地铁车站盾构法与矿山法联合施工技术解析

地铁车站盾构法与矿山法联合施工技术解析

王久存

（中铁二十局集团第五工程有限公司，云南，昆明，650000）

【摘要】盾构法是一种优越的地铁施工技术，而盾构法与矿山法的联合施工却能实现更大的价值，如降低施工成本、缩短施工工期及实现综合效益最大化，据此，本文举例分析地铁车站盾构法与矿山法的联合施工技术。

【关键字】盾构法；矿山法；联合施工

引言

地铁车站大多采用单层三跨隧道结构，因此最好采用盾构法与矿山法联合的施工方法，即先在隧道两侧进行盾构法施工，然后再在隧道中断进行矿山法施工。研究表明，盾构法与矿山法联合施工的方法具有以下优点：工作竖井采用盾构法施工时，两侧车站隧道施工过程无需降水；中段隧道采用矿山法施工时，上台阶施工过程无需降水，而下台阶结构施工过程仅需采用洞内降水或明排法降水即可；管道经特殊设计之后，管片可重复使用，由此降低施工成本、加快施工进度及减少环境破坏。据此，下文举例浅析地铁车站盾构法与矿山法的联合施工技术。

一、盾构法与矿山法联合施工的设计

图1为地铁车站盾构法与矿山法联合施工示意图。

图1盾构法与矿山法联合施工示意图

结合图1，下文以广州轨道交通4号线为例，讨论隧道车站盾构法与矿山法联合施工设计。

（一）确定圆形隧道轮廓

本施工段矿山法圆形隧道仅进行初衬施工，并在盾构机经过的同时，拼装C50预制砼盾构管片，以此作为二衬支护。施工段右线所用盾构机为外径6.28m的海瑞克盾构机，因此矿山法圆形隧道的内径取6.4m及盾构隧道中线重合于隧道中线，以确保盾构机顺利经过及将隧道初衬误差控制到规定范围。关于隧洞内径的确定，一般应考虑到以下因素：站台与地铁车厢之间的建筑高度；施工盾构机穿过车站盾构隧道的要求。《地铁设计规范》规定：站台与地铁车厢之间的建筑高度控制在5m左右即可；施工盾构机在车站隧道与区间隧道的45°夹角处相切进入。由于盾构机经过时需在仰拱处60°范围之内设厚150mm的盾构机钢筋砼导台，因此此处的初支需外方150mm，并实行直线过渡，详见图2。

图2矿山法圆形隧道初衬示意图

（二）圆形隧道支护

矿山法圆形隧道支护的参数设计要求依据新奥法原理，采取喷锚支护，其中初期支护包含钢架、钢筋网、锚杆及喷射砼等部分。隧道衬砌与支护参数一般以水文地质条件、围岩类别及结构断面等因素为依据，采取理论计算+类比法来确定支护参数。据此可知，本施工段矿山法圆形隧道的支护参数为：1.在Ⅴ类围岩拱顶的120°范围之内按1*1m的要求错开布设Φ22砂浆锚杆，以此作为加强支护，同时设置Φ8@200*200钢筋网，并初喷厚150mm的C20早强砼；在Ⅳ类围岩的边墙和拱顶处按1*1m的要求错开布设Φ22砂浆锚杆，以此作为加强支护，同时设置Φ8@200*200钢筋网，并初喷厚200mm的C20早强砼。

（三）隧道初次支护与盾构管片之间的填充处理

本施工段圆形隧道的初支内径取6.4m，但盾构拼装而成的管片外径仅为6.0m，则两者之间存在宽200mm的缝隙需处理。对此，施工方决定采用砾石填充+压注水泥浆的方法进行处理。

注意上述地铁车站盾构法与矿山法联合施工的设计方案具体以现场地质勘察报告为依据，因此按要求开展地质勘察非常必要，详见表1。

二、盾构法与矿山法联合施工技术

（一）盾构抵达之前的准备工作

1.矿山法开挖过程，应对隧道的欠超挖进行严格控制，并按每3m一个断面检查隧道的初衬；当超挖＞15时，需进行喷浆回填，以保证盾构顺利通过。2.按每3m一个断面复测盾构机通过的高程及导台中线，道台的施工进度应＜20mm。3.盾构机抵达之前，需检查导台面的平滑度及表面的整洁度，以免损坏盾构机的盾壳。

（二）盾构拼装管片通过矿山法开挖段

盾构拼装管片通过矿山法开挖段的工艺流程为：盾构机上导台→盾构机步进→喷射小碎石回填→盾尾同步注浆回填。本章节主要讨论以下施工要点：

1．盾构机步进。准备工作就绪之后，按导向平台与刀盘之间的相互关系调整推进油缸的行程，以确保盾构机朝线路方向推进，但此过程需注意以下要点：推进速度控制在10-25mm/min之间；盾构步进过程，安排专人进行检查和监督，同时密切与盾构机操作人员的配合，以确保盾构机的前移线路与导台中线重合，从而保障管片的受力均匀。

2．喷射小碎石回填。小碎石喷射回填过程，需注意以下要点：（1）小碎石的粒径控制在5-10mm之间，并在喷射之前浇水湿润，以防喷射过程产生扬尘。（2）提前将回填材料和机具运入矿山法隧道中，注意在盾构机通过矿山法时，按“刀盘前方→盾构后方”的顺序喷射小碎石回填。（3）管片拼装之后，立即喷射小碎石回填地层与管片外围之间的间隙，并在盾构机切口周围每间隔4.5m用袋装砂石料或泥土围成范围≧2.00-10.00点的围堰，以防止管片背后喷射的小碎石前窜。（4）按“刀盘前方→盾构后方”的顺序吹入Φ5-10mm的小碎石，且喷射压力控制在0.25-0.3MPa之间，以支撑管片及防止盾构前移。由于暗挖隧道超挖的均值＞15cm，暗挖隧道与管片之间的孔隙为6.98m3，则喷射小碎石能填充孔隙空间的60-70%，而小碎石的回填数量为4.5-5.0m3。

3．盾尾同步注浆回填。注浆所用水泥砂浆浆液由砂、水、粉煤灰、水泥、膨胀土按779：460:381:120:60配合而成，此浆液的初凝时间为8h，终凝时间为10.5h。盾尾同步注浆回填过程，需注意以下要点：（1）经盾构机自带的同步注浆系统完成注浆，并采用手动控制的方式按需调节注浆的压力、速度和流量。（2）注浆压力的重要标准是：注浆时不发生变形、位移和损坏；注浆压力控制在0.15-0.25MPa之间，且防止浆液窜入盾构刀的前方。（3）注浆过程对注浆量、注浆压力等指标进行跟踪监测，且在一环注浆量为6m3时停止注浆，同时密切观察盾构机周围和盾壳外部围堰的变形，一旦发现浆液外泄，则立即停止注浆。（4）在盾构机管片拼装10环之后，每间隔6环开口查验注浆效果，并据此确定是否继续回填注浆、是否安装单向阀及确定回填注浆的管片数，并用双液浆泵在管片顶部时针1:00点或11：00点处进行回填注浆。

4．盾构机与管片姿态的监测。盾构机拼装管片时，应对盾构与管片的姿态进行人工监测，以便及时掌握盾构和管片的位移规律及按需调整各项参数，同时优化管片选型等，以确保盾构的有效推进。

三、结语

地铁车站采用盾构法与矿山法联合施工技术具有现实意义，即与一般施工方法相比，盾构法与矿山法联合的施工方法可缩短工程的建设周期，降低工程的施工成本，提高车站整体结构的施工质量，减轻施工行为对地面环境的破坏，因此极具经济效益、社会效益和环境效益。但需要强调的是，盾构法与矿山法联合施工过程，务必要按需优化施工方案及规范施工工序，并掌控好所有技术参数，以免因操作不当而降低最终的施工效果。

参考文献：

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[2]廖鸿雁.矿山法扩挖盾构隧道修建地铁车站技术[J].都市快轨交通,2011,06:81-85.

[3]孟亚武.地铁车站盾构法与矿山法联合施工技术及地铁车站施工防渗漏控制要点的探析[J].城市道桥与防洪,2013,11:101-103+8.