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盾构通过矿山法施工隧道段关键技术
摘 要 盾构通过矿山法隧道段在盾构工法中施工难度最大, 尤其是在始发阶段施工技术要求更高。文章以广州地铁五号线区杨盾构区间盾构通过 40 m 长的矿山法隧道为例, 介绍了盾构通过矿山法隧道的施工关键技术及其成功经验, 对今后类似工程施工具有一定的指导意义。
关键词 矿山法隧道 盾构机 关键技术
1 工程概况
广州地铁五号线区庄站—动物园站—杨箕站区间隧道盾构工程双线总长 3 854 m, 分别由两台盾构机从杨箕站盾构竖井始发, 经过动物园站过站, 最后到达区庄站盾构机解体吊出。由于地铁五号线两条区间隧道下穿正在运行的一号线杨箕站, 并且一号线杨箕站主体围护结构桩侵入五号线区间隧道, 一号线车站下的区间隧道需要采用矿山法施工, 以便凿除侵限桩。因此这段隧道采用了“矿山法开挖、盾构法衬砌”的施工工法。两台盾构机在始发时要通过各 40 m 长的矿山法施工隧道, 然后开始正常掘进施工。
该段隧道结构采用复合衬砌, 初期衬砌采用喷混凝土、钢筋网、格栅钢架和超前小导管等组成支护体系; 二次衬砌采用钢筋混凝土管片。隧道初期衬砌后直径为 6 400 mm, 管片外径为 6 000 mm、内径为5 400 m, 管片宽度为 1 200 mm、厚度为 300 mm, 每环 6 块错缝拼装, 衬砌环采用通用环组合形式。为了保证矿山法隧道端头墙的安全, 隧道端墙全断面采用 C25 素混凝土封堵, 喷射厚度为 150mm, 然后浇注 1 m 厚 C25 素混凝土封堵端墙, 以防止端墙暴露时间过长出现塌方。
2 施工关键技术
2.1 导台施工
矿山法隧道施工完成后, 在隧道底部施工一导向平台。导台支撑着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并拼装管片。
导台采用 C30 素混凝土施工, 高度为 150 mm。由于盾构机刀盘外径为 6 280 mm, 刀盘顶部与隧道壁只有 70 mm 间距, 因此矿山法隧道严禁欠挖, 同时导台的高度和轴线必须控制在设计允许的误差范围内。导台断面弧长与隧道中心夹角为 60°, 以保证盾体与导台有足够的接触面; 导台弧面施工必须满足设计要求, 使盾体与导台保持均匀接触。导台施工如图 1 所示。
导台起点从洞门开始, 一直至隧道端墙前方, 导台与端墙之间预留 1 m 长的缺口, 使盾构机刀盘在缺口处顺利旋转并切入端墙。
2.2 刀盘部分刀具拆卸
由于盾构机刀盘外径比盾体外径大, 在盾构机从始发托架上进入导台前, 卸掉刀盘与导台面接触的边缘刀具, 避免盾构机在导台上前进时刀具将导台混凝土刮起, 破坏导台。在刀盘到达端墙前预留缺口时, 重新安装所卸的刀具。
2.3 盾构机姿态控制
由于盾构机在导台上前进阻力很小, 并且导台已经确定了盾构机的前进方向, 为了确保盾构机沿导台轴线前进不偏离导台, 并在导台上保持正确的姿态, 在盾构机推进时采用交叉使用竖直位置(A、C)和水平位置(B、D)两组推进油缸向前推进。具体操作时使用水平两组油缸推进 30 cm 时, 停止推进并收缩油缸; 再使用垂直两组油缸推进 30 cm 后,停止并收缩油缸, 不停地交叉使用。图 2 是盾构机推进油缸分区示意图。
由于该段隧道水平曲线是曲线半径 R=300 m的缓和曲线, 竖曲线仅是 2‰的下坡, 并因盾构机自重等原因, 使用竖直位两组油缸推进时不保持油缸行程差, 使用水平位两组油缸时保持 5 cm 左右的行程差。同时在盾构机推进过程中, 通过测量复核盾构机轴线与导台轴线误差, 并根据误差调整铰接油缸和推进油缸的行程差, 保证盾构机在导台上的良好姿态, 使盾构机沿导台轴线往前推进。
2.4 管片错台及其凹凸现象控制
管片在盾尾拼装完成后盾构机推进下一环, 通过推进油缸行程确定在每环管片的二次注浆孔全部脱离盾尾后和该环管片没有完全脱离盾尾前 ( 盾尾与管片相对位置如图 3 所示), 由二次注浆孔向管片背后喷射豆砾石, 填充管片与隧道初期衬砌之间的间隙。
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