .6 98 08: 1 62 1 5×18× .× .3 3 5、 4 / ‘

2 0 7 6 N 8 . 6k

部坍塌，且要求喷射混凝土与隧道最后三榀密排格栅的喷射混凝土同步施工，平格栅及纤维筋网绑扎好水后及时喷射混凝土。在端头设置三榀密排格栅，图 1如所示。nm n m

式中，为回填渣土的长度， 1 K为土的松散系 取 5m;数；十取 1 . N m。 7 8 6k/ ( )构支撑土体所受的轴向阻力 3盾盾构积

.盾土= ) 土= P压 ( y~ 。 , .× 9 0 9 1 1 6 2×.×.: 8× 8 368 . 1 21kN

I f

4

式中， K为土的侧压力系数。 () 4盾尾刷与管片之间的摩擦阻力 ( 2环管片以7 3 0 o

计算 )F4=摩‘2管= 0 5× 2× 2 0= 2 0 kN . 0 0

图 1端头墙加固平面 ( 单位： ) mm

其中，环管片管取 2 0k。每 0 N ( )配套台车的牵引阻力 5后F5=摩。拖= 0.× 17 0= 8 0 k 5 0 5 N

另外在端头墙处应做好洞门预埋件，门预埋件洞

必须符合设计要求，要适当加强，格控制预埋件尺且严寸，其要控制洞门钢环的曲率，尤确保盾构机顺利进入暗挖空推段。

因此，土压平衡掘进时提供盾构反作用力总计为F FlF+ 3 F+ 48 7 8 N=+ 2 F+ F= 4 . 7k>止水条挤压 4 5力 30 0k 0 N。故前方堆土满足止水效果要求。3 3施工准备。

3 5钢筋混凝土导台施工 .

由于该区间盾构刀盘直径 62 0m盾体直径 8 m,6 5 m, 0m而矿山法初期支护内径分别为 640m C一 2 0 m(

盾构

和矿山法隧道的分界面地表为空地，是矿但山法隧道开挖及左线隧道掘进过程中由于地层失水已 经导致邻近建 ( )物开裂，以盾构机应尽可能平构筑所稳、安全地进入暗挖空推段，低地层二次扰动，证降保

2 c一3型衬砌断面 ) 670m C一4型衬砌断面 )、和 0 m(。为了保证盾构安全、速、效、质通过矿山法段，快高优在矿山法开挖段应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，保管片拼确装质量、片姿态良好，到预期的防水效果。管达矿山法开挖完成初期支护后，隧道底部 6。在 0范

地表安全。因此要提前做好空推准备工作。首先矿山法段开挖完成后，及时进行盾构与矿山法分界面端应

头墙和盾构空推导台的施工，测矿山法段断面情况，复 监测暗挖段拱顶沉降量，检查端头墙洞门尺寸，保净确空。待混凝土强度达到设计要求 9%时，隧道内依 0在次从盾构与矿山法分界面往竖井方向填土，在靠近端头墙端 1 l围内采用全断面隧道填土且前 5m的 5I范 l渣土要夯实。1 I 5I至竖井地段采用半断面隧道填土。 T

围内施工钢筋混凝土导台。钢筋混凝土导台的中心线与隧道中心线重合，对称于隧道中心线。钢筋混凝且土导台示意如图 2所示。3 6盾构空推施工过程 .

当导台混凝土强度达到设计强度，挖段渣土回暗

当盾构机进人暗挖空推前 5 时测定管片姿态，工 0m人测量检查盾构机姿态，校正 V T测量导向系统，定 M测盾构推进姿态偏差，开始纠偏。在此段进行二次注浆，

保证二次注浆效果，定管片姿态，保 V稳确 MT导向系统能精确、高效工作，保证盾构机能准确安全进入暗挖空推段隧道。

Ol

3 4盾构与暗挖空推段接口处理 .

矿山法隧道开挖完成后，端头墙位置水平放置在玻璃纤维筋格栅，玻璃纤维筋格栅随隧道端头最后两榀密排格栅钢架同步架设，玻璃纤维筋格栅与钢筋且图 2钢筋混凝土导台示意

填到位后，可进行盾构推进施工。盾构到达端头墙，方 推断端头墙玻璃纤维筋，头墙完全破除后盾构机停端

机。盾构机尽量不要推动端头墙处的砂袋，以保持砂袋的稳定性。盾构机推动回填的渣土，土在刀盘前渣逐渐形成密实的土柱，构机达到正常推进模式。管盾片与已开挖成形隧道间由回填土充填，同时开启同步注浆进行止水，土仓内全部填满土。当土压和推力提升至要求值后，开启螺旋输送机出土。如果上部渣土不能完全填满隧道，只开下部同步注浆系统，则上部用豆砾石回填及注水泥浆。暗挖空推段隧道支护结构示意如图 3所示。图 5

管片拼装

工况二示薏

与初支及地层间紧密接触，以提高支护效果。根据同 步注浆后的检查结果，管片注浆孑进行二次注浆固从 L

结管片。同步注浆时，严格控制注浆压力，要既保证达到对环形空隙的有效填充，又确保管片结构不因注浆产生位移、形和损坏，变同时又要防止砂浆前窜至盾构刀盘前方。当刀盘前方堆土不能密封刀盘面时，取采喷射豆砾石和注纯水泥浆来完成管片背后回填，回填

材料为豆砾石 (径为 5~1 m)粒 0m。用高压风将豆砾石从吊装孔喷入，充管片与初支面间的空间，填然后进行灌浆，凝结豆砾石，管片得到稳定，使同时承受围岩压力和水压力。 4施工关键部位质量保证 4 1钢筋混凝土导台施工质量 .! l 72 0 0

!l

采用矿山法开挖+喷初支+片衬砌的复合施锚管工方法通过硬岩段，须在盾构机到达前，必完成矿山法

图 3暗挖空推段隧道支护结构示意《位：单 mm)

隧道开挖并做好空推段导台、头墙等准备工作。导端3 6 1堆土施工 . .

台的高程、弧度、中心线等是盾构能否安全推进的关键

渣土回填密封刀盘前方断面，渣土充填盾体与暗挖初期支护间的间隙，同步注浆正常开启，片止水条管密封良好，此条件下的两种工况示意如下。( )况一 1工

因素。导台施工质量不好，构机的姿态难以控制，盾盾尾间隙变化大，直接影响管片的拼装，尾间隙过将盾小，管片和盾尾刷会拉坏。导台的质量不高，可能导还致卡刀盘。在盾构空推前，重点检查导台的高程、应弧度、中心线等，如果不符合设计要求

,要立即进行处理，否则会影响盾构机的步进。4 2堆土效应 .

盾构机到达渣土回填断面，向前推进。如图未4所示。2m厚砂袋墙 2m厚砂袋墙

回填的渣土松散，自稳能力差，渣土能否充满整个隧道面将直接影响盾构空推过暗挖段的施工进度和隧道成形质量，如果渣土密封效果良好将减少吹填豆砾

石量，管片背后充填可以直接通过同步注浆来完成。图 4工况一示意 (位： 单 m)

回填的渣土类型选择合适，以减少盾构机出土量。可

减少出土量有两方面好处，方面，一在盾构机刀盘前方(工况二 2)

需要回填的渣土将减少；另一方面，以减少盾构推进可

盾构机向前推进，片拼装和同步注浆与正常掘管进一样，同样采用错缝拼装。如图 5所示。 3 6 2管片背衬回填 ..当堆土对刀盘密封效果良好，片背后回填主要管

出土工序，节约大量时间。渣土的干湿、将粒径、L孑隙率、聚力和颗粒成分等，黏将影响土的堆积效应。选择回填的渣土，方面要能在刀盘前密封；~方面要减~另

少渣土对刀盘的粘结，止在土仓中结泥饼、刀盘、防卡 土仓压力过高、增加出土量等。4 3矿山法断面尺寸控制 .

由同步注浆来完成。通过同步注浆浆液在管片脱离盾尾时对管片进行支撑，以防管片下沉而产生错台。利用盾构机自身的同步注浆系统压注水泥砂浆，管片使

隧道的开挖断面要满足盾构机安全平稳通过。考

虑围岩的类型和施工误差，设置盾构机导台。在施并工暗挖段，了注意施工安全外，要特别控制好隧道除还

易出现非正常磨损，推进更加困难。采用这种矿山使法开挖+锚喷初支+片衬砌的复合施工方法，方面管一缩短了工期，盾构机能快速通过不良地质部分，使降低工程成本；另一方面对不良地质开挖工作量的减少直

的中心线，隧道的超挖、挖。在矿山法施工段，次欠每

爆破清渣完成，筋格栅架立前，钢进行断面检查，超对挖和欠挖 (其是欠挖 )尤进行处理，应保证初期支护后的隧道净空。初期支护施工必须要达到预期目的， 由于初支后暂不进行二次衬砌施工，以要加

强监控量所测，时采取措施防止隧道变形，证盾构通过限界。及保5结论

接降低了刀具磨损程度，避免不良地质区掘进过程中频繁开仓换刀，有效降低了施工风险，确保工程安全顺利进行。 参考文献：[]徐干成，地下工程支护结构[ .京：国水利水电出版 1等. M]北中社 .0 2 20 .

城市地铁隧道施工过程中若遇到硬岩、石群或孤长距离上软下硬地段时，构机开挖贯通时间将大大盾延长，刀具磨损更加严重尤其是软硬不均地层刀具极

[]刘建航，学渊 .构法隧道[ .京： 2侯盾 M]北中国铁道出版社，9 1 19. []铁建设[ 07] 0 3 2 0 16号，路隧道全断面岩石掘进机法技术指南铁『] S.