盾構(gòu)隧道長(zhǎng)距離硬巖地層鉆爆法開(kāi)挖管片襯砌施工技術(shù)

1、盾構(gòu)隧道長(zhǎng)距離硬巖地層鉆爆法開(kāi)挖管片襯砌技術(shù)摘要:盾構(gòu)法適宜在較均一的軟上、軟巖地層或砂層及其互層的地層中掘進(jìn)，但在軟硬不均、軟硬交互且?guī)r石強(qiáng)度不同大的地層中應(yīng)用盾構(gòu)法修建隧道就復(fù)雜得多。以廣州地鐵三號(hào)線(xiàn)盾構(gòu)區(qū)間工程為實(shí)例，介紹盾構(gòu)法隧道長(zhǎng)距離硬巖地層段采納鉆爆法開(kāi)挖管片襯砌施工技術(shù)。關(guān)鍵詞:盾構(gòu)隧道;硬巖地層;鉆爆法隧道;噴射米石1前言隨著城巾化進(jìn)程的加速，盾構(gòu)法施工技術(shù)以其、快速、對(duì)環(huán)境阻礙小等優(yōu)勢(shì)取得愈來(lái)愈普遍的應(yīng)用。目前已應(yīng)用于上海、北京、廣州、深圳、南京、天津等地鐵工程。全世界大約采納了3000多臺(tái)盾構(gòu)機(jī),國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家盾構(gòu)技術(shù)較為先進(jìn),尤以日本最為突出。廣州地鐵三號(hào)線(xiàn)某標(biāo)段盾構(gòu)區(qū)間隧

2、道施工中，關(guān)于短距離硬巖及軟硬交互的復(fù)合地層,通過(guò)刀具選型和布置、螺旋輸送機(jī)改造、輔助系統(tǒng)性能改造，使盾構(gòu)機(jī)適應(yīng)了該地層。通過(guò)補(bǔ)充地質(zhì)勘探、刀具、掘進(jìn)參數(shù)選擇、掘進(jìn)方向,成功通過(guò)該地層；關(guān)于長(zhǎng)距高硬巖地層,第一次采納了鉆爆法開(kāi)挖、管片襯砌工法,初期支護(hù)與管片背后的間隙用米石和注漿結(jié)合的新工藝進(jìn)行回填,成功通過(guò)了該硬巖段。2方案選定工程概況工程位于廣州市番禺區(qū)北7km處，距廣州市約15km,由一個(gè)明挖區(qū)段、三個(gè)盾構(gòu)區(qū)段和一個(gè)鉆爆法暗挖區(qū)段組成,全長(zhǎng)為4008雙線(xiàn)延米。隧道穿越的左、右線(xiàn)地層所占的長(zhǎng)度見(jiàn)表1。表I左、右線(xiàn)洞身各地層統(tǒng)計(jì)表TableISummaiyafdiffcivnigroundf

3、jorcdthnmghbykfLtubetunnelundrighttubetunneI地班騙號(hào)巖層及特征-長(zhǎng)度.'m所占比例取左線(xiàn)右線(xiàn)左線(xiàn)右線(xiàn)9微風(fēng)化溫質(zhì)粉砂巖175.。4.004,42X中風(fēng)化濕質(zhì)粉砂巖512.0596.014.4115.047避風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖122.097.53.$02.466全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖70.5264.01.916.665Z-2砂質(zhì)粘性上454.0625.012.2915.7767-2混合巖全風(fēng)化577.5<>42.015.6421.777Z-2混臺(tái)巖強(qiáng)風(fēng)化14X.6.5926.040.2521.37SZ-2混合巖中風(fēng)化869.0169.023.

4、534.269Z-2混合巖微風(fēng)化313.5168.08.494.24隧道右線(xiàn)YDK16+937(228.5m)、左線(xiàn)2。值6+730+929(199111)段地層要緊為8Z-二、9Z-2,用巖分類(lèi)為I、II級(jí),屬上元古界震旦系花崗巖片麻巖的混合體,單軸抗壓強(qiáng)度118MPa,鉆孔發(fā)覺(jué)有抗壓強(qiáng)度達(dá)的硅化角礫巖,且軟硬巖層互為夾層現(xiàn)象普遍，巖層均一性差,對(duì)盾構(gòu)法施工很不利。方案選擇長(zhǎng)距離硬巖地層的施工，應(yīng)認(rèn)真評(píng)判盾構(gòu)機(jī)的設(shè)備適應(yīng)性，辨識(shí)、評(píng)判、分析施工風(fēng)險(xiǎn)，考慮鉆爆法施工方案的可行性,并進(jìn)行進(jìn)度、技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選擇經(jīng)濟(jì)、合理、可行的施工方案。補(bǔ)充地質(zhì)勘探,彌補(bǔ)初步勘探及詳細(xì)勘探時(shí)期因受地形地貌及其他

5、條件限制致使鉆孔遠(yuǎn)離線(xiàn)路或間距過(guò)大的不足，使鉆孔間距達(dá)到50m之內(nèi)的要求。并認(rèn)真對(duì)待特殊地段，保證地質(zhì)資料的準(zhǔn)確,作為盾構(gòu)機(jī)對(duì)地質(zhì)適應(yīng)性的評(píng)判依據(jù)。吸取廣州地鐵二號(hào)線(xiàn)的施工體會(huì),盾構(gòu)機(jī)對(duì)廣州地域軟上及巖石單軸抗壓強(qiáng)度低于80MPa的硬巖地層施工是完全適應(yīng)的，但用軟巖盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行強(qiáng)度如此高的長(zhǎng)距離硬巖地層施工,在國(guó)內(nèi)地鐵施工中沒(méi)有先例，也未有外國(guó)的成功體會(huì)資料。盾構(gòu)機(jī)在局部硬巖地層中掘進(jìn)易造成刀具意外破壞和非正常磨損,不僅增加直接本錢(qián),且由于掘進(jìn)速度慢，其他輔助工作費(fèi)用也增大,將造成施工本錢(qián)增加。硬巖中掘進(jìn)時(shí),盾構(gòu)機(jī)震動(dòng)猛烈,對(duì)設(shè)備造成某種程度的損壞，阻礙盾構(gòu)機(jī)利用壽命。經(jīng)研討，對(duì)該段長(zhǎng)距離硬巖地

6、層，采納鉆爆法開(kāi)挖、盾構(gòu)機(jī)拼裝管片通過(guò)的施工方式可行,并通過(guò)科研,指導(dǎo)施工。盾構(gòu)機(jī)拼裝管片通過(guò)已開(kāi)挖硬巖段的速度比盾構(gòu)法在一樣較硬巖層地段的掘進(jìn)速度快,經(jīng)比較,每延米至少在省5h,能夠提早工期，行約工程費(fèi)用。整體方案對(duì)該段長(zhǎng)距離硬巖地層,將鉆爆法與盾構(gòu)法相結(jié)合,在盾構(gòu)機(jī)抵達(dá)前,通過(guò)盾構(gòu)區(qū)間的中間風(fēng)井,采納鉆爆法開(kāi)挖,盾構(gòu)隧道與該段硬巖隧道貫通后,盾構(gòu)機(jī)在已施工的混凝上導(dǎo)向平臺(tái)上空載通過(guò)并拼裝管片，初期支護(hù)與管片背后的間隙用米石和注漿回填密實(shí)。3要緊施工技術(shù)施工工藝流程劃分不同工法施工區(qū)段一鉆爆法隧道參數(shù)選擇一隧道硬巖段鉆爆法施工一盾構(gòu)機(jī)抵達(dá)一導(dǎo)向平臺(tái)順接一盾構(gòu)機(jī)推動(dòng)至導(dǎo)向平臺(tái)一拼裝管片、吹填豆

7、礫石一盾構(gòu)機(jī)空載推動(dòng)、同步注漿一補(bǔ)充注漿。選擇鉆爆隧道參數(shù)(1)盾構(gòu)通過(guò)段盾構(gòu)通過(guò)段的隧道凈空為6400mm的圓形斷而，比盾構(gòu)機(jī)外徑大120mm。該段采納光面爆破技術(shù)開(kāi)挖、錨噴網(wǎng)聯(lián)合支護(hù),具體支護(hù)參數(shù)依照圍巖條件和監(jiān)控量測(cè)結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。(2)盾構(gòu)接收段隧道貫通后31n為盾構(gòu)接收段，斷面形式一樣采納圓型斷面,凈空為6800mm,以知足盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)貫通時(shí)的測(cè)量誤差要求。為便于盾構(gòu)機(jī)抵達(dá)后對(duì)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行底部處置,底部70°范圍內(nèi)半徑加大到3700mm。導(dǎo)向平臺(tái)為保證盾構(gòu)機(jī)按設(shè)計(jì)姿態(tài)通過(guò)，隧道底部60°范圍設(shè)置半徑為3150mm、厚150mm的弧形混凝土導(dǎo)向平臺(tái)。隧道硬巖段鉆爆法施工開(kāi)

8、挖斷面以軌而為界,分上下兩部份開(kāi)挖。導(dǎo)向平臺(tái)分段澆注,長(zhǎng)度為20m。采納光面爆破技術(shù),直眼掏槽,周邊眼采納距離裝藥，周邊眼間距50cm,最小抗擊線(xiàn)5080cm,線(xiàn)裝藥密度400g/m,每次循環(huán)進(jìn)尺2.2m。抵達(dá)段隧道盾構(gòu)法掘進(jìn)施工盾構(gòu)隧道與鉆爆隧道貫通前25m為盾構(gòu)抵達(dá)段。盾構(gòu)隧道抵達(dá)段采納上壓平穩(wěn)模式掘進(jìn)。進(jìn)入抵達(dá)段時(shí)，慢慢減小推力、降低推動(dòng)速度，并嚴(yán)格操縱出土量。四貫通面處用巖條件較好,隧道貫通前3環(huán)采納放開(kāi)模式掘進(jìn),采納小推力、低轉(zhuǎn)速進(jìn)入盾構(gòu)接收段。掘進(jìn)參數(shù)見(jiàn)表2。表2盾構(gòu)到達(dá)段，貫通前3環(huán)掘進(jìn)參數(shù)表Tabk2Poringpanmc仁亦RhaarrivalhsciionundscGtio

9、nofIasi3ringsbebleakihnnighrespectively段別上倉(cāng)壓力/bar刀盾轉(zhuǎn)速r*min-1)推力t推進(jìn)速度,*inmmin'1到達(dá)段1.2*1.41.65-I.RSC«ooC25員通前3環(huán)I.60l.75<600C10盾構(gòu)進(jìn)入抵達(dá)段前150m,對(duì)盾構(gòu)施工段和鉆爆段的所有測(cè)量操縱點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)的操縱測(cè)量復(fù)測(cè)和聯(lián)測(cè)，對(duì)所有操縱點(diǎn)的座標(biāo)進(jìn)行周密、準(zhǔn)確的平差計(jì)算。貫通前100m、50m時(shí)別離人工復(fù)測(cè)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài),及時(shí)糾正誤差,確保盾構(gòu)機(jī)順利進(jìn)入接收段。盾構(gòu)機(jī)在抵達(dá)段掘進(jìn)進(jìn)程中，派專(zhuān)人負(fù)責(zé)觀看鉆爆段貫通而巖而轉(zhuǎn)變和初期支護(hù)情形。發(fā)覺(jué)圍巖或初期支護(hù)有異樣時(shí)，

10、當(dāng)即通知盾構(gòu)主司機(jī)調(diào)整掘進(jìn)參數(shù),必要時(shí)采取加固方法。隧道貫通時(shí)的硝上由人工清理,從豎井運(yùn)出洞外。6查上清理完成后,用C30早強(qiáng)混凝上將盾構(gòu)前體下部至鉆爆隧道段已施工的導(dǎo)向平臺(tái)進(jìn)行順接，確保盾構(gòu)機(jī)順利過(guò)渡到導(dǎo)向平臺(tái)。盾構(gòu)機(jī)空載推動(dòng)依據(jù)刀盤(pán)與導(dǎo)向平臺(tái)間的關(guān)系,調(diào)整各組油缸的行程，使盾構(gòu)姿態(tài)沿設(shè)計(jì)方向推動(dòng)。開(kāi)始段推動(dòng)速度操縱在1540mln/min,熟練后操縱在6085mmzmin,總推力約3001,F部油缸壓力略大于上部油缸。曲線(xiàn)段，計(jì)算出盾構(gòu)機(jī)每進(jìn)一環(huán)的偏轉(zhuǎn)角與較接油缸行程差和推動(dòng)油缸行程差。盾構(gòu)推動(dòng)前復(fù)核鉆爆隧道與盾構(gòu)機(jī)軸線(xiàn)誤差,并調(diào)整較接油缸、推動(dòng)油缸，保證盾殼與鉆爆隧道間的間隙,確保盾構(gòu)按

11、隧道軸線(xiàn)推動(dòng)。安裝管片及變形操縱3.6.1管片選型與安裝管片選型應(yīng)知足隧道線(xiàn)形，安裝后盾尾間隙要知足下一掘進(jìn)循環(huán)限值,確保有足夠的盾尾間隙，避免盾尾直接接觸管片造成管片破損。選型時(shí)要依照盾尾間隙與油缸行程差,結(jié)合盾構(gòu)姿態(tài)選擇適合的管J'lO管片安裝從隧道底部開(kāi)始,先安裝塊,依次安裝相鄰塊,最后安裝封頂塊。封頂塊安裝前,對(duì)止水條進(jìn)行潤(rùn)滑處置,安裝時(shí)先徑向插入約6/7管片寬度,調(diào)整位置后緩慢縱向頂推。管片塊安裝到位后,及時(shí)伸出相應(yīng)位置的推動(dòng)油缸頂緊管片,推動(dòng)油缸的壓力設(shè)定為50bar,然后方可移開(kāi)管片安裝機(jī)。3.6.2管片防水方法盾構(gòu)機(jī)步進(jìn)時(shí),盾殼與導(dǎo)向平臺(tái)間的摩擦力約100t,管片與盾尾

12、尾刷間的摩擦力為20t,拖沓盾構(gòu)機(jī)后配套的拉力為75t,總反力為1953施工時(shí)盾構(gòu)機(jī)油缸推力均在300t以上,且管片防水利用的是遇水膨脹橡膠止水條,盾構(gòu)機(jī)推力知足管片防水的要求,沒(méi)有顯現(xiàn)因止水條擠壓不緊而造成管片漏水現(xiàn)象。為保證管片的防水成效,采取以下方法：隧道貫通前安裝管片時(shí),每環(huán)管片用<1>22鋼筋與上一環(huán)管片相連，避免因貫通時(shí)刀盤(pán)前方突然失去反力引發(fā)已安裝的管片松動(dòng)；在盾構(gòu)機(jī)步進(jìn)前方,利用導(dǎo)向平臺(tái)上的預(yù)埋鋼板焊接牛腿，安設(shè)兩個(gè)80t的千斤頂提供反力，也可直接在刀盤(pán)前方堆磁提供盾構(gòu)機(jī)步進(jìn)所需的反力；安裝管片時(shí),在該環(huán)管片的螺栓緊固完畢后,對(duì)上環(huán)管片的螺栓進(jìn)行二次緊固。3.6.3

13、避免管片錯(cuò)臺(tái)的方法盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)進(jìn)程中，由于刀盤(pán)的支撐,在盾構(gòu)機(jī)前體與管片之間形成一個(gè)類(lèi)似于簡(jiǎn)支梁的結(jié)構(gòu)，當(dāng)盾構(gòu)機(jī)推力不足時(shí)，在自重作用下,盾構(gòu)機(jī)主機(jī)后部懸空部份會(huì)下沉,從而致使管片產(chǎn)生錯(cuò)分。但當(dāng)盾構(gòu)機(jī)在導(dǎo)向平臺(tái)上向前推動(dòng)時(shí)，盾構(gòu)機(jī)的前體、中體和盾尾的盾殼與導(dǎo)臺(tái)是緊密接觸的，只要注意管片選型與姿態(tài)調(diào)整,并嚴(yán)格操縱注漿壓力,就可不能產(chǎn)生大的錯(cuò)臺(tái)。為避免錯(cuò)臺(tái)，采取了以下方法：每35環(huán)對(duì)管片姿態(tài)進(jìn)行人工測(cè)量,依照測(cè)量結(jié)果結(jié)合盾尾間隙進(jìn)行管片的選型；增強(qiáng)米石及注漿回填成效的檢查，確保管片與鉆爆隧道間充填密實(shí)；在安裝好的管片上增加縱向連接拉桿。背襯回填技術(shù)由噴射米石、同步注漿、補(bǔ)充注漿等三部份組成。向盾殼

14、外噴射米石，在管片離開(kāi)盾尾時(shí)對(duì)管片進(jìn)行支撐,避免管片下沉產(chǎn)生錯(cuò)臺(tái)，并增加盾構(gòu)向前推動(dòng)的摩擦力。盾構(gòu)機(jī)步進(jìn)時(shí),管片背后同步注漿，使管片與地層緊密接觸,提高支護(hù)成效。檢查注漿后的成效，必要時(shí)補(bǔ)充注漿。3.7.1噴射米石采納510mm持續(xù)級(jí)配的花崗巖米石作為回填料。管片拼裝時(shí)進(jìn)行噴射米石回填。噴射米石分兩次:第一次,每隔6m在盾構(gòu)機(jī)的切口周?chē)恍∮?0300,的范圍用袋裝砂石料闈成一個(gè)圍堰,避免管片背后的米石、砂漿前竄,利用混凝上噴射機(jī)從刀盤(pán)前方向盾構(gòu)后方吹米石,噴射壓力。當(dāng)盾殼頂部與砂袋圍堰頂部形成自然坡度時(shí)，停止噴射;第二次，管片脫出盾尾后,從管片注漿孔向管片背后吹米石,進(jìn)一步填充管片與鉆爆隧道

15、的間隙。3.7.2同步注漿同步注漿采納水泥砂漿,初凝8h,終凝。施工時(shí)依照漿液的流動(dòng)情形,適當(dāng)調(diào)整漿液膠凝時(shí)刻。同步注漿在每環(huán)管片米石回填后進(jìn)行,與盾構(gòu)機(jī)步進(jìn)同步,采納手動(dòng)操縱,依照情形隨時(shí)調(diào)整注漿流量、速度、壓力。為保證填充成效，同時(shí)避免砂漿前竄至刀盤(pán)前方，注漿壓力為。同步注漿時(shí)盾殼外圍是放開(kāi)的,壓力轉(zhuǎn)變不大，不以壓力作為注漿終止的操縱標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)注漿量達(dá)到理論注漿量的80%以上時(shí)，即可終止注漿。在管片安裝10環(huán)后，距離4環(huán)管片在管片注漿孔處開(kāi)口檢查注漿成效。依照檢查成效，決定是不是進(jìn)行補(bǔ)充注漿。3.7.3補(bǔ)充注漿(1)第一次。目的是填充管片背后尤其是頂部的空洞。盾構(gòu)機(jī)步進(jìn)進(jìn)程中，每前進(jìn)4環(huán)通過(guò)

16、管片注漿孔檢查同步注漿成效。管片背后若是存在空洞，從管片上部30°或330。位置的注漿孔進(jìn)行注漿。注漿時(shí),躲開(kāi)封頂塊位置。漿液采納水泥單液漿。漿液配比為:水泥:水二1：°注漿壓力為。注漿終止標(biāo)準(zhǔn)采納注漿壓力單指標(biāo)操縱。(2)第二次。盾構(gòu)機(jī)通過(guò)鉆爆隧道后,依照滲漏水情形,采納雙液注漿泵注漿堵水。漿液采納水泥-水玻璃雙液漿。漿液配比為水泥:水玻璃為1：1,注漿壓力為，注漿速度不大于lOL/mino注漿終止標(biāo)準(zhǔn)采納注漿壓力單指標(biāo)操縱。盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)操縱(1)確保導(dǎo)臺(tái)精度導(dǎo)臺(tái)是盾構(gòu)機(jī)通過(guò)鉆爆隧道時(shí)的下部支撐，導(dǎo)臺(tái)的精度直接決定著盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)。弄好施工測(cè)量和驗(yàn)收,確保導(dǎo)臺(tái)精度。15111

17、n1。(2)調(diào)整好隧道貫通時(shí)盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)盾構(gòu)機(jī)從盾構(gòu)隧道進(jìn)入鉆爆隧道時(shí),確保盾構(gòu)出洞時(shí)的旋轉(zhuǎn)值Roll小于±3皿/m.盾構(gòu)機(jī)在導(dǎo)臺(tái)上步進(jìn)時(shí),調(diào)整盾構(gòu)機(jī)的旋轉(zhuǎn)值Roll小于土5mmzme(3)做好管片的選型及安裝考慮盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)、盾尾間隙、油缸行程及盾構(gòu)機(jī)步進(jìn)情形等因素,合理選擇管片安裝類(lèi)型，使盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)誤差在±20mm之內(nèi)，上下左右盾尾間隙均在70mm左右,最大油缸行程差在25mm之內(nèi)，確保管片受到的油缸推力較平均。在管片脫出盾尾時(shí),盾尾內(nèi)殼不擠壓管片外壁，有效避免管片產(chǎn)生錯(cuò)臺(tái)、裂痕。(4)及時(shí)人工復(fù)測(cè)管片姿態(tài)盾構(gòu)機(jī)配備的SLS-T導(dǎo)向系統(tǒng)能全天候地動(dòng)態(tài)顯示盾構(gòu)機(jī)當(dāng)前位置相關(guān)于隧道設(shè)計(jì)軸線(xiàn)的位置誤差，主司機(jī)依照顯示的誤差及時(shí)調(diào)整盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)。為保證導(dǎo)向系統(tǒng)的準(zhǔn)確性,確保盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)方向，每周兩次由人工對(duì)SLS-T導(dǎo)向系統(tǒng)的進(jìn)行測(cè)量校核。管片安裝完成后,每35環(huán)人工進(jìn)行一次管片姿態(tài)的復(fù)測(cè)。4工程成效施工速度快、工效明顯。盾構(gòu)機(jī)拼裝管片通過(guò)鉆爆隧道達(dá)到平均天天11m的施工進(jìn)度。經(jīng)實(shí)測(cè),管片高程和平而誤差均小于30mm,符合地下鐵道工程施工及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)中許諾誤差要求(±50咂)，管片表面無(wú)破損，相鄰管片無(wú)