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1、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40m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3854m,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
2、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40m长的矿山法施工隧道,然后开始正常掘进施工。9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6400mm,管片外径为6000mm、内径为5400m,管片宽度为1200mm、厚度为300mm,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,
3、然后浇注1m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。9导台采用C30素混凝土施工,高度为150mm。由于盾构机刀盘外径为6280mm,刀盘顶部与隧道壁只有70mm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
4、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1m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
5、。具体操作时使用水平两组油缸推进30cm时,停止推进并收缩油缸;再使用垂直两组油缸推进30cm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。9由于该段隧道水平曲线是曲线半径R=300m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5cm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9管片在盾尾拼装完成后盾构机推
6、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。填充的顺序是先下部后上部,首先填充导台,然后填充左右两侧,最后填充隧道上部。导台上的注浆孔填满豆砾石(不安装支顶)、其它注浆孔填充一定数量的豆砾石后,安装钢质复合牙灌浆孔支顶(豆砾石未堵住注浆孔,支顶能顺利安装),支顶棒端部顶住矿山法隧道壁,另一端通过支顶棒螺栓固定在二次注浆孔内。安装一个支顶后,再往上一个注浆孔喷射豆砾石,同样填充一定数量的豆砾石后再安装支顶,逐渐往上直
7、至隧道顶部。钢质复合牙灌浆孔支顶结构和管片支顶安装分别如图4和图5所示。因隧道内运输设备、盾构机后配套台车的重量和管片自重等原因,安装在隧道侧下部的支顶受力最大,安装在隧道两侧水平位置的支顶受力较大,安装在隧道上部的支顶受力最小。因此将支顶棒长度设计为三种,最短的安装在隧道侧下部,较长的安装在隧道两侧,最长的安装在隧道上部。每种支顶棒长度根据管片的厚度、二次注浆孔螺纹长度和管片与隧道初期衬砌间距确定,确保每个支顶安装后都能对管片进行较好的支撑。由于管片二次注浆孔有效直径为32mm,需要对豆砾石进行严格筛选,防止喷射时堵塞注浆孔,影响喷射速度和效果。施工前,可以在地
8、面上进行豆
