全国市政工程行业施工工法推介展示--盾构空推过矿山法隧道施工工法

    盾构空推过矿山法隧道施工工法是一种适用于盾构机通过中风化、微风化、未风化硬岩段地层时的隧道施工工法。该工法应用于城市地铁隧道施工时，在地铁隧道线路上方地面没有障碍物的情况下，结合地面灌浆空隙充填技术，能够显著提高盾构管片的防水效果，隧道施工质量大大改善。该工法由深圳市市政工程总公司、中铁隧道集团有限公司编制，并通过了广东省住房和建设厅组织的成果鉴定，被批准为2013度深圳市建设工程施工工法和2014年度广东省省级施工工法。其该工法的关键技术“盾构过空推段施工空隙填充方法和装置”于2014年6月获得了国家知识产权局发明专利的授权。

空推施工中的盾构机

 

    工法工艺原理简介

    盾构空推过矿山法隧道施工工法是为解决地下隧道施工难题而研发的一种复合施工工法。该工法将盾构法和矿山法相结合，即先采用矿山法施工隧道初期支护，然后盾构机空推过矿山法隧道，同时盾构机拼装管片形成隧道的二衬，并向管片和初支之间的孔隙填充背填材料。

    对于高强度硬岩段地层，先采用矿山法施工隧道初支，再利用盾构空推拼装管片通过矿山法隧道，管片和初支之间的孔隙采用粒径小于10mm的圆滑豆砾石填充，然后注浆填充碎石间的空隙，最终由豆砾石、注浆体和管片共同构成矿山法隧道的二衬。盾构空推施工先在矿山法初支隧道内施做盾构导台，盾构机沿导台掘进，管片后空隙采用豆砾石及水泥浆液填充。由于受隧道空间和设备的限制，空推段掘进相对土层掘进工艺更复杂，成型隧道质量控制难度更高。

 

    该工法主要技术特点如下：

    1）将矿山法与盾构法相结合，先采用矿山法开挖并施作初期支护，然后采用盾构机拼装管片，极大地拓展了矿山法、盾构法的适用范围。

    2）避免了盾构法在全断面硬岩或上软下硬地层中施工对盾构设备、刀盘刀具的磨损和意外破坏。

    3）整条隧道均是通过盾构机拼装管片形成二次衬砌，隧道线形一致，通风流畅。

    4）在空推段堵头墙施工中采用玻璃纤维筋（GFRP筋）早强混凝土技术，减少了盾构机进出洞的地层加固，在满足工程安全的前提下，大大提高了盾构过空推段工法转换的效率。

    5）施工速度快，工期效应明显。改进施工工序后，空推段施工每班平均速度约8环，最快每天可以完成20环的进度，节约了工期。

    6）采用地面灌浆空隙充填技术，盾构管片的防水效果大大提高，并能保证周边环境和建筑物结构的安全。

    该工法针对复杂的地质条件和环境要求，采用盾构法和矿山法相结合的复合施工工法，充分发挥2种工法各自的优点，规避了各自的不足，可获得良好的经济和社会综合效益。

    关键技术及创新点

    盾构空推过矿山法隧道施工工法的关键技术和创新点在于：初支与管片之间空隙填充方式采用机头前喷豆砾石、同步注浆、地面钻孔注浆三级填充方式；盾构空推施工工序的优化；在空推段堵头墙施工中采用玻璃纤维筋（GFRP筋）早强混凝土技术。

 

    空推段初支与管片之间的空隙填充是影响成型隧道施工质量的重要环节。目前一般采用空推段机头前喷豆砾石、同步注浆、二次注浆的三级填充方式。本工法采用喷豆砾石、同步注浆及地面钻孔注浆的新三级填充方式，不仅可以避免隧道空间限制，提高施工进度，而且可以大大提高管片的防水效果。

    深圳地铁2号线东延线工程土建2222标针对豆粒石、管片运输之间的矛盾，对电瓶车进行了改造，每台电瓶车增加了一节平板车，每趟电瓶车可以装载一环管片和5m³以上的豆砾石，并改短双轨梁的长度，增加单轨梁的有效行程，满足盾构机内增加一节平板车的停车空间，这样就可以保障空推段每环掘进只需电瓶车行走一趟。改进施工工序后，空推段施工每班平均速度约8环，最快每天可以完成20环的进度。改进后的空推断施工设备布置见示意图。

    为保证盾构机到达时其推力不至于将矿山法掌子面推挤坍塌，在矿山法隧道与空推段隧道连接处设置堵头墙。为使盾构机快速安全地进出空推段，堵头墙采用了玻璃纤维筋（GFRP筋）网喷早强混凝土技术施工，GFRP筋属于脆性材料，便于盾构机切割。

应用GFRP筋的空推段堵头墙

 

    工法工程应用实例

    该工法已经在广州、深圳等地多个地铁隧道施工中得到了推广应用，代表性工程应用案列如下：1）深圳地铁2号东延线工程土建2222标安托山站～侨香站区间677m隧道，采用盾构空推过矿山法隧道施工工法；2）深圳地铁3号线3153标华新站～通新岭站区间178m隧道采用盾构空推过矿山法隧道施工工法；3）深圳地铁1号线续建工程土建7标宝体站～坪洲站区间到达端双线各80m左右采用盾构空推过矿山法隧道施工工法。

    社会及经济效益分析

    该工法是深圳市政工程总公司“复杂地质条件下土压平衡盾构综合施工技术研究”项目结合深圳地铁2号线东延线工程土建2222标段等工程项目的研究成果，其工程应用的经济及社会效益显著。

    经济效益  采用该工法加快了施工进度，节约了工期，降低了施工成本。采用盾构法直接通过硬岩地层时每天只能掘进1~2环（1.5~3.0m），而盾构机空推拼管片时每天约掘进8~10环，施工进度提高了4~5倍。在合理安排好矿山法施工环节的情况下，可以大大加快工程进度，节约成本，降低成本。深圳地铁2号线东延线工程土建2222标段由于采用了该工法，工期缩短了30%，提前实现了隧道的全线贯通，树立了良好的社会形象，产生了3000千万元的经济效益。

    社会效益  该工法实现了盾构法和矿山法的有效结合，解决了复杂地质条件下盾构机通过硬岩段的技术难题，扩大盾构法的应用范围，对推动城市地铁隧道施工技术的应用与发展具有重要意义。

    通过该工法研发与工程应用，提高了企业的盾构施工技术水平和市场竞争力，培养了一批盾构技术人才。正是因为在盾构施工技术、管理方面的持续投入和积累，深圳市市政工程总公司于2012年12月中标承建了深圳地铁9号线9102标，工程造价74731万元。

 （深圳市市政工程总公司供稿）

注：本文刊载于《市政技术》2015年第3期，第4、5页。