盾构在矿山法隧道内空推施工工艺探究
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【摘要】盾构法施工在隧道工程施工领域得到了广泛的应用，特别是对于复合盾构，能克服很多的复杂地层完成隧道施工，盾构机本身的掘进能力也不断得到完善和提高。然而，针对不同的困难地层，隧道施工更多地应该采用不同处理方案，为盾构机顺利通过创造条件。本文根据工程实践经验，就硬岩段隧道采用矿山法施工完成后，盾构空推可采用的两种施工工艺进行对比分析。
【关键词】盾构法；矿山法；空推；回填；质量
Abstract： Shield method construction has been widely applied in the field of tunnel construction， especially for the composite shield，which can overcome a lot of complex formation and complete tunnel construction.Shield-driven tunneling machine itself is constantly being refined and improved. However， for different kinds of difficult ground， tunnel construction more should adopt different solutions， creating conditions for the shield successfully passed. This article is based on practical experience， respect of hard-rock tunnels with mine construction is completed， to compare and analysis two construction techniques of pushing the shield.
Key words： Shield method ，Mining method. Pushing empty， Backfill. Quality
1、 盾构法与矿山法的结合
盾构在复合地层推进，经常会遇到全断面硬岩地段，若由盾构机直接推进施工，会消耗大量的刀具和加剧盾构机的损耗，施工进度会非常缓慢，工效低下。若将该段采用矿山法预先施工完成，盾构机在该段则会顺利快速通过，该方法能极大提高综合工效。
盾构法与矿山法的结合，不但能提高单个工程的综合工效，而且极大地提高了盾构法的应用范围。其主要的施工过程为：根据地质情况采用矿山法进行隧道初衬或者二衬的施工，之后施工导台和隧道回填，最后盾构空推拼装管片，完成最终隧道结构施工。
2、 主要施工工艺对比
矿山法隧道成型，导台施工完成后，可以开始进行隧道内回填。隧道内回填的主要目的为提供满足盾构推进时的反力，保证管片能挤密和满足防水挤压力的要求。根据以往工程实例，空推回填材料要根据矿山法隧道的施工情况和所采用的施工工艺来确定，回填材料可分为两种，一种是豆粒石，另一种是粘土。
两种材料的物理力学指标差异较大，豆粒石的粘聚力小，但是内摩擦角很大；粘土的粘聚力较大，耐摩擦角很小，而且遇水后极易变成流塑状态。考虑到两种材料的不同特性，可分别采用不同的工艺完成空推施工。
2.1盾构法与矿山法的结合方式
盾构法与矿山法的结合方式灵活多变，根据每个工程的实际情况，可以采取不同的方式，根据盾构在矿山法隧道中推进时，矿山法隧道是否封闭，可将结合方式分为三大类：开放式，封闭式，半开放（封闭）式。
（1） 开放式
开放式是指盾构在矿山法隧道内推进时，盾构前方是敞开的，即便盾构开始进入推进，施工人员和施工机械可以通过竖井或者是横通道进入隧道内，进行隧道回填等施工。
（2） 封闭式
封闭式是指盾构在矿山法隧道内推进时，盾构前方为全封闭的，一旦盾构开始进入推进，盾构前方就无法继续进行回填施工，施工人员只能通过盾构开仓进入隧道前方。
（3） 半开放（封闭）式
半开放（封闭）式是指在盾构空推开始为开放式，盾构推进过竖井或者横通道之后，又变为封闭式。
2.2隧道内回填豆粒石
（1）工艺流程
目前应用比较多的工艺为在盾构刀盘前方堆放豆粒石，堆积方式为隧道半断面堆积，堆积长度根据理论计算满足最小反力为准。该工况的示意如下：
（2）适用范围及注意事项
该方法对于所有的过矿山法盾构隧道施工都是适用的，对于开放式而言，由于施工人员和机械设备都可以进入盾构前方，豆粒石回填等施工比较简单，而且施工过程中盾构前方的任何问题都可以直接观察到，出现问题处理也比较方便，可加快施工进度，施工难度降低，施工过程可控程度高。
对于封闭式和半开放式，盾构开始推进前方隧道为封闭状态时，由于大型机械设备无法进入前方，豆粒石无法回填，因此需要在盾构进入之前，将所需的豆粒石全部回填完成，回填的量要能确保提供足够反力和壁后回填所需的方量。同时要提前将喷料机放置在盾构前方，待空推完成后进行分解，通过人行仓运出隧道。
施工过程中需要注意的事项：①为确保前方豆粒石的量能保证提供足够的反力，切记为追求进度忽略施工质量；②严格控制盾构机的高程，发现盾构机有抬头现象，必须立即采取措施，防止轴线偏差超出规范控制要求。
2.3隧道内回填粘土
（1）工艺流程
当矿山法隧道初支施工质量较好，隧道内几乎不渗漏水，没有欠挖时，刀盘前方可以堆土。堆土的方式可以采用在刀盘前堆全断面
（2）适用范围及注意事项
该方法的适用条件要求较高，应用该方法的目的在于尽量还原盾构的正常施工状态，提高空推段的盾构隧道施工质量。该方法一般只适用于封闭式的矿山法隧道，而且对矿山法隧道的施工质量要求较高，不能欠挖，隧道的渗漏水情况较好，没有明显的渗漏水现象。
在盾构推进之前，在成型的矿山法隧道内大量回填粘土，特别是在盾构刚开始推进时，要采取措施保证盾构起推的反力满足要求，并使盾构在最短的距离内达到正常推进状态，保证起推段的隧道质量满足要求。
注意事项：①由于盾构在导台上推进时，刀盘要转动，因此需要在推进前将刀盘上超出前盾直径的刀具先拆除，待盾构推进至矿山法隧道掌子面时，再将所有刀具安装上去。②盾构推进过程中要严格控制盾构姿态，切记大幅度纠偏；③在导台施工时，可将导台的控制高程适当降低约5～10 mm，便于盾构在导台上推进时的轴线控制。④推进时采用的同步注浆要通过试验确定，需要采用可硬性浆液，使得浆液注入壁后能尽快凝固，及时安定管片，保证隧道质量。
3、 总结及建议
3.1矿山法隧道质量验收
无论矿山法与盾构法以何种形式结合，必须要重视矿山法隧道的施工质量，不能因为有后续的管片衬砌而降低矿山法隧道施工质量要求。矿山法隧道质量的优劣，不仅会对盾构推进施工有直接影响，更会对盾构隧道质量产生影响。例如矿山法隧道的欠挖，某个点的欠挖就可能会造成盾构轴线偏差，甚至超出规范要求；矿山法隧道渗漏水严重的话，若未能及时采取相应措施，可能会对成型的盾构隧道质量造成很大的影响，例如隧道轴线严重偏离，管片错台踏步严重等质量问题。
3.2盾构机的保护
盾构机在矿山法隧道内空推施工，采用前述哪种工艺，盾构机始终不是正常推进施工，因此需要针对不同情形，做好对盾构机的保护工作。盾构机空推状态下，刀盘前方受力不均匀，倘若刀盘不旋转，则会造成盾构机主轴长时间偏心受力，特别是对盾构机主驱动密封会有较大的影响。因此，盾构空推施工，在保证管片能够挤紧达到设计要求的前提下，盾构推力不宜过大。
根据以往的施工经验，空推总推力不宜超过650T，海瑞克盾构要求空推段总推力严禁超过750T。在以往的工程实践中，也有在空推施工时由于总推力等参数控制不当，导致盾构机主轴密封泄露的事故，最终造成很大的工期和经济损失。
3.3空推段隧道质量控制
工程施工质量的评定是根据最终的成型隧道质量来进行的，盾构法隧道质量控制一直是盾构法施工控制的重点和难点，需要从事前预防、事中控制和事后弥补三个阶段进行全过程的管控，空推段盾构施工的管片质量控制尤甚。盾构空推施工的一个不足之处在于：由于管片背后回填效果不理想，管片不安定，易上浮或者移位导致轴线偏移、管片错台、开裂和渗漏等情形。因此，施工人员要对此高度重视，加强施工管控，保证施工质量。
4、 结束语
采取合理的对策来提高建筑工程施工的技术水平，能够有效地保证工程的施工质量、降低工程造价、加快工程进度，“盾构法+矿山法”的施工方法发挥了两种方法的最大优势，是地铁盾构区间遇到硬岩段时值得推荐的一种施工方案，目前该方法已经得到了较多的应用，取得了一定的工程经济效益。
参考文献：
1 刘建国，深圳地铁盾构隧道技术研究与实践，人民交通出版社，2012
2 廖鸿雁，广州地铁盾构技术研究所，复合地层盾构技术-----广州地铁盾构工程的探索与实践；中国建筑工业出版社，2011