技术领域
[0001] 本
发明属于隧道施工技术领域，涉及到地
铁施工，具体涉及一种盾构空推拼管片施工工法。
背景技术
[0002] 随着经济的不断发展，我国城市地铁及城际轨道交通工程迅猛发展，城市地下隧道施工多采用盾构法及暗挖法进行施工，而盾构法施工以其对
地层适应性强、安全性高、施工速度快等特点逐步取代传统暗挖法。
[0003] 由于我国地质条件复杂，隧道存在上软下硬或者一条隧道既有硬岩又有软岩的情况，盾构机在此种地层中施工时存在掘进困难、刀具磨损严重、施工工期难以保证等问题。
发明内容
[0004] 针对
现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种盾构空推拼管片施工工法，适用于盾构区间接收端存在
岩石强度高、岩石裂隙较发育适合进行矿山法施工的地质条件复杂需进行工期优化或接应盾构机的长大盾构隧道中，能够大幅提高施工进度，具有较好的经济效益和社会效益。
[0005] 为此，本发明采用了以下技术方案：
[0006] 一种盾构空推拼管片施工工法，根据盾构剩余段长度分别划分盾构、矿山法施工长度，盾构机继续向前掘进的同时，从吊出井处向盾构机方向进行相向矿山法开挖，开挖断面大于盾构机刀盘，并加强初期支护措施；根据任务划分完成矿山法开挖后，封堵接头端墙，矿山法段施工盾构掘进导台；盾构机到达端墙、步入导台后，进行空推拼装管片通过矿山法隧道，同时进行管片背部回填与注浆，直至盾构机到达吊出井。
[0007] 优选地，在盾构机进矿山法隧道之前对矿山法隧道进行断面测量，一旦欠挖影响盾构机通过，则提前处理；矿山法隧道开挖及初支完成后，进行隧道断面测量，按照每1m设置一个断面，每个断面6个测点，根据测量结果统计隧道超欠挖情况；对隧道初支采取以下处理措施：(1)对隧道欠挖部位进行凿除处理；(2)对于超挖超过100mm的部位进行回喷处理。
[0008] 优选地，按照设计图进行矿山法开挖，支护参数严格按照设计参数进行施工，矿山法开挖过程中严格控制超欠挖，及时进行断面复核，尤其是隧底开挖时严格按设计轮廓线进行开挖及支护，确保初支表面平整、无凸起物；同时重点控制喷射
混凝土质量，确保初支表面无渗漏
水。
[0009] 优选地，所述导台采用C30
钢筋混凝土现浇而成，高度15cm，强度、导台的高度、弧度、轴线的
精度均满足设计要求；导台断面弧长圆心
角为60°，用于保证盾体与导台有足够的
接触面并保持均匀接触，防止因盾构机自重压坏导台；在盾构进入导台的洞口处导台两侧分别预埋一
块20mm厚钢板，防止盾构机步上导台时导台开裂；导台起点从盾构进入矿山法隧道开始，一直施工至隧道端墙前方，在导台尾部与端墙之间预留lm长的缺口，使盾构机刀盘在缺口处顺利旋转并切入端墙，同时设置顺接
导轨。
[0010] 优选地，在盾构机到达导台前卸掉刀盘上与导
台面接触的边缘刀具，避免盾构机在导台上前进时将导台混凝土刮起，破坏导台；盾构空推掘进时，在推进前将刀盘与前盾进行
焊接钢板固定，推进时密切关注
焊缝情况，发现开裂，及时进行补焊。
[0011] 优选地，当盾构机进入导台后，启动盾构机往前掘进，然后开始进行管片拼装、管片背部回填与注浆工作；盾构机在导台上前行，每前行1.5米安装一环管片；在管片拼装过程中在盾构机前方提供反
力，以确保管片安装的质量要求，增强管片的防水效果，反力由堆放在刀盘前方的
砂土混合物堆提供；管片拼装工艺与正常掘进时的工艺相同，根据盾尾间隙与油缸行程差结合盾构
姿态选择合适的管片；在管片安装时，先人工将每片管片连接
螺栓进行初步紧固；待安装完一环后，用
风动
扳手对螺栓进行进一步的紧固，待管片出盾尾之后，重新用风动扳手进行紧固；在管片拼装最后10环时，在隧道内已拼装好的两侧用18cm的槽钢将相邻的两环管片连接在一起，防止盾构机在前行时反力变小、管片止水胶圈压不密实、出现渗漏等质量问题。
[0012] 优选地，管片拼装完成后，及时进行管片外径与初衬间的回填工作，用喷射的砂土混合物在管片脱离盾尾时进行管片
支撑，以防管片下沉产生错台；管片背部回填是在刀盘前方，将200mm的
导管从盾构机盾壳外伸入到盾构机中盾或者盾尾进行，在回填时盾构机停止前行，使用喷射机自刀盘前方向盾体后方吹入有一定级配的砂土混合料；盾构前行时不停的进行喷料，以确保管片背部充分密实；在盾构空推管片脱出盾尾7、8环
位置，对管片下半部进行注浆，防止管片持续下沉，避免出现大的错台和破损；同时每10环进行二次注浆堆填，对已完成部分管片背后灌浆填充密实；在盾构机空推结束后，根据管片间渗漏水情况，采用二次注浆进行注浆堵水；空推段掘进完成的最后阶段盾尾即将到达洞
门20～30cm时停止掘进，对洞门与盾尾的间隙进行湿喷封闭，然后用同步注浆设备进行注浆，确保空推段所有管片背后全部填充饱满，同时对所有管片螺栓进行再次复紧。
[0013] 优选地，
浆液采用
水泥-水玻璃双液浆，浆液配比如下：同步注浆液，水泥：水：砂：
粉煤灰：
膨润土＝45：220：530：300：75，水玻璃：水稀释比例＝1:3，水泥：水(质量比)＝1:1，水泥浆：水玻璃(体积比)＝1:1；注浆压力为0.2-0.3Mpa。
[0014] 优选地，在空推掘进期间及时打开管片底部吊装孔放水，用于防止管片上浮，后期灌浆时再进行封堵。
[0015] 优选地，所述盾构机开挖直径6.98m，盾构管片外径6.7m，管片厚度350mm，矿山法开挖直径7.9m，隧道初期支护参数如下：(1)
砂浆锚杆：直径22mm，间距：环向和纵向均为1.2m，拱墙梅花形布置，L＝2.5m；(2)
钢筋网：钢筋的直径为8mm，铺设间隔为150×150mm，
单层设置，
钢筋网喷混凝土保护层不小于20mm；(3)喷射砼：C25、P6喷射砼，厚度200mm。
[0016] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0017] (1)目前在建地铁项目，容易出现工期紧张、盾构机难以适应当前地质、盾构机出现严重故障且地面无法增加吊出井或需施工导洞处理刀盘前方孤石等情况，本工法可作为增加工作面的方案之一。
[0018] (2)盾构机在已施工矿山法段稳定拼装管片，不受地面及地质条件影响，可有效大幅提高施工进度。
[0019] (3)矿山法施工可严格按施工图进行施工，可有效控制初期支护施工质量。盾构空推时管片拼装与正常掘进无异，及时做好背后回填及注浆，防止管片上浮、错台、破损，同时可采取槽钢连接加强措施，可保证管片拼装质量。
[0020] (4)硬岩段盾构隧道内需优化工期、接应盾构机、盾构机被困或施工导洞处理孤石时均可使用本工法。
[0021] (5)在原盾构正常掘进
基础上，增加120m/月矿山法开挖作业面，同时盾构空推段可确保10-12环/日持续拼装的施工进度，较盾构在硬岩段单向掘进月进尺大幅提高施工工效。
[0022] (6)具有较好的经济效益和社会效益。
附图说明
[0023] 图1是本发明所提供的一种盾构空推拼管片施工工法的工艺
流程图。
[0024] 图2是隧道内导台的端面结构示意图。
[0025] 图3是本发明所提供的一种盾构空推拼管片施工工法中空推示意图。
具体实施方式
[0026] 下面结合附图以及具体
实施例来详细说明本发明，其中的具体实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
[0027] 一种盾构空推拼管片施工工法，工艺原理如下：根据盾构剩余段长度分别划分盾构、矿山法施工长度，盾构机继续向前掘进的同时，从吊出井处向盾构机方向进行相向矿山法开挖，开挖断面大于盾构机刀盘,加强初期支护措施，根据任务划分完成矿山法开挖后，封堵接头端墙，矿山法段施工盾构掘进导台。盾构机到达端墙、步入导台后，进行空推拼装管片过矿山法隧道，同时进行背后回填及注浆，直至盾构机到达吊出井。
[0028] 盾构机开挖直径6.98m，盾构管片外径6.7m，管片厚度350mm，矿山法开挖直径7.9m，隧道初期支护参数如下：
[0029] (1)砂浆锚杆：直径22mm，间距：环向和纵向均为1.2m，拱墙梅花形布置，L＝2.5m；
[0030] (2)钢筋网：钢筋的直径为8mm，铺设间隔为150×150mm，单层设置，钢筋网喷混凝土保护层不小于20mm；
[0031] (3)喷射砼：C25、P6喷射砼，厚度200mm。
[0032] 盾构空推拼管片施工工法的工艺流程如图1所示，施工工艺的操作要点如下：
[0033] (一)矿山法初支断面测量与超欠挖处理。
[0034] 由于矿山法隧道采用爆破施工，隧道断面存在一定的超欠挖现象，一旦欠挖严重，盾构机将无法通过，后期处理难度较大。在盾构机进矿山法隧道之前对矿山法隧道进行断面测量，一旦欠挖影响盾构机通过，则提前处理。
[0035] 矿山法隧道开挖及初支完成后。我部进行了隧道断面测量，按照每1m设置一个断面，每个断面6个测点，根据测量结果统计隧道超欠挖情况。并对隧道初支采取了以下处理措施：
[0036] (1)对隧道欠挖部位进行凿除处理。
[0037] (2)对于超挖超过100mm的部位进行回喷处理。
[0038] 每1m设置一个断面能有效地真实反应出矿山法初支的超欠挖情况，能及时地对欠挖部位进行处理，确保盾构机顺利通过。
[0039] (二)矿山法开挖。
[0040] 按照设计图进行矿山法开挖，支护参数严格设计参数进行施工，矿山法开挖过程中严格控制超欠挖，及时进行断面复核，尤其是隧底开挖时严格按设计轮廓线进行开挖及支护，确保初支表面平面，无凸起物。同时应重点控制喷射混凝土质量，确保初支表面无渗漏水，由于盾构机空推时管片所受反力减小，初支渗漏水对管片拼装后成型隧道影响较大，在出现渗漏时及时进行初支背后注浆及径向注浆。
[0041] (三)导台施工。
[0042] 盾构机通过矿山法段，导台支撑盾构机并为盾构机前进起导向作用，盾构机在导台上空载推进(拆除部分边缘刀具)并拼装管片。在盾构机进洞前，须完成导台施工。导台采用C30
钢筋混凝土现浇而成，高度15cm，强度须满足要求，并确保导台的高度、弧度、轴线等参数的精度，导台断面弧长圆心角为60°，以保证盾体与导台有足够的接触面并保持均匀接触，防止因盾构机自重压坏导台。在盾构进入导台的洞口处导台两侧分别预埋一块20mm钢板，防止盾构机步上导台时导台开裂。
[0043] 导台起点从盾构进入矿山隧道开始，一直施工至隧道端墙前方，在导台尾部与端墙之间预留lm长的缺口，使盾构机刀盘在缺口处顺利旋转并切入端墙，同时设置顺接导轨。隧道内导台的设计断面如图2所示。
[0044] (四)刀具拆除、刀盘固定。
[0045] 由于盾构机刀盘外径比盾构机外径大，在盾构机到达导台前卸掉刀盘上与导台面接触的边缘刀具，避免盾构机在导台上前进时将导台混凝土刮起，破坏导台。
[0046] 盾构空推掘进时，由于刀盘受
正面阻力不均，推力较大时，易导致刀盘偏位，严重时将损坏刀盘主
轴承。故在推进前将刀盘与前盾进行焊接钢板固定，推进时密切关注焊缝情况，发现开裂，及时进行补焊。
[0047] (五)盾构空推段施工。
[0048] 当盾构机进入导台后，启动盾构机往前掘进，然后开始进行管片拼装、管片背衬回填工作。
[0049] (1)空推段管片拼装。
[0050] 盾构机在导台上前行，每前行1.5米安装一环管片。在管片拼装过程中要在盾构机前方提供反力，以确保管片安装的质量要求，增强管片的防水效果。反力由堆放在刀盘前方的砂土混合物堆提供，原设计采用喷射豆砾石，考虑到豆砾石透水性较强，盾构机前方为空，抵制不住浆液流失，根据施工经验，采用一定级配的砂土进行堆放，既有利于盾构机推进时砂土两边散落，又可减少渗透性，进而减少浆液流失。
[0051] 管片拼装工艺与正常掘进时的工艺相同，管片要根据盾尾间隙与油缸行程差结合盾构姿态选择合适的管片。在管片安装时，先人工将每片管片连接螺栓进行初步紧固；待安装完一环后，用风动扳手对螺栓进行进一步的紧固，待管片出盾尾之后，重新用风动扳手进行紧固。在管片拼装最后10环时，在隧道内已拼装好的两侧用18cm的槽钢将相邻的两环管片连接在一起，防止盾构机在前行时反力变小，管片止水胶圈压不密实，出现渗漏等质量问题。
[0052] (2)管片背部回填与注浆。
[0053] 管片拼装完成后，要及时进行管片外径与初衬间的回填工作，用喷射的砂土混合物在管片脱离盾尾时进行管片支撑，以防管片下沉产生错台。管片背部回填是在刀盘前方，将200mm的导管从盾构机盾壳外伸入到当盾构机中盾或者盾尾进行，在回填时盾构机停止前行，使用喷射机自刀盘前方向盾体后方吹人有一定级配的砂土混合料。盾构前行时不停的进行喷料，以确保管片背部充分密实。图3所示为空推示意图-喷射砂土。
[0054] 在盾构空推管片脱出盾尾7、8环位置，对管片下半部进行注浆，防止管片持续下沉，避免出现大的错台和破损。同时每10环进行二次注浆堆填，进行已完成部分管片背后灌浆填充密实。在盾构机空推结束后，根据管片间渗漏水情况，采用二次注浆进行注浆堵水。浆液采用水泥-水玻璃双液浆。浆液配比：
[0055] 同步注浆液，水泥：水：砂：粉煤灰：膨润土＝45：220：530：300：75；
[0056] 水玻璃：水稀释比例＝1:3，水泥：水(质量比)＝1:1；
[0057] 水泥浆：水玻璃(体积比)＝1:1。注浆压力为0.2-0.3Mpa。
[0058] 空推段掘进完成的最后阶段盾尾即将到达洞门20～30cm时停止掘进，对洞门与盾尾的间隙进行湿喷封闭，然后用同步注浆设备进行注浆，确保空推段所有管片背后全部填充饱满，同时对所有管片螺栓进行再次复紧。
[0059] (六)管片底部开孔放水。
[0060] 由于矿山法隧道初支堵漏效果不彻底，存在一定程度的渗漏水现象，空推掘进时，所堆填的回填料阻拦了水流，积水不能及时排出，长时间积累极易导致管片上浮，导致管片出现渗水、错台、破损等问题，故在空推掘进期间需及时打开管片底部吊装孔放水，以防止管片上浮，后期灌浆时再进行封堵。
[0061] 本工法每班作业人员配备如表1所示：
[0062] 表1人员分工表
[0063]
[0064] 本工法每班主要增加机械设备配备如表2所示：
[0065] 表2主要增加机械设备配备表
[0066]设备名称 规格及型号 数量/台 备注
喷射机 自购 2 自购
空压机 20m3 2 自购
注浆机 现场已有 4 自购
冲击钻 现场已有 2 自购
水
泵 7.5 4 自购
[0067] 本工法采取的质量控制措施如下：
[0068] (1)管片与隧道初支间空隙较大且不均匀，易导致管片上浮。
[0069] 加强管片姿态监控，测量班每6环对管片进行一次姿态测量，如发现管片有上浮和下沉趋势应及时调整施工参数，盾构注浆手也应根据测量数据适当调整注浆量。
[0070] 为防止管片在盾构掘进后产生上浮，在施工过程中，管片背衬注浆只从管片大跨上部进行压注，注浆压力不大于2bar，并保证管片两侧同步注浆，避免因注浆而对管片产生
偏压，造成管片移位。
[0071] 如发现管片在后续过程中上浮，及时对管片下部注浆口开孔放水，同时在管片肩部以上进行注双液浆。做好管片背后的排水和注浆。
[0072] (2)盾构前方敞开，易导致浆液在前方流失。
[0073] 盾构掘进时提高背衬同步双液注浆，同时通过试验调整配合比，确保初凝时间在20s以内，保证管片下部有足够的抗力。在必要时，缩短回填注浆工作面与管片安装工作面的距离，甚至在盾尾外侧直接进行回填注浆。空推段的堆填料减少透水性，不能遇水膨胀，采用成分良好有一定级配的砂土混合物。
[0074] (3)盾构姿态控制，防止管片受力不均，易导致管片破损。
[0075] 盾构姿态纠偏应缓慢进行，以每环不超过10mm的纠偏量为宜。同时确保45mm以上的盾尾间隙以防止盾壳作用力于管片。在盾构机过空推段前方填料太多会导致盾构反力太大，盾构姿态上移，不受控制；前方填料太少反力不够容易造成管片螺栓不能完全复紧，在拼完每环管片后应及时对后面3环管片螺栓进行复紧，在每次交班前对所有以拼装管片复紧，空推结束后应对所有管片螺栓复紧；根据盾构机及实际工况情况确定盾构前方填料量。
[0076] 导台的施工精度在±10mm以内。空推过程中，控制盾构机姿态水平和垂直偏差都在±50mm，管片拼装后加强管片姿态监测
频率。要控制好推力，掘进速度不能过快，要控制好盾构机姿态，要严密监测管片姿态，防止管片大面积错台、上浮或下沉。
[0077] (4)盾构前进反力不足，易导致管片接缝渗漏
[0078] 因盾构机前方堆土与正常掘进不同，盾构前进所受阻力所提供的反力远小于管片止水胶条所需的
挤压力。从而易产生因反力不足而导致管片止水胶条挤压不实，影响管片止水条的防水性能造成管片接缝渗漏。为防止出现该现象，除应做好前方堆土外，应反复检查管片螺栓松紧程度，及时进行螺栓复紧，随即立即进行双液浆固定管片，使用槽钢焊接在拼装螺栓上，减少脱离盾尾后松动。
[0079] 本工法所采取的安全措施如下：
[0080] (1)矿山法施工严格按专项方案进行安全管理，开工前对专业班组进行安全教育及安全技术交底。
[0081] (2)严格进行专人火工品使用领、用、退管理，坚决杜绝火工品现场过夜。
[0082] (3)盾构机到达与矿山法隧道交接面时，专人在前方进行安全监督，盾构贯通端头墙推倒前，所有作业人员不得在盾构机前逗留。
[0083] (4)盾构空推时，专人进行喷射砂土作业，必须配制
安全帽、防护眼镜、口罩和手套等劳保用品，控制喷射压力，防止在前方渣土上滑倒。
[0084] (5)随时做好管片螺栓松紧检查及复紧，及时做好背后回填注浆，防止管片松动掉落伤人。
[0085] (6)隧道内空间狭小，运输、机械车辆较多，注意避免碰撞。
[0086] (7)做好盾构接收安全技术交底，专业人员进行接收分项作业。
[0087] 本工法所示采取的环保措施如下：
[0088] (1)砂土采用运输车运到隧道内，严禁随意抛洒，场地砂土做好
覆盖。
[0089] (2)喷射砂土时注重环境卫生，井口采用洒水防尘。
[0090] (3)当出现浆液流失时，及时安排人员进行清理，防止浆液流入
凝固在隧道内。
[0091] (4)储备应急物资，及时将污水等排放至污水沟内。
[0092] (5)空推完成后，清理井口砂土并调运至渣土堆放区内。
[0093] 实施例
[0094] 杭州至临安城际铁路项目采用6700mm直径的管片隧道，盾构机刀盘直径7000mm，由于杭临线地下隧道地质条件复杂，硬岩地段盾构换刀频率较高，换刀作业耗费时间较长，影响盾构正常掘进。受工期制约，SGHL-4-1标段首次采取矿山法开挖并施工初期支护接应，盾构空推拼管片过矿山法隧道的方案优化工期，经实践证明，工期得以大幅提前。
[0095] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则范围之内所作的任何
修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
