一种矿山法接收盾构机并盾构空推施工方法与流程

本发明涉及地下隧道工程研究技术领域，尤其涉及一种矿山法接收盾构机并盾构空推施工方法。

背景技术

近年来随着城市轨道交通建设的飞速发展，越来越多的城市开始大规模修建城际铁路等城市轨道交通。

大多数城市中的轨道区间建设都采用盾构法施工，但由于城际铁路建设的区域一般都处于城市相对繁华的区域，其周边的环境情况相对比较复杂，在盾构施工过程中就不可避免的要穿越既有建(构)筑物等风险源，给施工带来了严重的安全隐患，如遇到岩面高度及岩体强度较原设计提高很多，且隧道位于市内重要道路下方，同时道路下方存在较多需要保护的敏感建(构)筑物及重要管线。当盾构施工遇到上软下硬地质条件时就会导致其掘进效率极其低下，既不能快速通过该段区域，又极易造成地面沉降超标甚至坍塌，对敏感建(构)筑物及重要管线造成破坏。同时在这种地层掘进时刀具磨损较快，需要经常换刀，换刀前需对土体进行注浆加固，当地面条件无法满足注浆加固施工时就会无法进行带压开仓换刀工作，最终导致盾构无法按期穿越。

因此说，在这种情况下，实施传统简单方式的盾构法施工无法实现按期穿越和满足施工质量要求。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种矿山法接收盾构机并盾构空推施工方法，以解决上述问题。本发明提供一种矿山法接收盾构机并盾构空推施工方法，需要将隧道开挖工法由传统的盾构法改为矿山法，采取先行施工矿山法隧道，然后盾构空推拼装管片通过。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明还提供了一种矿山法接收盾构机并盾构空推施工方法，包括如下操作步骤；

步骤s1：首先将带压换刀建压失败地段所采用的盾构法改为矿山暗挖法施工，从而接收盾构机，并使所述盾构机脱困；

步骤s2：其次在矿山暗挖法隧道到达盾构机刀盘后，在矿山暗挖法隧道内全线施工混凝土导台，用以确保盾构推进姿态并保证盾构隧道管片拼装质量和防水效果；

步骤s3：然后在盾构空推前先在矿山暗挖法隧道内进行一段砂浆回填，并掘进砂浆回填段；该砂浆回填段长度略大于盾构机盾体长度；

步骤s4：最后在砂浆回填段掘进完成后，在矿山暗挖法隧道内堆填豆砾石，开始进行空推步进，直至完成整个空推段。

进一步地，在所述步骤s1中，当盾构受困地段剩余7米，为ⅵ级围岩时，将盾构法改为台阶临时仰拱法开挖；开挖时，考虑区间围岩地质较差，岩体破碎，采用小型挖掘机开挖配合人工，开挖0.5m/榀，单次连续开挖不得超过0.6米；掌子面开挖前，先施作超前支护管棚、小导管在进行爆破开挖，出渣采用无轨运输。

进一步地，在所述步骤s2中，矿山法隧道内施工导台厚度为550mm，采用钢筋混凝土现浇，导台弦长3150mm；所述导台作为盾构机通过硬岩隧道时的下部支撑，其施工精度直接决定着盾构机的姿态；所述导台施工模板定位后必须进行测量复核，混凝土浇注后应进行标高的复测，确保导向平台的标高施工精度在0－15mm以内。

进一步地，在所述步骤s3中，砂浆回填段施工长度为13m，采用m7.5砂浆自盾构与矿山交界处向矿山法隧道方向全断面回填，并进行回填段盾构掘进。

进一步地，在所述步骤s4中，具体施工流程如下：

步骤s41：豆砾石提前堆放及盾构顶推豆砾石掘进操作；

盾构机在矿山暗挖法隧道空推掘进之前，先在矿山暗挖法隧道内堆填豆砾石进行备料，并需对盾体及盾构隧道管片周围喷射豆砾石，以便增大摩擦阻力；所述豆砾石选择直径为5－10mm，具体备料方量为需填充空隙的60％－70％；

步骤s42：壁后吹填豆砾石，盾构隧道管片拼装并及时跟进同步注浆及二次注浆操作；

因所述盾构机在盾构机盾尾处设计有止浆板，故将豆砾石喷射管长度设定为11.2m，使所述豆砾石充分填充在盾构隧道管片与矿山隧道初期支护空隙中；所述豆砾石喷射管自所述盾构机刀盘2、10点位处插入到盾尾后20cm处，所述豆砾石喷射管与所述盾构机盾体焊接固定，推进前和随同盾构步进时用砼喷射机自刀盘前方向盾构后方吹入豆砾石骨料，随着盾构向前推进及时拼装盾构隧道管片，同时跟进同步注浆及二次注浆。

步骤s43：紧固盾构隧道管片操作。

为防止盾构隧道管片连接不牢靠，每隔2环对管片注浆孔处进行支撑加固，并采用m25钢筋纵向焊接。

步骤s44：继续步进直至空推完成。

与现有技术相比，本发明实施例的优点在于：

本发明提供的一种矿山法接收盾构机并盾构空推施工方法，分析上述矿山法接收盾构机并盾构空推施工方法的主要步骤可知：

本发明将盾构受困地段盾构法改为矿山法接收盾构机，大大缩短了工期，导台施工为盾构机的掘进姿态提供了可靠的保障，砂浆回填段很好地起到了止水作用。

在空推段提前堆填豆砾石，也达到缩短施工工期目的。通过在刀盘前方堆填豆砾石，一方面为盾构掘进时提供反力，盾构隧道管片不再需要型钢固定，另一方面，管片背后大部分被豆砾石填充，工作量大幅减少，掘进效率高，还保证了盾构隧道管片拼装质量。同时作业人员大幅减少，盾构隧道管片背后注浆量减少，节约了施工成本，掘进效率大幅提高使单位时间内生产产值提高，经济效益良好。

本发明能在空间狭小、椭圆形隧道内实现盾构机的快速通过，适合各种复杂特殊地质及富水地层使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例二提供的矿山法接收盾构机并盾构空推施工方法的概要操作流程图；

图2为本发明实施例二提供的矿山法接收盾构机并盾构空推施工方法的具体实施流程图；

图3为本发明实施例二提供的矿山法接收盾构机并盾构空推施工方法中的矿山法接收盾构大样图；

图4为本发明实施例二提供的矿山法接收盾构机并盾构空推施工方法中的混凝土导台断面图；

图5为本发明实施例二提供的矿山法接收盾构机并盾构空推施工方法中的盾构段与矿山法隧道交接处砂浆回填段纵断面图；

图6为本发明实施例二提供的矿山法接收盾构机并盾构空推施工方法中的隧道内堆填豆砾石后盾构空推掘进示意图；

图7为本发明实施例二提供的矿山法接收盾构机并盾构空推施工方法中的盾构隧道管片紧固示意图；

标号：1－混凝土导台；2－矿山隧道初期支护；3－m20早强砂浆；4－盾构隧道管片；5－m7.5砂浆；6－喷锚机；7－豆砾石；8－豆砾石喷射管；9－盾构机刀盘；10－盾构机盾体；11－盾构机盾尾；12－豆砾石喷射管末端；13－管片注浆孔；14－m25钢筋。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，某些指示的方位或位置关系的词语，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

实施例一

本发明实施例一提供了一种矿山法接收盾构机并盾构空推施工方法，其主要的操作步骤如下；

步骤s1：首先将由于地质条件差、地面冒气严重等原因导致带压换刀建压失败地段所采用的盾构法改为矿山暗挖法施工，从而接收盾构机，并使所述盾构机脱困；

步骤s2：其次在矿山暗挖法隧道到达盾构机刀盘后，在矿山暗挖法隧道内全线施工混凝土导台，用以确保盾构推进姿态并保证盾构隧道管片拼装质量和防水效果；

步骤s3：然后在盾构空推前先在矿山暗挖法隧道内进行一段砂浆回填，并掘进砂浆回填段；该砂浆回填段长度略大于盾构机盾体长度；需要说明的是，其目的是将砂浆回填段与同步及二次注浆形成有效密闭环，起到很好地止水作用，同时也能防止浆液从盾体外部空隙及刀盘处向前溢出；

步骤s4：最后在砂浆回填段掘进完成后，在矿山暗挖法隧道内堆填豆砾石，开始进行空推步进，直至完成整个空推段。

进一步地，在所述步骤s1中，当盾构受困地段剩余7米，为ⅵ级围岩时，将盾构法改为台阶临时仰拱法开挖；开挖时，考虑区间围岩地质较差，岩体破碎，采用小型挖掘机开挖配合人工，开挖0.5m/榀，单次连续开挖不得超过0.6米；同时应及时支护以防止掌子面裸露时间过长，造成塌方或隧道拱顶下沉或水平收敛从而引起上方道路不同程度变形；掌子面开挖前，先施作超前支护管棚、小导管在进行爆破开挖，出渣采用无轨运输。

进一步地，在所述步骤s2中，矿山法隧道内施工导台厚度为550mm，采用钢筋混凝土现浇，导台弦长3150mm；所述导台作为盾构机通过硬岩隧道时的下部支撑，其施工精度直接决定着盾构机的姿态；所述导台施工模板定位后必须进行测量复核，混凝土浇注后应进行标高的复测，确保导向平台的标高施工精度在0－15mm以内；在导台施工完成后，需对其进行线路联系测量，包括水平及竖直方向，误差超过设计规范要求的，需重新施作。

进一步地，在所述步骤s3中，砂浆回填段施工长度为13m，采用m7.5砂浆自盾构与矿山交界处向矿山法隧道方向全断面回填，并进行回填段盾构掘进。

进一步地，在所述步骤s4中，具体施工流程如下：

步骤s41：豆砾石提前堆放及盾构顶推豆砾石掘进操作；

盾构机在矿山暗挖法隧道空推掘进之前，先在矿山暗挖法隧道内堆填豆砾石进行备料，并需对盾体及盾构隧道管片周围喷射豆砾石，以便增大摩擦阻力；所述豆砾石选择直径为5－10mm，具体备料方量为需填充空隙的60％－70％；需要说明的是，盾构机在矿山暗挖法隧道空推掘进时，(由于盾构机前方及周边阻力很小)需对盾体及管片(即盾构隧道管片)周围喷射豆砾石，用以便增大摩擦阻力，因此豆砾石应在盾构机进入矿山暗挖法隧道前提前备好；具体备料方量为需填充空隙的60％－70％，给盾构机提供足够的反力的同时也能使盾构隧道管片水平连接螺栓牢固，止水条挤压密实，从而达到抑制成型盾构隧道管片错台漏水的效果。

步骤s42：壁后吹填豆砾石，盾构隧道管片拼装并及时跟进同步注浆及二次注浆操作；

因所述盾构机在盾构机盾尾处设计有止浆板，故将豆砾石喷射管(即50导管)长度设定为11.2m，使所述豆砾石充分填充在盾构隧道管片与矿山隧道初期支护空隙中；所述豆砾石喷射管自所述盾构机刀盘2、10点位处插入到盾尾后20cm处(盾构机包括盾构机刀盘，盾构机盾体和盾构机盾尾；其中盾构机盾体含刀盘总长为11m)，所述豆砾石喷射管与所述盾构机盾体焊接固定，推进前和随同盾构步进时用砼喷射机自刀盘前方向盾构后方吹入豆砾石骨料，随着盾构向前推进及时拼装盾构隧道管片，同时跟进同步注浆及二次注浆。

步骤s43：紧固盾构隧道管片操作。

为防止盾构隧道管片连接不牢靠，每隔2环对管片注浆孔处进行支撑加固，点位选取宜为盾构隧道管片成环后的3点、9点钟的位置，采用m25钢筋纵向焊接，呈梅花形布置。

步骤s44：继续步进直至空推完成。

实施例二

本发明实施例还提供了一种具体应用案例(即实施例二)；本发明实施例二提供的一种矿山法接收盾构机并盾构空推施工方法(其与实施例一应用步骤相同)，其以新建珠海市区至珠海机场城际轨道交通工程1期横琴站－4#井区间为例，包含如下顺序步骤(参见图1)：

步骤s1：首先将由于地质条件差、地面冒气严重等原因导致带压换刀建压失败地段所采用的盾构法改为矿山暗挖法施工，从而接收盾构机，并使所述盾构机脱困(即需要说明的是，带压换刀建压失败地段盾构法改为矿山暗挖法，从而使盾构机脱困)；

步骤s2：其次在矿山暗挖法隧道到达盾构机刀盘后，在矿山暗挖法隧道内全线施工混凝土导台1，用以确保盾构推进姿态并保证盾构隧道管片拼装质量和防水效果；

步骤s3：然后在盾构空推前先在矿山暗挖法隧道内进行一段砂浆回填，并掘进砂浆回填段；该砂浆回填段长度略大于盾构机盾体长度；需要说明的是，其目的是将砂浆回填段与同步及二次注浆形成有效密闭环，起到很好地止水作用，同时也能防止浆液从盾体外部空隙及刀盘处向前溢出；

步骤s4：最后在砂浆回填段掘进完成后，在矿山暗挖法隧道内堆填豆砾石7，开始进行空推步进，直至完成整个空推段。

其中，参考附图2和图3(即图3为矿山法接收盾构大样图，图3中示意了矿山法隧道、盾构机以及管片等结构)，所述步骤s1中盾构受困地段剩余7米，为ⅵ级围岩，将盾构法改为台阶临时仰拱法开挖。开挖时，考虑区间围岩地质较差，岩体破碎，采用小型挖掘机开挖配合人工，开挖0.5m/榀，单次连续开挖不得超过0.6米。同时应及时支护以防止掌子面裸露时间过长，造成塌方或隧道拱顶下沉或水平收敛从而引起上方道路不同程度变形。掌子面开挖前，先施作超前支护管棚、小导管在进行爆破开挖，出渣采用无轨运输。

其中，参考附图2和图4(其中，图4为本发明实施例二涉及的混凝土导台断面图)，所述步骤s2中矿山法隧道导台厚度550mm，采用钢筋混凝土现浇混凝土导台1(即由m20早强砂浆3浇筑而成)，导台弦长3150mm。导台作为盾构机通过硬岩隧道时的下部支撑，其施工精度直接决定着盾构机的姿态。导台施工模板定位后必须进行测量复核，混凝土浇注后应进行标高的复测，确保导向平台的标高施工精度在0－15mm以内。导台施工完成后，需对其进行线路联系测量，包括水平及竖直方向，误差超过设计规范要求的，需重新施作。

其中，参考附图2和图5，其中图5为本发明实施例二提供的矿山法接收盾构机并盾构空推施工方法中的盾构段与矿山法隧道交接处砂浆回填段纵断面图；所述步骤s3中砂浆回填段长度13m，采用m7.5砂浆(即m7.5砂浆5)自盾构与矿山交界处向矿山法隧道方向全断面回填，并进行回填段盾构掘进。

其中，参考附图2和图6(图6为隧道内堆填豆砾石后盾构空推掘进示意图；图6中分别示意了喷锚机6、豆砾石7、豆砾石喷射管8、盾构机刀盘9、盾构机盾体10、盾构机盾尾11和豆砾石喷射管末端12等结构)，所述步骤s4中：

步骤s41：豆砾石7提前堆放及盾构顶推豆砾石7掘进。

盾构机暗挖段隧道空推掘进时，由于盾构机前方及周边阻力很小，需对盾体及盾构隧道管片4周围喷射豆砾石7，以便增大摩擦阻力，因此豆砾石7应在盾构机进入矿山法隧道前提前备好。豆砾石7选择直径为5－10mm，具体备料方量为需填充空隙的60％－70％，给盾构机提供足够的反力的同时也能使盾构隧道管片4水平连接螺栓牢固，止水条挤压密实，从而达到抑制成型盾构隧道管片4错台漏水的效果。经计算，反力以500t为宜(隧道为下坡时可适当增大)，由放置在刀盘前的豆砾石7堆填提供。

步骤s42：壁后吹填豆砾石7，盾构隧道管片4拼装并及时跟进同步注浆及二次注浆。

因盾构机在盾尾处设计有止浆板，故将50导管长度设定为11.2m，使豆砾石7充分填充在盾构隧道管片4与初支空隙中。导管自盾构机刀盘2、10点位处插入到盾尾后20cm处(盾构机盾体含刀盘总长为11m)，导管与盾体焊接固定，推进前和随同盾构步进时用喷锚机6自刀盘前方向盾构后方吹入豆砾石7骨料，每步进一环再一次用砼喷射机向盾构隧道管片4背后吹入豆砾石7，以确保管片背后充分密实。

随着盾构向前推进及时拼装盾构隧道管片4，盾构机在导台上步进，每步进1.6m安装一环管片，本区间盾构隧道管片4采用错缝拼装方式。

盾构隧道管片4拼装完成后跟进同步注浆及二次注浆。采用注浆压力和注浆量双指标控制标准，即当注浆压力达到设定值、注浆量达到豆砾石理论空隙率的80％以上时，即可认为达到了质量要求。采用水泥净浆、水泥砂浆，或加入水玻璃组成的双液浆，为了保证达到对环向空隙的有效填充，同时又能确保盾构隧道管片4结构不因注浆产生变形和损坏，注浆压力取值为0.1～0.2mpa。由于盾构隧道管片4回填注浆时，盾构机前方是敞开的，盾构隧道管片4注浆效果可能不理想，必须对盾构隧道管片4进行补充注浆。盾构隧道管片安装10环后，间隔6m打开盾构隧道管片4二次注浆孔，检查注浆效果，根据检查结果，若注浆效果不好，则进行补充注浆。

其中，参考附图2和图7(即图7盾构隧道管片紧固示意图，其清楚示意了盾构机掘进方向、盾构隧道管片4、管片注浆孔13以及m25钢筋14等结构)，所述步骤s4中：

步骤s43：紧固盾构隧道管片4。

为防止盾构隧道管片4连接不牢靠，每隔2环对管片注浆孔13处进行支撑加固，点位选取宜为盾构隧道管片4成环后的3点、9点钟的位置，采用m25钢筋14纵向焊接，呈梅花形布置。

其中，参考附图2和图6(图6中分别示意了喷锚机6、豆砾石7、豆砾石喷射管8、盾构机刀盘9、盾构机盾体10、盾构机盾尾11和豆砾石喷射管末端12等结构)，所述步骤s4中：

步骤s44：继续步进直至空推完成。

盾构机步进前拆除刀盘底部边刮刀，防止底部边刮刀与导台过度摩擦，破坏导台、磨损刀具并影响隧道中心线精度。

根据刀盘与导台之间的位置关系，调整各组推进油缸的油压(下部油缸压力略大于上部油缸压力)，保证盾构与矿山隧道间的建筑空隙均匀。盾构推进时，派专人在盾构机前方检查、监测盾构机推进情况。刀盘前方的监测人员与盾构主司机要紧密配合，使盾构机沿导台的中心进行前移，保证盾构前移时管片受力均匀

盾构机向前步进时，混凝土导台必须清理干净，以便盾构机能在导台上安全顺利步进。

自空推开始到结束，成型隧道未出现错台管片成型质量良好，平均日掘进约6环，安全顺利通过空推段。

本发明实施例提供的矿山法接收盾构机并盾构空推施工方法具有如下方面的技术优势：

一、本发明提供一种矿山法接收盾构机并盾构空推施工方法，其操作步骤简单，设计合理并且容易实施，在节约施工成本的同时也大大缩短了工期，掘进效率大幅提高使单位时间内生产产值提高，经济效益良好。

二、本发明实施例提供的矿山法接收盾构机并盾构空推施工方法，其能在空间狭小、椭圆形隧道内实现盾构机的快速通过，适合各种复杂特殊地质及富水地层使用。同时，该发明可为珠海地区城际铁路后续隧道施工乃至珠三角铁路隧道提供思路、经验借鉴及技术支持。

基于以上诸多显著的技术优势，本发明提供的矿山法接收盾构机并盾构空推施工方法必将带来良好的市场前景和经济效益。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。