盾构过钻爆返空推工艺及质量控制-行业新闻-福建中天重工机械设备有限公司

新闻资讯

联系我们

福建中天重工机械设备有限公司

电话：0731-89783591

Email：2324467190@qq.com

Q Q：2324467190

营运中心地址：湖南省长沙市天心区芙蓉南路和庄A1-3110

您当前所在的位置：首页>>新闻资讯>>行业新闻行业新闻

盾构过钻爆返空推工艺及质量控制

在盾构施工过程中，经常碰到复杂地层，其岩石地层的分布不连续，上软下硬地层或软硬地层交替出现。在这种工况下，采用盾构法施工存在推进困难、刀具磨损快、工程造价高、工期被拖延等问题；如采用钻爆法施工，由于地铁隧道所处的地质条件和环境条件的复杂性，安全风险大，可能会造成大的经济损失。对于这种复杂的工程地层采用盾构法与钻爆法相结合，即在隧道局部硬岩段采用钻爆法开挖并作初期支护，再通过盾构空推并拼装管片，这样能降低施工风险并保持隧道质量的连续性。但两种工法相结合的方式存在较大施工难度，对隧道的连续测量及洞门复核、导台施工、盾构空推、管片拼装、管片背后填充、盾构姿态控制等关键工艺，要求有严格的质量控制措施以确保隧道施工质量。
根据深圳市城市轨道交通7号线某施工区间的盾构空推方案，对开挖过程中岩石地层的分布不连续、上软下硬地层或软硬地层交替出现，采取盾构法与钻爆法相结合的方法，并提出了有效的施工工艺及质量控制措施。
1 工程概况
深圳地铁7号线工程某施工区间位于深圳市南山区，在该区间中钻爆法+盾构法施工段左侧长99.701m，右侧长98.865m，如图1所示。

经地质补勘隧道范围岩层坚硬，微风化花岗岩单轴抗压强度达到150MPa，从地表至微风化花岗岩主要地层概述如下：
（1）第四系：人工堆积素填土，冲洪积粘土、粉质粘土、中砂、粗砂、砾砂、卵石，残积砾质粘性土。
（2）燕山期花岗岩：主要为肉红、红褐、褐黄、灰褐色，主要成分为石英、长石、云母。按风化程度可分为全风化岩、强风化岩、中等风化岩、微风化岩。
在该地质情况下，盾构推进困难，刀具磨损严重，刀盘易磨损或变形。因此在该段地形采用盾构法与钻爆法相结合方法进行隧道开挖。
2 盾构空推工艺原理
地铁隧道施工中，在盾构到达空推段之前，首先采用钻爆法开挖隧道，接着做好初期支护并在隧道底部浇筑弧形素混凝土导台，然后在开挖段回填豆砾石。在盾构空推过程中，由盾构刀盘前面的豆砾石为盾构管片拼接提供反力。为保证管片拼装质量，通过高压空气将豆砾石吹填到管片背后与注浆结合填充空隙，管片拼装后及时复紧管片螺栓。拼装后的管片脱离盾尾后，对其进行二次注浆，保证管片位置正确，确保施工质量。
3 盾构空推前的准备及控制
采用钻爆法在空推段初期支护完成后需要对洞门位置进行复核测量，确认洞门的准确位置有利于盾构的调整。在盾构距空推段50m时，首先需要精确测量盾构的位置，确定已完成隧洞实际轴线与隧洞设计轴线的位置关系，如果存在偏差，需及时纠偏和调整盾构姿态；其次合理设置盾构掘进参数，降低推进速度、减小推力，缓慢均匀开挖土体，防止在推进空推段之前底层坍塌，保证盾构顺利推进导台。
盾构在进行姿态控制时需要注意：首先确定接收洞门（见图2）的准确位置并分析其偏差，其次确定已完成隧洞的实际轴线与设计轴线的位置偏差，在隧洞设计轴线基础上对盾构姿态进行逐步调整，每步调整量不能过大。

3.1 盾构与空推段接口处理
钻爆法隧道尺寸决定盾构能否顺利通过并保证隧道质量。在钻爆法施工时，要控制初期支护的结构尺寸、隧道中心轴线位置、隧道的超挖与欠挖等关键质量控制点，保证钻爆法隧道段盾构能顺利推进。在钻爆法隧道开挖完成后，某圆形隧洞端头的加固影响盾构能否安全地接收和始发。钻爆法隧道两端头采用玻璃纤维筋格栅并且喷射φ800C20素混凝土桩加固洞门，玻璃纤维筋格栅的安装与最后3榀密排的格栅钢架（如图3）同步施工，保证其锚固质量，且混凝土的喷射也要同步进行。在盾构推进过程中，由盾构刀盘直接旋转切割破除，保证盾构安全、快速通过。

3.2 导台施工
（1）导台的要求。
在进入空推段之前，盾构通过推进油缸调节推进姿态，在推进过程中盾构易与空推段由钻爆法完成的初期支护结构相撞，易造成安全事故或导致盾构被卡住。为保证盾构按照设计路线推进，需设置导向平台，在盾构进入空推前，应重点检查导台的弧度、高程和中心线等。
导台采用钢筋混凝土结构，一般为浇筑厚度150mm、与隧道中心夹角为60°的弧形结构，导台浇筑从洞门直至隧道端墙前结束。为保证在盾构刀盘上安装超挖刀并顺利切入端墙，需在导台与端墙间预留1m缺口。导台内外径根据盾构尺寸确定，本例中选用海瑞克S812盾构，切削刀盘直径φ6280mm，所以导台内径为3150mm、外径为3300mm（如图4）。为保证盾构顺利驶向导台，在空推隧道端头处设置缓坡并预埋厚钢板。

（2）盾构驶入导台。
当盾构刀盘距离洞门掌子面0.5m时，要排空土仓内的渣土，以减小盾构对洞门端墙的挤压力，同时可减少盾构穿过端墙时产生的渣土量。当盾构穿过端墙时，刀盘停止旋转，由施工人员及时辅助螺旋输送机排净渣土，防止盾构爬上导台时发生偏向。施工条件正常时，盾构沿端头处设置的缓坡爬上导台，进入空推段隧道。
4 盾构推进
4.1 堆土施工
当采用钻爆法施工隧道后，盾构掘进到空推段时，由于刀盘前没有土压的作用，盾构外径与初期支护结构之间存在间隙，会造成注浆不密实并且易水土流失，同时在管片连接时导致管片之间的预紧力较小，造成管片环缝的间隙比较大，橡胶止水条压缩量小，达不到要求的密封性能，因此需在钻爆法隧道部分回填豆砾石，为盾构提供反推力。
回填材料的性能对空推有重要作用，如果回填材料自稳能力差、比较松散，盾构刀盘前土体的密封性能差，回填土体不能充满整个隧道面，则会影响钻爆法隧道段的施工效率及隧道成型质量；如果回填材料自稳能力好、比较密实，则盾构刀盘前土体的密封性能好，回填土体充满整个隧道面，管片壁后可以直接通过同步注浆填充。回填土除有好的密封性外也要减少对刀盘的粘结，否则易产生泥饼，增加刀盘阻力和土仓压力，影响出土量。
4.2 管片拼装
盾构空推过程的管片拼装工艺与正常盾构法的管片拼装工艺相同，但在钻爆法隧道段，由于存在导台且受到已成型的隧道影响，在空推过程中盾构不能产生大幅度的纠偏动作，所以管片的选型和封顶块的安装位置对于管片拼装至关重要。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，由于在无正面土压下推进，造成管片拼装时环缝的间隙较大，管片压紧程度小，达不到要求的防水性能，所以管片拼装时要加强螺栓预紧力，管片脱离盾尾后需重新用气动扳手紧固。
4.3 管片背后填充
（1）喷射豆砾石。
当初期支护结构质量较高时，盾构空推过程中隧道内不会有水渗漏，盾构刀盘前可采用回填土提供反力；但当初期支护结构质量不够高、导致隧道内渗漏水严重时，如盾构刀盘前仍采用回填土，渗漏水易使回填土变成稀泥，不能为盾构提供有效反力，在这种很好的情况下，盾构刀盘前应回填豆砾石（如图5）为其提供反力。

通过初期支护结构与拼装管片的外径间的间隙来确定豆砾石的直径，一般为5～8mm圆滑豆砾石，豆砾石的堆放要在钻爆法隧道掌子面与始发洞口之间均匀铺放。豆砾石喷射机械采用混凝土干喷机，其喷射压力0.25～0.3MPa，干燥的豆砾石在喷射过程中易引起扬尘，应在喷射前洒水润湿。管片背后豆砾石的填充标准按照隧道平均超挖10cm计算，豆砾石的喷射量按管片背后空隙的70％～80％填充。混凝土干喷机设置在吊出井内，通过软管连接到盾尾，在隧道边墙两侧设置喷射管路。
（2）同步注浆。
在空推段盾构拼装管片时同步喷射豆砾石和注浆，豆砾石的填充顺序为先下侧后上侧，即先填充导台，再填充两侧间隙，最后填充上部间隙。整环管片填充后，利用盾构的注浆孔同步注浆，采用水泥浆液，使填充的豆砾石固化，增加支护强度，防止管片在脱离盾尾时下沉产生错台。由于豆砾石填充了绝大部分空隙，并且隧洞已形成初期支护，在不考虑注浆系数下，每环需要注浆量为1.5～2m³。
（3）二次注双液浆。
由于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，所以需在管片背后进行二次补充注浆。二次注浆需要分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，防止砌筑管片下沉而产生错台；其次在距盾尾3～5环管片上以3点与9点位置的管片吊装孔作为注浆孔，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点吊装孔作为注浆孔注入双浆液，对拱顶进行回填。通过喷射豆砾石、同步注浆、二次注浆才能保证初支与管片间的间隙填充密实。
4.4 管片拼装常见问题
（1）管片上浮及侧移。
在钻爆法隧道段，由于盾构刀盘前无土压作用且管片背后的间隙大而不均匀，在管片背后注浆操作困难，难以填充密实，导致管片四周的压力不均衡，从而引起管片的上浮和侧移，进而造成管片崩角或错台。
为解决上述问题，首先要严格按照程序控制豆砾石的喷射、同步注浆、二次双浆液注浆，保证管片背后填充密实；其次在管片脱离盾尾后，通过管片上部的吊装孔安装支顶，其上端安装在钻爆法的初支上，下端通过螺母锁紧在管片上，防止管片上浮及侧移。
（2）管片环向接缝漏水。
由于盾构刀盘前的回填豆砾石不足以提供足够的反推力，导致环向管片之间的纵向压力较小，环缝中的橡胶止水条压缩量小，达不到要求的密封性能，导致管片环向接缝漏水。
为解决上述问题，首先盾构空推时减小推进速度、提高推进油缸的推力，增加管片之间的纵向压力，并且做好管片之间的复紧工作；其次可增加盾构刀盘前回填材料的总量，增加刀盘前的反推力。
5 盾构的姿态控制
在钻爆法隧道空推段盾构的姿态控制比正常盾构法施工的姿态控制困难，盾构过钻爆法姿态控制的难点如下：
（1）盾构空推时向一侧发生偏移。可调节推进油缸的伸出方式和推进力，降低推进速度，要分阶段多次微调，逐渐控制盾构的姿态。
（2）盾构空推时盾构自转同时带动管片环跟随一起旋转。要加强同步注浆质量控制，适当缩短浆液凝结时间，加强控制二次注浆注浆量、注浆压力、注浆速度和注浆位置等，保证管片与初支结构贴紧，增加盾构的抗扭阻力，控制盾构自转，并且保证管片砌筑质量。
（3）盾构空推时受已成型隧道影响，管片的选型和封顶块的安装影响盾尾间隙，导致管片与盾尾间隙之间相互影响，摩擦阻力增加，从而影响盾构的姿态。
6 结论
盾构过钻爆法空推工艺及质量控制是包含盾构的连续测量及洞门复测、导台施工、盾构推进、管片拼装、管片背后填充等多个质量控制点的系统工程，其中连续测量及洞门复测、导台施工、盾构姿态控制等关键技术决定盾构按隧洞设计轴线向前推进，而盾构推进、管片拼装、管片背后填充等关键技术决定过钻爆法隧洞的最终成洞质量。落实上述几个质量控制措施，能保证盾构过钻爆法段隧洞的质量。在岩石地层不连续分布，上软下硬地层或软硬地层交替的工况，上述过钻爆法空推工艺保证了隧洞的连续性，克服了只采用盾构法或钻爆法施工的缺点，降低了施工的风险，确保隧道工程顺利进行。

上一篇：盾构施工中对地下孤石的探测及处理
下一篇：地铁工程土压平衡式盾构施工技术要点分析