盾构法隧道与矿山法隧道对接施工技术

马小汀

中铁隧道集团二处有限公司联合掘进机工程公司   北京燕郊  101601

摘  要：由于盾构经过长距离砂层中掘进，刀具损坏严重，且由于该段地层上软下硬，盾构进入该段时掘进非常困难，根据工期要求及对接方案的可行性的综合分析评价，选择矿山法完成贯通对接。

关键词：盾构隧道  矿山隧道  对接

一、前言

城陵矶长江穿越隧道工程与深圳前湾过海管廊工程均为矿山法和盾构法两段施工中间对接。深圳前湾过海管廊工程，由于地质资料提供的地质情况与实际存在很大差别，对接点岩层上部为砂层及全风化岩层，下部为中风化岩层。由于盾构经过长距离砂层中掘进，刀具损坏严重，且由于该段地层上软下硬，盾构进入该段时掘进非常困难，根据工期要求及对接方案的可行性的综合分析评价，选择矿山法完成贯通对接。即盾构到达一定位置先停止，由矿山法施工段进行开挖贯通，然后盾构推进到矿山法开挖段继续进行管片拼装衬砌等工序作业。

二、工程概况

深圳前湾过海隧道工程位于珠江口伶仃洋海域上，两岸陆域相距约1.3Km。电厂所需淡水和燃料（天然气）由海底隧道采用管道输送。过海隧道从建设中的交通码头用地范围内穿越，经大铲东水道海底，在大铲岛岸边登陆。始发井位于陆域码头一侧，为直径18m的圆井，深度为28.54m，采用沉井法施工；过海隧道长1448.286m，分为盾构法和矿山法施工，其中1070m隧道采用目前国内最先进的复合式泥水平衡盾构机进行施工，衬砌采用6块钢筋混凝土预制管片拼装而成，其内径为2440mm；另外378.86m隧道采用矿山法施工。盾构机从始发井下井组装并开始掘进，推进1070m到达矿山法施工段，后盾构机空载推进、管片拼装通过矿山法施工段后，进入接收井完成整个隧道施工。

由于接收井段处于中风化、微风化花岗岩，围岩强度达120Mpa，盾构机掘进困难，此段经专家论证采用矿山法施工。但在掘进过程中发现在里程zk1+087处隧道上半部分为全风化岩层或砂层，下半部分为中风化岩层，上下软硬不均地层，与地质资料提供的地质情况与实际存在很大差别，且因盾构经过长距离砂层中掘进，刀具损坏严重，盾构进入该段后掘进非常困难，根据工期要求及对接方案的可行性的综合分析评价，选择在ZK1+087里程段实施矿山法与盾构法隧道贯通对接。

三、对接施工总体方案

盾构到达一定位置先停止，由矿山法施工段进行开挖贯通，然后盾构推进到矿山法开挖段继续进行管片拼装衬砌等工序作业。

四、矿山法隧道对接断面的确定

盾构隧道直径3201mm，矿山隧道直径3600mm，加大段直径3900mm，长度视围岩情况而定，一旦围岩条件变差，立即采取相应的支护措施，并采取超前注浆。对接处断面尺寸参见图1。

图1   对接处断面关系图（单位：mm）

五、盾构隧道及矿山法隧道对接前两侧施工措施

5.1盾构隧道及盾构防爆破冲击处理措施

在盾构隧道与矿山隧道贯通以前，盾头及盾壳与围岩空隙预注膨润土，使膨润土充满刀盘、盾头及盾壳与围岩空隙，保证隧道贯通时减小爆破对盾构刀盘的冲击力，起到保护盾构的作用。

5.2 矿山法隧道施工措施

5.2.1岩土工程师现场值班，通过地质超前探孔，分析围岩及水量情况，采取相应的处理措施。每一循环探孔深度为5米。探孔位置布置参见图2。

     图2   探孔位置布置示意图（R=1800 mm）

5.2.2在隧道贯通段（zk1+087），隧道上半部分为全风化岩层或砂层，下半部分为中风化岩层，上下软硬不均地层。首先采用风镐人工开挖上半部分，并架设格栅钢架初支施工，后采用弱爆破开挖进行下半部施工，在开挖后立即按进行初期支护。地层上下软硬不均和超前小导管布置情况断面示意见图3。

 图3隧道贯通段地层上下软硬不均及超前小导管布置断面示意图

支护参数：初期支护采用Ф20主筋格栅钢架，断面含砂层时间距500mm～750mm，断面为软硬不均的岩层时间距750mm～1000mm。布一层Ф6.5@150×150mm钢筋网，C20喷射混凝土。拱部砂层或全（强）风化花岗岩范围设超前小导管，小导管采用Ф32×3.25mm普通水煤气管，环向间距0.2m，单根长度3.0m，搭接长度不小于1.5m，采用注浆参数参见表1。另外，在砂层范围采取全断面注浆止水。开挖时，上部软弱断面可增加异型钢架，并应使支护及早封闭。

表1     贯通段超前小导管注浆参数表

图4  贯通段注浆加固示意图

5.2.4 注浆相关工作

浆液选用水泥—水玻璃双液浆，水泥浆水灰比1.5:1～1:1，水玻璃浓度30～40Be’，水泥—水玻璃浆液体积比1:1～1:0.3，按表1中的参数进行注浆。

注浆结束后，采用分析法和钻检查孔法进行注浆效果检查： 

① 整理分析注浆记录资料，分析注浆施工过程中的P-q-t曲线，定性地评价注浆效果；

② 注浆结束后汇总注浆量，通过对地层填充率的反算分析，确定地层中浆液的填充情况，定量地确定注浆效果；

③ 检查孔出水量是否小于0.1l/min·m；

根据检查结果，确定是否再进行补充注浆，为开挖提供依据和保障，确保安全完成对接施工。

5.2.5在矿山法隧道和盾构之间留不小于2.5 m的未开挖墙体，先用风钻钻通，减少对接面气压。然后在掌子面开洞，再采用扩挖法形成全断面。在开挖到预留墙体及以前一个开挖循环，沿断面周边增加6.0m长、间距小于10cm的超前导管管棚，必要时对掌子面进行全断面注浆加固堵水。

5.2.6为防止盾构进入矿山法隧道段时尾部的水通过盾构与隧道的间隙涌入矿山段，防止大量泥砂随地下水涌入矿山段，同时也减小管片的位移，在盾构进入矿山法隧道段前5米，对盾构尾部管片背后用水泥砂浆进行补强注浆，将矿山法隧道段最后一榀格栅钢架架立在盾构到头后20cm处，并在靠近盾构到头前40cm处设置防流砂装置。将双层具有足够刚度的钢丝网（中间夹设纤维隔层）焊接在格栅钢架或锚杆上。

六、施工注意事项：

6.1始发井及接收井联系测量采用陀螺定向方法由洞外向洞内传递，并在盾构端距离矿山侧100米时，采用陀螺定向方法进行加强复测，两头对接偏差由矿山法开挖及盾构掘进两边进行调整,以保证贯通精度。

6.2在断面开挖过程中，若发现岩层局部掉块或涌水等现象时，采用喷射混凝土等措施及时封闭掌子面，在不良部位进行注浆加固。注浆达到一定强度后再继续开挖支护，确保施工安全顺利进行。

6.3再开挖过程中，准备足够的注浆堵水材料及抢险设施，确保遇到问题能及时处理。