盾構(gòu)機(jī)通過礦山法開挖段管片襯砌施工工法

盾構(gòu)機(jī)通過礦山法開挖段管片襯砌施工工法由中鐵隧道集團(tuán)有限公司完成的工法01形成原因操作原理質(zhì)量控制工法特點(diǎn)材料設(shè)備安全措施目錄030502040607環(huán)保措施應(yīng)用實(shí)例效益分析榮譽(yù)表彰目錄0908010基本信息《盾構(gòu)機(jī)通過礦山法開挖段管片襯砌施工工法》是中鐵隧道集團(tuán)有限公司完成的建筑類施工工法；作者分別是楊書江、周紅芳、王國安；適用范圍是盾構(gòu)或雙護(hù)盾TBM施工的城市地鐵、鐵路、公路、水工隧道、水底隧道等地下工程中含有較長距離硬巖地層的地段，也適用于工程地質(zhì)復(fù)雜、巖層均一性差（工程的不向地段既有軟地層義又有較完整的Ⅰ～Ⅲ級(jí)硬巖地層）等情況，其他類似的地下工程也可用作參考?！抖軜?gòu)機(jī)通過礦山法開挖段管片襯砌施工工法》主要的工法特點(diǎn)是利用區(qū)間隧道風(fēng)井作為施工豎井或另行增加施工豎井，在盾構(gòu)到達(dá)前用礦山法施工盾構(gòu)法隧道的局部硬巖地段或地質(zhì)復(fù)雜、巖層均一性差的地段；礦山法段隧道施工緊緊依靠隧道工程的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、鉆爆設(shè)計(jì)、地層加固、地下水的觀測與控制、監(jiān)控量測等技術(shù)和措施；進(jìn)度快、工期效明顯。2008年1月31日，《盾構(gòu)機(jī)通過礦山法開挖段管片襯砌施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部評定為2005-2006年度國家二級(jí)工法。形成原因形成原因隨著城市軌道交通事業(yè)的快速發(fā)展，盾構(gòu)法施工技術(shù)在上海、廣州、深圳、北京、南京等城市地鐵建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用。2005年前中國國內(nèi)使用的復(fù)合式土壓平衡盾構(gòu)對于軟土及巖石單軸抗壓強(qiáng)度小于80兆帕的硬巖地層施工是完全適應(yīng)的，但隨著該項(xiàng)技術(shù)的推廣應(yīng)用，已遇到長度超過100米、巖石單軸抗壓強(qiáng)度超過100兆帕的地層，而中國國內(nèi)外還沒有用盾構(gòu)法施工的先例或成功經(jīng)驗(yàn)報(bào)到。如能使中間通過部分硬巖的情況仍能用盾構(gòu)設(shè)備，則可避免因改變工程結(jié)構(gòu)和施工方案造成很大程度的不合理投資，充分發(fā)揮先進(jìn)機(jī)械設(shè)備和方法在地下工程領(lǐng)域中的優(yōu)勢。合適的方法是在局部硬巖地層采用礦山法開挖，盾構(gòu)空載推過，并完成管片拼裝襯砌等工序，形成一套新的工程技術(shù)。廣州市軌道交通三號(hào)線（大石南~漢溪站~市橋北區(qū)間）盾構(gòu)工程首次遇到這種情況，開展了與此相對應(yīng)的科技創(chuàng)新研究，形成了采用礦山法開挖與初期支護(hù)、盾構(gòu)空載推進(jìn)拼裝管片通過、管片背后噴米石與注漿結(jié)合完成隧道工程的新工藝，并初步總結(jié)成《盾構(gòu)機(jī)通過礦山法開挖段管片襯砌施工工法》。之后，在廣州地鐵四號(hào)線（小谷圍~新造站區(qū)間）、廣州大學(xué)城過江隧道這兩個(gè)水下的盾構(gòu)工程成功地進(jìn)行了推廣應(yīng)用，使《盾構(gòu)機(jī)通過礦山法開挖段管片襯砌施工工法》的應(yīng)用范圍和技術(shù)含量進(jìn)一步擴(kuò)大和提高，規(guī)避了盾構(gòu)在較長硬巖地層中掘進(jìn)的風(fēng)險(xiǎn)，拓展了土壓平衡盾構(gòu)在較長距離硬巖地層中地下和水下隧道施工配套技術(shù)。

工法特點(diǎn)工法特點(diǎn)《盾構(gòu)機(jī)通過礦山法開挖段管片襯砌施工工法》的工法特點(diǎn)是：1.利用區(qū)間隧道風(fēng)井作為施工豎井或另行增加施工豎井，在盾構(gòu)到達(dá)前用礦山法施工盾構(gòu)法隧道的局部硬巖地段或地質(zhì)復(fù)雜、巖層均一性差的地段，避免了盾構(gòu)在硬巖地層中掘進(jìn)時(shí)的刀具磨損及意外破壞，并能運(yùn)用于水下隧道，極大地拓展了盾構(gòu)法施工的適用范圍。2.礦山法段隧道施工緊緊依靠隧道工程的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、鉆爆設(shè)計(jì)、地層加固、地下水的觀測與控制、監(jiān)控量測等技術(shù)和措施，確保工程施工質(zhì)量與安全。3.盾構(gòu)到達(dá)、接收、通行與進(jìn)行管片安裝襯砌中，盾構(gòu)以不同于一般的掘進(jìn)過程中的模式與參數(shù)運(yùn)行。應(yīng)用此工法進(jìn)度快、工期效明顯盾構(gòu)通過硬巖段管片拼裝襯砌速度平均每天12米。

操作原理適用范圍施工工藝工藝原理操作原理適用范圍《盾構(gòu)機(jī)通過礦山法開挖段管片襯砌施工工法》適用于盾構(gòu)或雙護(hù)盾TBM施工的城市地鐵、鐵路、公路、水工隧道、水底隧道等地下工程中含有較長距離硬巖地層的地段。并適用于工程地質(zhì)復(fù)雜、巖層均一性差（工程的不同地段既有軟弱地層又有較完整的I~Ⅲ級(jí)硬巖地層）等情況。其他類似的地下工程也可用作參考。

工藝原理《盾構(gòu)機(jī)通過礦山法開挖段管片襯砌施工工法》的工藝原理敘述如下：以常規(guī)礦山法施工技術(shù)為基礎(chǔ)進(jìn)行隧道開挖，在盾構(gòu)到達(dá)硬巖地層前，通過豎井或直接從隧道一個(gè)方向，利用礦山法開挖硬巖地層，并進(jìn)行必要的初期支護(hù)、地層加固、地下水的觀測與控制、監(jiān)控量測等，開挖后在隧道底部施作弧形鋼筋混凝土導(dǎo)向平臺(tái)。盾構(gòu)到達(dá)后在導(dǎo)向平臺(tái)上空載推進(jìn)通過，同時(shí)進(jìn)行管片拼裝襯砌。管片背后與礦山法初期支護(hù)間的空隙采用噴填豆礫石、同步注漿與補(bǔ)充注漿相結(jié)合的方式充填密實(shí)，達(dá)到全隧道的凈空、結(jié)構(gòu)和防水設(shè)置與設(shè)計(jì)要求一致。

施工工藝《盾構(gòu)機(jī)通過礦山法開挖段管片襯砌施工工法》的工藝流程是：隧道開挖施工工藝流程如圖1所示，管片襯砌施工工藝流程如圖2所示。

圖1隧道開挖施工工藝流程圖2管片襯砌施工流程圖《盾構(gòu)機(jī)通過礦山法開挖段管片襯砌施工工法》的隧道開挖施工方法及操作要點(diǎn)如下：一、地質(zhì)資料分析與補(bǔ)充地質(zhì)勘察開工前結(jié)合詳勘資料和工程實(shí)際情況，對隧道所處工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件進(jìn)行全面分析，分析內(nèi)容應(yīng)包括：是否有軟弱圍巖侵入隧道范圍、基巖節(jié)理裂隙發(fā)育情況以及水底隧道的基巖裂隙水與江水的連通性、在隧道范圍有無斷裂破碎帶或風(fēng)化深槽等其他不良地質(zhì)構(gòu)造等。結(jié)合對既有地質(zhì)資料分析的結(jié)果，確定補(bǔ)充地質(zhì)勘察方案。補(bǔ)充勘察關(guān)鍵位置應(yīng)包括：隧道端頭、巖性變化處、隧道結(jié)構(gòu)變化接口段、基巖覆蓋厚度較小地段、巖性發(fā)生變化或其他地質(zhì)構(gòu)造出露地段。地質(zhì)補(bǔ)勘可運(yùn)用的手段包括：地質(zhì)鉆孔取芯、抽水試驗(yàn)、物探等。材料設(shè)備材料設(shè)備一、材料《盾構(gòu)機(jī)通過礦山法開挖段管片襯砌施工工法》沒有使用需說明的特殊或新型材料。

二、設(shè)備《盾構(gòu)機(jī)通過礦山法開挖段管片襯砌施工工法》主要施工機(jī)械設(shè)備配置如表6、表7所示。質(zhì)量控制質(zhì)量控制《盾構(gòu)機(jī)通過礦山法開挖段管片襯砌施工工法》的質(zhì)量控制要求如下：1.施工中認(rèn)真進(jìn)行地質(zhì)觀察和描述，根據(jù)圍巖情況優(yōu)化爆破參數(shù)，選取最佳循環(huán)進(jìn)尺、最佳眼孔布置和用藥參數(shù)，提高爆破質(zhì)量。2.施工前對超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、測量、開挖初期支護(hù)、施工排水、注漿堵水、地下水位及變形量測、盾構(gòu)步進(jìn)、噴射米石、同步注漿等關(guān)鍵工序作業(yè)進(jìn)行培訓(xùn)和技術(shù)交底，必要時(shí)由值班土木工程師跟班進(jìn)行指導(dǎo)、監(jiān)控。3.導(dǎo)向平臺(tái)施工模板定位后必須進(jìn)行測量復(fù)核，混凝土澆筑后再進(jìn)行標(biāo)高的復(fù)測，如果誤差較大，則要進(jìn)行鑿除或修整，確保導(dǎo)臺(tái)的施工精度在0~+15毫米以內(nèi)。4.盾構(gòu)從盾構(gòu)隧道進(jìn)入礦山法隧道前，及時(shí)調(diào)整盾構(gòu)的出洞姿態(tài)，確保盾構(gòu)出洞時(shí)的旋轉(zhuǎn)值Roll小于±3毫米/米盾構(gòu)在導(dǎo)向平臺(tái)上步進(jìn)時(shí)，調(diào)整盾構(gòu)的旋轉(zhuǎn)值Roll小于±5毫米/米。盾構(gòu)的姿態(tài)偏差要控制在±40毫米以內(nèi)，每環(huán)的姿態(tài)變化量或糾偏量不大于15毫米/環(huán)。5.在盾構(gòu)與礦山法隧道貫通前安裝管片時(shí)，每環(huán)管片用Φ22鋼筋與上一環(huán)管片相連，并點(diǎn)焊連接牢固，防止因貫通時(shí)刀盤前方突然失去反力造成已安裝的管片松動(dòng)。6.安全措施安全措施采用《盾構(gòu)機(jī)通過礦山法開挖段管片襯砌施工工法》施工時(shí)，除應(yīng)執(zhí)行國家、地方的各項(xiàng)安全施工的規(guī)定外，尚應(yīng)遵守注意下列事項(xiàng)：1.開工前結(jié)合詳勘資料和工程環(huán)境、設(shè)計(jì)情況、地質(zhì)水文條件進(jìn)行全面分析，對不足的地方進(jìn)行補(bǔ)充地質(zhì)勘察，避免因?qū)刂乒こ探ㄔO(shè)的主要方面不了解形成的不安全因素。2.合理選擇開挖方法與支護(hù)工藝，認(rèn)真設(shè)計(jì)爆破方案，加強(qiáng)施工中的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，嚴(yán)格進(jìn)行地下水觀測和洞內(nèi)變形量測，預(yù)先制定施工排水方案和注漿堵水預(yù)案，為工程建設(shè)安全作好技術(shù)支持。3.配備注漿堵水預(yù)案的材料和設(shè)備，施工排水方案的設(shè)備和管路應(yīng)合理有富余，噴混凝土作業(yè)應(yīng)按又機(jī)雙管路布置，掌握安全生產(chǎn)主動(dòng)權(quán)。4.加強(qiáng)礦山法隧道段（包括豎井段）的通風(fēng)和照明工作，對米石進(jìn)行灑水濕潤，以減少粉塵，提高洞內(nèi)作業(yè)環(huán)境條件，確保人員和設(shè)備安全。5.隧道貫通后，及時(shí)對暴露的巖面用噴混凝土或噴錨封閉，加強(qiáng)刀盤前方安全巡查，避免發(fā)生坍塌。6.需在盾構(gòu)刀盤前方、設(shè)備橋、后配套拖車及修補(bǔ)架等高空處進(jìn)行作業(yè)時(shí)，作業(yè)人員必須佩戴好安全防護(hù)品，布好安全防護(hù)設(shè)施，防止發(fā)生高空墜落。環(huán)保措施環(huán)保措施《盾構(gòu)機(jī)通過礦山法開挖段管片襯砌施工工法》的環(huán)保措施如下：1.編制可行性環(huán)保措施和方案，制定相關(guān)環(huán)保制度，明確各級(jí)環(huán)保責(zé)任人的職責(zé)。2.在工作場地內(nèi)設(shè)置沉淀池，對施工廢水進(jìn)行沉淀凈化，對場地內(nèi)運(yùn)輸?shù)缆愤M(jìn)行灑水降塵或硬化處理，土、石、砂、水泥等材料運(yùn)輸和堆放進(jìn)行遮蓋，減少污染。3.對施工中遇到的各種管線，先探明后施工，并做好地下管線搶修預(yù)案。加強(qiáng)監(jiān)控量測，有效控制地表沉降。4.施工期間，嚴(yán)格按照國家有關(guān)法規(guī)要求，控制噪聲、振動(dòng)對周圍地區(qū)建筑物及居民的影響。合理安排施工工序，鉆爆、重型運(yùn)輸車輛的運(yùn)行時(shí)間，避開噪聲敏感時(shí)段。

效益分析效益分析《盾構(gòu)機(jī)通過礦山法開挖段管片襯砌施工工法》的效益分析如下：一、社會(huì)效益《盾構(gòu)機(jī)通過礦山法開挖段管片襯砌施工工法》將鉆爆法施工與盾構(gòu)法施工相結(jié)合并在水下環(huán)境中推廣應(yīng)用，避免了盾構(gòu)法在巖層太硬、距離偏長的地層中施工對設(shè)備的損壞和對盾構(gòu)法應(yīng)用的限制，有效地避免了施工風(fēng)險(xiǎn)，極大地方便了城市與交通等方面的建設(shè)規(guī)劃，并能保證工程和周圍環(huán)境的安全，社會(huì)效益明顯。二、經(jīng)濟(jì)效益1.施工速度快、工期效應(yīng)明顯。盾構(gòu)拼裝管片通過硬巖段可以達(dá)到平均每天12米的施工進(jìn)度，其綜合進(jìn)度比盾構(gòu)法在一般較硬巖層地段的進(jìn)度還快，每延米隧道至少節(jié)省5.8小時(shí)。2.避免了盾構(gòu)在硬巖層段掘進(jìn)時(shí)的刀具磨損及意外破壞，相比之下形成較大成本節(jié)約。3.避免了硬巖地層掘進(jìn)盾構(gòu)震動(dòng)劇烈對設(shè)備造成的損壞，延長了盾構(gòu)的使用壽命，形成相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)效益。應(yīng)用實(shí)例應(yīng)用實(shí)例《盾構(gòu)機(jī)通過礦山法開挖段管片襯砌施工工法》的應(yīng)用實(shí)例如下：全長3960雙延米，由一個(gè)明挖區(qū)段、三個(gè)盾構(gòu)隧道區(qū)段和一個(gè)礦山法開挖盾構(gòu)管片襯砌段組成。礦山法開挖盾構(gòu)管片襯砌段在右線隧道YDK16+708.5~+937（228.5米）和左線隧道ZDK16+730~16+929（199米），地層主要為8Z-2混合巖中風(fēng)化層和9Z-2混合巖微風(fēng)化層，為I、Ⅱ級(jí)圍巖，巖石單軸抗壓強(qiáng)度達(dá)118兆帕，地質(zhì)條件好，但堅(jiān)硬巖層只能用礦山法開挖。結(jié)合工程實(shí)際，礦山法開挖段在盾構(gòu)到達(dá)前利用區(qū)間隧道中間風(fēng)機(jī)房的風(fēng)井作為施工豎井進(jìn)入，采用全斷面法先完成開挖支護(hù)。盾構(gòu)隧道與該段隧道貫通后，盾構(gòu)在已施工的混凝土導(dǎo)向平臺(tái)上空載推進(jìn)，同時(shí)進(jìn)行管片拼裝，管片背后與鉆爆法初期支護(hù)間的空隙采用吹米石與注漿結(jié)合的新工藝進(jìn)行回填，使隧道結(jié)構(gòu)密實(shí)、牢固、防水。右線隧道2003年9月20日貫通，9月24日完成準(zhǔn)備開始空載推進(jìn)，9月29日~10月5日停機(jī)處理導(dǎo)向平臺(tái)，10月6日恢復(fù)后于11月1日通過礦山法開挖段。綜合進(jìn)度平均每天3.4環(huán)（5.1米），最高13環(huán)（19.5米），扣除導(dǎo)向