CN102031982A - 复合牙支顶过矿山法隧道施工技术 - Google Patents
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Abstract
复合牙支顶过矿山法隧道施工技术，包括复合牙支顶加工工艺、管片错台及其凹凸现象控制技术、管片防水技术、盾构推进控制措施及跟踪监测技术，其特征是：所述复合牙支顶加工工艺采用：原灌浆孔安装复合牙支顶作支撑，复合牙支顶和纵向螺栓的拉力控制管片；所述管片错台及其凹凸现象控制技术采用：喷射豆砾石和盾尾同步注浆相结合的方式；所述管片防水技术采用：管片单边增加遇水膨胀止水带；所述盾构推进控制措施包括：导台质量控制、盾构轴线控制、盾构阶段推进控制；所述跟踪监测技术包括：隧道管片姿态即时跟踪监测，测定变形值。本发明缩短了工期，达到了管片块与块之间的最大错台量、环与环之间最大错台量，造价低。
Description
技术领域
本发明属于土木工程领域，特别是涉及盾构施工的复合牙支顶矿山法隧道施工技术。
背景技术
以往盾构法过矿山法隧道即“空推”，在已挖好的矿山法隧道内通过并进行衬砌支护，存在问题是：
1、施工速度慢
在矿山法隧道中，盾构机一边推进，一边拼管片，一边向管片背后喷射豆砾石，以充填管片和隧道间的空隙，并同步注入双浆液的传统方法过矿山法隧道，这种方法施工速度很慢。
2、管片的错台及其凹凸现象
在矿山法隧道中，管片完全脱离盾尾后，由于管片外壁与矿山法隧道壁间隙大，无良好支撑，管片容易下沉而产生的错台，由于管片自身的重量容易导致隧道两侧管片向外扩张，从而产生的凹凸现象。
3、盾构姿态及轴线难以控制
在矿山法隧道中，为了防止盾构机在推进过程中轴线发生偏离，即盾构机与暗挖隧道的间隙逐渐缩小而与暗挖隧道初衬发生相碰，影响施工安全，那么盾构机外侧与隧道壁必须留一定的间隙，而正是由于间隙的存在，使得盾构姿态及轴线难以控制，管片拼装难度大。
4、隧道防水效果差
在矿山法隧道中，盾构机的前进靠推进油缸的推力，而衬砌管片的防水靠推进油缸前进时反作用的压力，由于盾构机在暗挖隧道进行推进，阻力小，因此其推力可能达不到管片止水带的压密要求，管片防水性变差，影响隧道的整体防水效果。
发明内容
在盾构法过矿山法隧道的施工中，针对盾构通过矿山法已支护隧道内管片易变形、线形不易控制等问题，发明了复合牙支顶过矿山法隧道施工方法。本发明以全新的思路有效地控制了管片错台及凹凸现象，施工快捷方便，节约了盾构机过矿山法隧道的时间，确保了管片良好定位和质量，为以后盾构机过矿山法隧道施工提供了一个全新的理念。为保证空推的顺利进行，从导台施工、复合牙支顶的选型、施工措施等方面采取必要措施，特别是针对空推过程采取了同步注浆和二次双液注浆相结合的措施，以保证空推段成型管片不出现侧向移动。
附图说明
图1复合牙支顶安装示意图；
图2复合牙支顶图。
具体实施方式
1、复合牙支顶法过矿山法隧道的工艺流程：
(1)加工复合牙支顶(材质为钢)；
(2)在管片安装后把原灌浆孔打通，利用原灌浆孔安装复合牙支顶作支撑，在管片脱离盾尾后让其自然下落到导台上，同时利用复合牙支顶和纵向螺栓的拉力共同把管片适当限制；
(3)盾构机掘进时向管片下部与隧道壁之间喷射豆砾石并同步注浆；
(4)盾构机过矿山法隧道，支顶安装如图1所示，通过暗挖段后盾构机适当施加推力，把隧道内的管片压紧，紧固螺栓后再由管片吊装孔填装豆砾石，然后从洞门预留孔处进行二次双液注浆，再一次紧固螺栓。
2、复合牙支顶的选型
(1)复合牙支顶加工如图2所示，由于隧道内运输设备、盾构机后配套台车的重量和管片自重等原因，安装在隧道侧下部的支顶受力最大，安装在隧道两侧水平位置的支顶受力较大，安装在隧道上部的支顶受力最小。将支顶棒长度设计为三种，最短的安装在隧道侧下部，较长的安装在隧道两侧，最长的安装在隧道上部。每种支顶棒长度根据管片厚度、二次注浆孔螺纹长度和管片与隧道初期衬砌间距确定，确保每个支顶安装后都能对管片进行较好的支撑。
(2)见表1
表1复合牙支顶类型
| 类型 | 部位 | 支顶棒直径(mm) | 支顶棒长度L(mm) | 备注 |
| A型 | 上部 | 40 | 500 | 受力最小 |
| B型 | 侧面 | 40 | 450 | 受力较大 |
| C型 | 导台位 | 40 | 350 | 受力最大 |
注：支顶的长度由管片外壁与矿山法隧道壁的距离决定
(3)管片背后回填采用了喷射豆砾石和盾尾同步注浆相结合的方式，通过安装钢质复合牙灌浆孔支顶在管片完全脱离盾尾后对整环管片进行了较好的支撑，有效地防止了管片完全脱离盾尾后管片下沉产生的错台，以及隧道两侧管片向外扩张而产生的凹凸现象。
(4)管片拼装质量控制
①管片的拼装考虑管片外周与盾尾间隙以及按轴线走向进行排列。主要考虑间隙问题，如无间隙将导致盾构机在推进过程中轴线发生偏离，因此管片拼装着重于管片的选形及封顶块安装的位置。
②盾构机在过矿山法隧道时，很难精确地计算出盾构机的推力，只能在具体的推进过程中推力由小往大慢慢的加大，一般来说以在拼装管片过程中盾构机不向前滑行为原则。在盾体全部进入土体后，转动刀盘，减小推进速度或停止推进，加大所有推进油缸的油压，增加盾构机总推力使其达到2000t及以上，压紧矿山法隧道内已拼装的管片。
③在每安装一片管片后，先用人工将管片连接螺杆进行初步紧固；待安装完一环后，再用扳手对螺栓进行复紧。
(5)由于盾构在暗挖隧道进行推进，其推力可能达不到管片止水带的压密要求，因此为保证管片嵌缝的防水效果，在管片离手孔30mm处(外侧)沿管片单边增加一道遇水膨胀止水带，止水带宽度：30mm×1mm～30mm×3mm，根据实际情况，选取止水带的厚度。
(6)盾构姿态及轴线的控制
①为保证盾构机顺利准确步上导台，应按设计标高控制导台厚度。同时导台的高度和轴线必须控制在设计允许的误差范围内。导台断面弧长与隧道中心夹角为60°，导台起点从洞门开始，一直至隧道端墙前方，导台与端墙之间预留1m长的缺口，使盾构机刀盘在缺口处顺利旋转并切入端墙。
②在整个矿山隧道内推进，关键点在以下的四个方面加以控制：
Ⅰ.盾构机在进入暗挖隧道内导台前，对接触混凝土导台刀盘刀具进行调整，避免刀具与导台接触。应对盾构各分区千斤顶进行调整，使盾构姿态符合要求。在推进时，推进速度不能过快，每推进1环，进行盾构轴线的测量，以便使盾构以良好姿态进入导台。
Ⅱ.在坡度改变(缓和曲线)上推进，关键是控制推进千斤顶的行程差及铰接千斤顶行程差，确保暗挖隧道与盾构壳间的间隙。
由于盾构机在导上前进阻力很小，并且导台已经确定了盾构机的前进方向，为了确保盾构机沿导台轴线前进不偏离导台，并在导台上保持正确的姿态，在盾构机推进时采用交叉使用竖直位置(A、C)和水平位置(B、D)两组推进油缸向前推进。
由于该段隧道水平曲线是曲线半径R＝300m的缓和曲线，竖曲线仅是2‰的下坡，并因盾构机自重等原因，使用竖直位两组油缸推进时不保持油缸行程差，使用水平位两组油缸时保持5cm左右的行程差。同时在盾构机推进过程中，通过测量复核盾构机轴线与导台轴线误差，并根据误差调整铰接油缸和推进油缸的行程差，保证盾构机在导台上的良好姿态，使盾构机沿导台轴线往前推进。
Ⅲ.在这一阶段推进工作中，由于盾构推力将逐步增大，对暗挖隧道内的管片将产生一定量的位移，因此盾构推力不能过大，一般控制在600～800t±，推进速度在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。在盾构进入土体前，必须在暗挖隧道内的管片进行二次注浆施工，注浆材料为单液浆，注浆顺序为：底部→推进方向右方→推进方向左方→顶部。
Ⅳ.由于暗挖隧道与盾构隧道接口处，盾构推进时对周边土体挠动，土体较容易坍塌，因此在该处注浆回填时，在灌注豆砾石后，马上用单液浆进行压注，使回填材料能在短时间内达到一定的强度，防止水土流失。
在盾体完全进入土体后，矿山法隧道初期衬砌与管片之间的空隙两端头被完全封闭。从洞门第一环开始逐环对所有的管片进行二次注浆，将管片背后间隙再次填充密实。
(7)跟踪监测措施
在矿山法隧道内空推时加大人工监测频率，在盾构机过后对隧道管片姿态随时跟踪监测，把信息及时反映给盾构操作人员，以便根据变形程度及时采取措施。
Claims (3)
1.复合牙支顶过矿山法隧道施工技术，包括复合牙支顶的使用、管片错台及其凹凸现象控制、管片拼装质量控制、管片防水工艺、盾构姿态及轴线的控制、同步注浆、二次补充注浆和跟踪监测措施等辅助施工技术。
所述的复合牙支顶，材质为钢；在管片安装后把原灌浆孔打通，利用原灌浆孔安装复合牙支顶作支撑，在管片脱离盾尾后让其自然下落到导台上，同时利用复合牙支顶和纵向螺栓的拉力共同把管片适当限制；盾构机掘进时向管片下部与隧道壁之间喷射豆砾石并同步注浆；通过暗挖段后盾构机适当施加推力，把隧道内的管片压紧，紧固螺栓后再由管片吊装孔填装豆砾石，然后从洞门预留孔处进行二次双液注浆，再一次紧固螺栓。
2.根据权利要求1所述的复合牙支顶过矿山法隧道施工技术，管片背后回填采用了喷射豆砾石和盾尾同步注浆相结合的方式。
3.根据权利要求1所述的复合牙支顶过矿山法隧道施工技术，在整个矿山隧道内推进，推进速度不能过快，每推进1环，进行盾构轴线的测量，以便使盾构以良好姿态进入导台；
盾构推力不能过大，控制在600～800t±，推进速度在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；
在盾构进入土体前，必须在暗挖隧道内的管片进行二次注浆施工，注浆材料为单液浆，注浆顺序为：底部→推进方向右方→推进方向左方→顶部。
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