盾构通过既有风道施工技术

【摘 要】在地铁盾构施工中,盾构机经常要空推通过各种结构体,本文主要研究盾构机空推通过既有风道施工阶段划分及关键技术措施.

【关 键 词】盾构机；风道；控制措施

1工程概述

广州地铁五号线区庄站～杨箕站盾构区间隧道工程分为两个盾构隧道区间,两台盾构机先后从杨箕站始发后,过动物园站后继续沿着环市路向西掘进.而动物园站西端80m处有一活塞风井风道穿越盾构隧道,且在此位置左右线上、下重叠,左线在上,右线在下.活塞风道中心里程为ZDK12+608.73,结构为上、下两层,尺寸（开挖尺寸）为18.3m（高）×8.6m（宽）,其中宽度方向的净宽尺寸为6.5m（去掉35cm的初支和0.7m的二次衬砌）.

盾构机通过风道时无法建立土压平衡,需采用盾构机空推的方式通过风道.

图1-1盾构机过风道部位结构图

在盾构机穿越该风道前,首先在风道中板和底板部位施做一盾构机导台,可使盾构机在导台上顺利地滑行,确保盾构机准确无误地按照预定的轨道到达始发端.

导台的形状和尺寸见图1-2所示,导台由C30砼现浇而成.

图1-2导台施工图

2盾构机过风道施工阶段划分

根据盾构机通过风道的特点和该部位的结构形式,将盾构机穿越风道的整个过程划分为如下三个阶段.

2.1盾构机到达风道阶段

即盾构机到达风道东侧墙前10m至东侧墙的距离,此阶段主要为盾构机进入风道做准备,如调整盾构机姿态等.

2.2盾构机空推过风道阶段

到达端洞门破除后,盾构机进入风道,并且在导台上滑行,一直到刀盘抵达始发端洞门,此为第二阶段.本阶段中盾构机不在土体中掘进,为空推阶段.

2.3盾构机掘进进入土体至盾尾离开洞门阶段

盾构机刀盘抵达始发端土体后开始掘进,盾构机逐步进入土体.盾构机继续掘进一直到始发端部位的两环管片（不包括盾壳内的管片）拼装完成,此时即可以开始对洞门进行临时封堵.此一阶段为盾构机穿越风道的第三阶段.

盾构机穿越风道的流程见图2-1：

图2-1盾构机穿越风道施工流程图

3盾构机过风道时各阶段控制措施

盾构机穿越风道所经历的不同阶段都有各自的特点,盾构机都处于不同的状态,必须根据具体的情况采取适合各阶段的安全适用、技术上可行的一系列措施才能保证盾构机顺利的穿越风道.

3.1盾构机到达风道阶段

3.1.1洞门加固

在盾构机到达风道洞门前,预先对洞门处的地层进行处理,以确保该处地层的稳定,以防在洞门凿除和盾构机进、出风道过程中发生地层的失稳而出现安全事故.

3.1.2加强注浆、调整盾构机姿态措施,控制施工参数

（1）姿态控制和调整

盾构机距离风道前50m复核盾构机姿态,并进行调整.盾构机进入该段掘进时,严格控制盾构姿态,不进行剧烈的纠偏动作,避免加大对地层的扰动.

（2）采用半敞开模式掘进

在其它地段采用半敞开模式掘进,土仓内保持1/2～2/3渣土,土仓上部压力在0.5～1.2bar以上,稳定掌子面,防止地层失水和土体坍塌,保证盾构机连续匀速通过.

（3）同步注浆和二次注浆

同步注浆充填环形间隙,使管片衬砌尽早支承地层,控制地层沉降.保证同步注浆的注浆量不小于6m3/环,但不得以加大注浆压力的方式强行注入,这样可能因注浆压力过大而击穿盾尾密封,产生漏浆而影响同步注浆效果,最佳注浆压力为2～3bar.为了能够保证同步注浆饱满,实际注浆压力可控制在不超过3bar,并以注浆压力控制实际注浆量.当同步注浆达不到要求的量时,同步进行二次补强注浆.

（4）跟踪注浆

盾构通过后,及时对隧道周围地层径向补充注浆加固,并根据地表及建筑物监测结果,如出现较大沉降则立即跟踪注浆.

注浆材料为水泥浆,水泥采用325级普通硅酸盐水泥,水灰比1:1～1:1.25,减水剂掺量0.5～1.5%,微膨胀剂0～2%.浆液技术指标：粘度18s,凝胶时间＜12h,结石率＞95%.

注浆压力：0.3～0.5MPa.

3.1.3管片加固措施

最后10环管片采用宽度10cm的槽钢纵向连接,把10环管片连成一个整体,防止因个别管片漂移而造成管片较大错台.管片与槽钢采用管片吊装孔上的抓举头连接.

3.2盾构机空推过风道阶段

3.2.1盾构机在导台上滑行

（1）盾构机未完全上导台时的推进

盾构机在爬上导台前,对接触混凝土导台的刀盘刀具进行调整,避免刀具与导台接触.应对盾构各类型千斤顶进行调整,使盾构姿态符合要求.在推进时,推进速度不能过快,控制在10～20mm范围内,每推进1环,必须进行盾构轴线的测量,必要时,每0.5环进行测量,以便使盾构以良好姿态进入导台.在推力方面,考虑到土体对盾构壳摩擦阻力（或裹实）,推力控制在50～150T范围内,当推进速度达到要求,则此推力就为此时的推力.

（2）盾构机在导台上滑行直到抵达始发端掌子面

在这一阶段推进工作中,盾构机完全在导台上滑行,驱使盾构机前进的千斤顶的推力主要克服盾构机和导台之间的摩擦力,摩擦力约100T～150T.

盾构机在导台上滑行的速度控制在5～20mm之间,并严格控制盾构机的姿态.

3.2.2管片拼装

在盾构机上导台至刀盘抵达始发端掌子面过程中,盾构机尾部还没有进入风道范围内,即盾构机尾部处在接收端（东端）洞门内.在此过程中拼装的管片由于千斤顶作用于管片上的力小,导致管片之间的挤压力小而可能影响管片拼装质量,而且为了防止洞门处管片的下沉,除了采取对螺栓经常复紧等常规措施外,还应对该处管片和之前拼装管片纵向用拼装头+型钢进行加固.对管片进行加固可以防止管片错台,并可增加加固部位管片的整体刚度.

3.3盾构机掘进进入土体至盾尾离开洞门阶段

3.3.1盾构机进入土体开始掘进

在盾构机进入土体开始掘进后,盾构机推力将逐步增大,由于此时的掘进不同于盾构机在地层中的正常掘进,因此必须严格控制总推力、刀盘转速等参数,如下：

,盾构机总推力：一般控制在600～900T左右；

,推进速度：一般在10～20mm/min范围内；

,刀盘转速：控制在1.0～1.8rpm范围内；

,土压：控制在0.1～0.15MPa范围.

3.3.2管片拼装

在拼装风道到达端（东侧）洞门（钢筋混凝土洞门）口处的管片时采取整环拼装,同时用木楔塞住管片和导台之间的空隙,木块起到传递荷载和固定管片的作用,不致管片直接落在导台上,此项施工直至管片环进入土体.

3.3.3东、西侧洞门的临时封堵措施

当盾构机推进完成第三阶段后,开始对东、西侧的洞门进行临时封堵处理,即处理管片和钢筋混凝土洞门之间的空隙.

封堵的方法采用喷射混凝土,风道内东、西侧洞门临时封堵示意图见图3-1.喷射混凝土的指标如下：

,喷射混凝土的强度等级为C25；

,喷射混凝土的抗渗等级为S6；

,喷射混凝土的厚度为管片和洞门或土体之间的空隙；

图3-1风道内东、西侧洞门临时封堵示意图

4施工中的监控量测

在盾构掘进范围内距开挖工作面10m范围内,监测频率2次/天；在距开挖工作面10m～30m范围内,监测频率1次/天；在距开挖工作面30m范围外,监测频率1次/周.当沉降或隆起超过规定限值(-30/+10mm)的80％或变化异常时,加大监测频率为每3小时一次监测并扩大监测范围.

5实施效果

通过本技术措施的实施,既确保了盾构进出洞安全及隧道线形,又有效的控制了管片错台并增加了管片的整体刚度.本段隧道质量均满足地铁验收规范要求,已经顺利通过最终验收.