41硬岩地铁隧道钻爆法开挖盾构法衬砌施工技术2562.docx

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1、硬岩地铁铁隧道钻钻爆法开开挖盾构构法衬砌砌施工技技术杨 书 江（中铁隧隧道股份份有限公公司 河南 新乡 45530000）摘 要要：盾构法法施工技技术在城城市地铁铁隧道建建设中得得到广泛泛应用，但但其本身身也具有有一定的的局限性性，如长长距离硬硬岩地层层及软硬硬互为夹夹层地层层的掘进进施工。在在广州市市地铁三三号线【大大石南汉市区区间】盾盾构工程程施工中中，创造造性地采采用了钻钻爆法开开挖盾构构法衬砌砌施工工工艺，成成功解决决了长距距离硬岩岩地层的的施工难难题。文文章介绍绍了这种种新工艺艺，希望望对类似似工程施施工有所所借鉴。关键词：地铁隧隧道 硬岩 钻爆爆法 盾构法法 新新工艺 1 前言言随

2、着城市市轨道交交通事业业的快速速发展，盾盾构法施施工技术术在上海海、广州州、深圳圳、南京京、北京京等城市市地铁建建设中得得到广泛泛应用。目目前国内内使用的的复合式式土压平平衡盾构构对于软软土及岩岩石单轴轴抗压强强度小于于80MMpa的的硬岩地地层施工工是完全全适应的的，但是是对于长长度超过过1000米、岩岩石单轴轴抗压强强度超过过1000Mpaa的长距距离硬岩岩地层，不不仅在国国内盾构构法施工工中没有有先例，即即使在盾盾构技术术比较发发达的国国外也鲜鲜有成功功经验可可循，存存在较大大的施工工难度。为为减少施施工风险险，进一一步完善善土压平平衡盾构构在长距距离硬岩岩地层的的施工配配套技术术，必须

3、须探索其其他的辅辅助施工工模式。中铁隧道道股份有有限公司司在广州州市轨道道交通三三号线工工程施工工中，采采用钻爆爆法开挖挖硬岩隧隧道并进进行初期期支护、隧道底部施作弧形钢筋混凝土导向平台、盾构空载推进拼装管片通过、管片背后与钻爆法初期支护间的空隙利用吹米石与注浆结合的新工艺，成功通过了427.5m（右线隧道228.5m，左线隧道199 m）岩石单轴抗压强度最高达118Mpa的硬岩地层。2 技术术特点 钻爆爆法开挖挖盾构法法衬砌施施工技术术作为盾盾构法施施工的配配套技术术，极大大地拓展展了盾构构法施工工的适用用范围。 有效效地避免免了盾构构在长距距离硬岩岩地层中中掘进的的施工风风险，确确保了工工

4、程的顺顺利实施施，硬岩岩隧道越越长，工工期提前前的规模模效应越越明显。 节省省大量的的刀具费费用，同同时避免免了硬岩岩地层掘掘进盾构构震动剧剧烈对设设备造成成的损坏坏，延长长了盾构构的使用用寿命。3 施工工关键技技术3.1 硬岩段段钻爆法法施工为提高断断面利用用率，减减少施工工投入，硬硬岩段隧隧道设计计为圆形形断面，采采用新奥奥法原理理设计施施工，根根据盾构构通过的的需要分分为盾构构通过段段和盾构构接收段段。(1) 盾构通通过段盾构通过过段隧道道设计为为净空664000mm的的圆形断断面，比比盾构外外径大1120mmm。该该段采用用光面爆爆破技术术开挖、锚锚喷网联联合支护护，具体体支护参参数根

5、据据围岩条条件和监监控量测测结果进进行调整整。见图图1硬岩岩段隧道道施工示示意图。(2) 盾构接接收段为了保证证盾构出出洞时的的空间，硬硬岩隧道道靠近盾盾构隧道道处的33米隧道道作为盾盾构机接接收段，接接收段隧隧道净空空为68800mmm。为为便于在在盾构机机到达后后对盾构构机进行行底部处处理，底底部700范围内内的半径径加大到到37000mmm。(3) 导向平平台施工工为保证盾盾构按设设计姿态态通过，隧道底部60范围内设置半径为3150mm，厚度150mm的弧形混凝土导向平台。3.2 隧道贯贯通前盾盾构掘进进施工盾构隧道道与硬岩岩隧道贯贯通前的的25mm作为盾盾构到达达段，采采用土压压平衡模

6、模式掘进进。盾构构进入到到达段时时，逐步步减小推推力、降降低推进进速度，并并加强出出土量的的监控次次数。刀刀盘转速速1.66511.855r/mmin，盾盾构推进进总推力力小于8800吨吨，推进进速度不不大于225mmm/miin。隧道贯通通前3环环采用敞敞开式模模式掘进进。掘进进速度控控制在115mmm/miin以内内，总推推力在6600吨吨以内，采采用小推推力、低低速度进进入盾构构接收段段。隧道贯通通前15502200mm，对盾盾构隧道道和硬岩岩隧道内内所有测测量控制制点进行行一次整整体的、系系统的控控制测量量复测和和联测，对对所有控控制点的的坐标进进行精密密、准确确的平差差计算。贯贯通前

7、1100mm、500m时分分别人工工复测盾盾构姿态态，及时时纠正偏偏差，确确保盾构构顺利进进入接收收段。盾构在到到达段掘掘进过程程中，派派专人负负责观察察硬岩隧隧道段的的岩面变变化情况况。发现现围岩或或硬岩隧隧道初期期支护混混凝土有有较大震震动或变变形时，立立即通知知盾构主主司机调调整掘进进参数，防防止推力力过大，造造成刀盘盘前部围围岩的大大面积坍坍塌。在碴土清清理完成成后，用用C300早强混混凝土将将盾构前前体下部部至硬岩岩隧道段段已施工工的导向向平台进进行顺接接，确保保盾构能能顺利过过渡到导导向平台台上。3.3 盾构步步进拼装装管片施施工盾构推进进前将喷喷射机、米米石等材材料机具具，通过过

8、硬岩隧隧道段的的施工竖竖井运至至刀盘前前方。(1) 盾构步步进根据曲线线半径，计计算出盾盾构每推推进一环环所发生生的偏转转角与铰铰接油缸缸行程差差和推进进油缸行行程差，在在盾构推推进前复复核硬岩岩隧道与与盾构轴轴线误差差，根据据误差调调整铰接接油缸、推推进油缸缸的行程程差，保保证盾构构盾壳与与硬岩隧隧道间的的间隙，确确保盾构构按隧道道设计轴轴线进行行推进。根根据刀盘盘与导向向平台之之间的关关系，调调整各组组推进油油缸的行行程，使使盾构姿姿态沿设设计线路路方向推推进，推推进速度度在600855mm/minn之间。盾盾构步进进时，派派专人在在盾构前前方检查查、监测测盾构步步进情况况，主要要检查硬硬

9、岩隧道道的开挖挖是否有有侵入盾盾构刀盘盘轮廓的的岩石存存在、盾盾构前体体下部与与导向平平台的结结合情况况、米石石回填是是否密实实等。(2) 管片拼拼装管片拼装装工艺与与正常掘掘进时的的工艺相相同。管管片选型型要根据据盾尾间间隙与油油缸行程程差结合合盾构姿姿态选择择合适的的管片。通通过控制制盾构盾盾尾与管管片外表表面的间间隙，确确保管片片拼装符符合设计计要求。管管片每安安装一片片，先人人工初步步紧固连连接螺栓栓；安装装完一环环后，用用风动扳扳手对所所有管片片螺栓进进行紧固固；待管管片脱出出盾尾后后，重新新用风动动扳手进进行紧固固。安装装管片时时推进油油缸的压压力设定定为500barr。3.4 管

10、片背背衬回填填管片背衬衬回填由由喷射米米石、盾盾尾同步步注浆、补补充注浆浆等组成成。通过喷喷射米石石在管片片脱离盾盾尾时对对管片进进行支撑撑，防止止管片下下沉产生生错台，并并增加盾盾构向前前推进的的摩擦力力。利用盾盾构机同同步注浆浆系统压压注水泥泥砂浆，使使衬砌管管片与地地层间紧紧密接触触，提高高支护效效果。根据注注浆后的的检查结结果，从从管片注注浆孔补补充注浆浆固结管管片。(1) 喷射米米石回填填在管片拼拼装的同同时进行行米石喷喷射回填填工作，喷喷射米石石分两步步进行：第一步步，每隔隔4.55m在盾盾构的切切口四周周用袋装装砂石料料围成一一个围堰堰，围堰堰范围不不小于660300，以防防管片

11、背背后的米米石、砂砂浆前窜窜。从刀刀盘前方方向盾构构后方吹吹入粒径径5110mmm的米石石骨料，喷射压力为0.250.3MPa。第二步，在管片拼装完成并脱出盾尾后，从管片注浆孔向管片背后吹入米石骨料，在管片背后间隙较少时，从注浆孔向管片背后吹米石比较困难。喷射米石回填施工见图2所示。充填标准准：考虑虑暗挖隧隧道平均均超挖115cmm，管片片与暗挖挖隧道的的孔隙66.988m3，喷射射米石填填充孔隙隙的600700%，则则每环管管片需喷喷射米石石约4.555m3。图2： 喷射米石回填示意图(2) 盾尾同同步注浆浆 同步步注浆浆浆液性能能同步注浆浆采用水水泥砂浆浆。浆液液胶凝时时间：初初凝时间间8

12、h，终终凝时间间10.5h，施施工时根根据盾构构推进过过程中浆浆液的流流动情况况，适当当调整浆浆液胶凝凝时间。 注浆浆工艺同步注浆浆在每环环管片喷喷射米石石回填后后进行，与与盾构步步进同步步。注浆浆通过盾盾构自身身配备的的同步注注浆系统统，采用用手动控控制方式式，由人人工根据据现场情情况调整整注浆流流量、速速度、压压力。注浆压力力：为保保证对管管片背后后空隙的的有效填填充，同同时防止止砂浆前前窜至刀刀盘前方方，注浆浆压力取取值为00.0500.08MPPa。注浆结束束标准：同步注注浆时盾盾壳外围围是敞开开的，压压力变化化不大，不不以压力力作为注注浆结束束的控制制标准。当当注浆量量达到理理论注浆

13、浆量的880%以以上时，即即可结束束注浆。在在注浆过过程加强强对盾构构四周以以及盾壳壳外部的的围堰变变形的观观测，发发现有浆浆液外泄泄，应暂暂时停止止注浆。 注浆浆效果检检查在盾构管管片安装装10环环后，间间隔6mm（4环环管片）在在管片注注浆孔处处开口检检查注浆浆效果，根根据检查查效果，决决定是否否进行补补充注浆浆。(3) 补充注注浆 第一一次补充充注浆第一次补补充注浆浆的目的的是填充充管片背背后尤其其是顶部部的空洞洞，确保保管片与与硬岩隧隧道初期期支护间间的密实实度。盾盾构步进进过程中中每6mm通过管管片注浆浆孔检查查同步注注浆效果果，管片片背后如如果存在在空洞，利利用砂浆浆运输罐罐车从管

14、管片上部部30或330位置的的注浆孔孔注入水水泥单液液浆，注注浆时避避开封顶顶块位置置。 第二二次补充充注浆在盾构通通过硬岩岩隧道后后，根据据管片间间渗漏水水情况，采采用KBBY-550/770双液液注浆泵泵进行注注浆堵水水。浆液液采用水水泥水水玻璃双双液浆。浆浆液配比比为水泥泥：水玻玻璃为11：1，注注浆压力力取值为为0.20.3MPaa，注浆流流量不大大于100L/mmin。注注浆结束束标准采采用注浆浆压力单单指标控控制。3.5 监控量量测监控量测测伴随隧隧道施工工全过程程，根据据量测数数据随时时调整施施工工艺艺及工法法，确保保施工及及地表建建筑物的的安全。在在硬岩隧隧道钻爆爆法施工工时，

15、主主要进行行地表沉沉降、隧隧道拱顶顶下沉及及水平收收敛的监监测。盾盾构空载载通过硬硬岩隧道道时，因因钻爆法法隧道变变形已基基本稳定定，同步步注浆压压力仅有有0.0550.08MPPa，不不会引起起地表变变形，监监测以管管片拼装装后的姿姿态测量量为主，确确保隧道道的成洞洞质量。4 质量量控制措措施4.1 管片防防水盾构步进进通过硬硬岩隧道道时，盾盾构盾壳壳与导向向平台间间的摩擦擦力约1100tt，管片片与盾尾尾尾刷间间的摩擦擦力200t，拖拖拉后配配套的拉拉力755t，即即盾构在在导向平平台上向向前步进进所需反反力为1195tt。现场场施工时时，盾构构油缸推推力均在在3000t以上上，没有有因止

16、水水条挤压压不紧而而造成管管片漏水水现象。为为保证管管片的防防水效果果，施工工中采取取以下措措施： 在隧隧道贯通通前安装装管片时时，每环环管片用用22钢钢筋与上上一环管管片相连连，防止止因贯通通时刀盘盘前方突突然失去去反力造造成已安安装的管管片松动动。 在盾盾构步进进前方，利利用导向向平台上上的预埋埋钢板焊焊接牛腿腿，安设设两个880t的的千斤顶顶提供反反力；或或者直接接在刀盘盘前方堆堆碴提供供盾构步步进所需需的反力力。 安装装管片时时，在该该环管片片的螺栓栓紧固完完毕后，对对上一环环管片的的螺栓进进行二次次紧固，以以保证管管片的块块与块之之间、环环与环之之间的紧紧密连接接。4.2 管片错错台

17、盾构在导导向平台台上向前前推进时时，盾构构的前体体、中体体以及盾盾尾的盾盾壳与导导台是紧紧密接触触的，只只要注意意管片选选型与姿姿态调整整，不会会产生大大的错台台。 每335环环对管片片姿态进进行人工工测量，根根据测量量结果结结合盾尾尾间隙进进行管片片的选型型。 加强强管片背背后喷射射米石及及注浆回回填效果果的检查查，确保保管片与与硬岩隧隧道初期期支护间间空隙的的充填密密实度，保保证管片片下部有有足够的的支撑力力。4.3 盾构姿姿态控制制由于盾构构主机的的体积大大（长88.5mm，刀盘盘直径达达6.228m）、质质量重（重重达3000T），姿姿态调整整比较困困难。在在通过硬硬岩隧道道时采取取以

18、下措措施进行行盾构姿姿态的控控制： 积极极采取措措施，确确保导向向平台施施工精度度导向平台台是盾构构通过硬硬岩隧道道时的下下部支撑撑，导向向平台的的施工精精度直接接决定着着盾构的的姿态。导导向平台台施工模模板定位位后必须须进行测测量复核核，混凝凝土浇注注后应进进行标高高的复测测，确保保导向平平台的施施工精度度在0155mm以内内。 调整整好隧道道贯通时时盾构的的姿态盾构从盾盾构隧道道进入硬硬岩隧道道前，及及时调整整盾构的的出洞姿姿态，确确保盾构构出洞时时的滚动动值Rooll小小于3mm/m。盾盾构在导导向平台台上步进进时，调调整盾构构的滚动动值Rooll小小于5mm/m。 做好好管片的的选型及

19、及安装，确确保隧道道成洞质质量由有经验验的土木木工程师师24小小时现场场值班，综综合盾构构的姿态态、盾尾尾间隙、油油缸行程程及盾构构步进情情况等因因素，合合理选择择管片的的安装类类型，控控制推进进油缸行行程差，使使盾构机机姿态偏偏差在20mmm以内内、盾尾尾间隙均均在700mm左左右，确确保管片片受到的的油缸推推力较平平均，在在管片脱脱出盾尾尾时，盾盾尾内壳壳不会挤挤压管片片外壁，可可有效防防止管片片产生错错台、裂裂缝。5 工程程应用情情况5.1 右线隧隧道应用用情况右线隧道道20003年99月200日100：455贯通，99月244日完成成准备工工作开始始推进，但但是因混混凝土导导向平台台标

20、高问问题，99月299日110月55日停机机处理导导向平台台，100月6日日恢复推推进，111月11日通过过硬岩隧隧道。综综合进度度为平均均每天33.4环环（5.1m），最最高133环（119.55m），扣扣除导向向平台造造成的影影响，平平均进度度为每天天4.88环（77.1mm）， 5.2 左线隧隧道应用用情况左线隧道道20003年111月222日223：000贯通通，111月266日完成成准备工工作开始始推进， 12月月10日日通过硬硬岩隧道道。平均均进度为为每天77.4环环（111.1mm），最最高为114环（221m）。5.3 应用效效果及质质量评价价经现场实实测管片片姿态，高高程和平

21、平面偏差差均小于于30mmm，符符合地地下铁道道工程施施工及验验收规范范中管管片拼装装允许偏偏差要求求（50mmm），管管片表面面无破损损，相邻邻管片无无明显的的错台，无无渗漏水水现象。作者简介介杨书江（119733.3），男男，工程程师，本本科，119966年毕业业于中国国矿业大大学交通通土建专专业，中中铁隧道道股份有有限公司司广州地地铁大汉汉盾构项项目经理理部总工工程师，从从事地铁铁盾构隧隧道施工工技术管管理工作作。广州市番番禺区大大石镇礼礼村怡景景花园AA2栋怡怡丽苑4402室室，邮编编51114300，电话话：0220- 34778 994722（兼传传真），1135 12773 99

22、3899，Emmaill：yssj033211633.coom广州市轨轨道交通通三号线线【大石石南汉汉市区间间】盾构构工程右右线隧道道2288.5mm、左线线隧道1199 m地层层主要为为8ZZ-2混合岩岩中风化化层、9Z-2混混合岩微微风化层层，围岩岩分类为为、类，属属上元古古界震旦旦系花岗岗岩片麻麻岩的混混合岩体体，其岩岩石单轴轴抗压强强度达1118MMPa，且软硬岩层互为夹层现象普遍，岩层均一性差，对盾构法施工极为不利。在盾构到到达前，利利用区间间隧道中中间风机机房的风风井作为为施工竖竖井，采采用钻爆爆法开挖挖并进行行必要的的初期支支护，盾盾构隧道道与硬岩岩隧道贯贯通后，盾盾构机在在已施工工的混凝凝土导向向平台上上空载推推进并拼拼装管片片通过、管管片背后后与钻爆爆法初期期支护间间的空隙隙采用吹吹米石与与注浆结结合的新新工艺进进行回填填密实，成成功通过过了该硬硬岩地层层。