[发明专利]一种基于马蹄形盾构机的大断面马蹄形土压平衡盾构隧道施工方法

说明书

一种基于马蹄形盾构机的大断面马蹄形土压平衡盾构隧道施工方法，采用以下步骤，步骤1：设置明洞反力结构盾构始发装置，端头向进洞方向采用大管棚加固。步骤2：在底板结构上设置始发基座，在始发基座上设置3根第一导轨作为盾构机导向轨道，在洞门导洞中铺设3根第二导轨，将第一导轨和第二导轨相连，位于盾构机盾尾与中盾的连接处，在始发基座上设置有盾尾焊接槽。步骤3：设置明洞加强段结构为盾构机提供反力。在大断面马蹄形盾构机基础上，形成了大断面马蹄形盾构施工的成套技术：明洞反力结构盾构始发技术；盾构掘进参数控制技术；大断面马蹄形盾构管片拼装技术；渣土改良技术。

技术领域

本发明涉及隧道施工领域，具体涉及一种基于马蹄形盾构机的大断面马蹄形土压平衡盾构隧道施工方法。

背景技术

目前，在大规模的铁路隧道施工中，以矿山法为主，辅以少量的TBM和盾构法，其中盾构法主要用于下穿河流、海峡及城市软土地层中。当铁路山岭隧道穿越砂质和新黄土地层时，采用矿山法施工需要辅助工法和大刚度的支护，代价较大，而采用盾构法施工较为便利，结构主要为单层预制管片，无额外的施工支护成本，优点明显，但也需要增加初期机械研发和制造成本问题。在断面形式上，常规盾构以圆形为主，特别当面对双线大断面的形式下，大部分为大断面圆形盾构。国际上也有采用双圆甚至三圆土压平衡盾构的先例，但存在开挖断面加大、受力效果差和支护构件增加的劣势。由此，产生了开发大断面马蹄形盾构施工双线黄土地层铁路隧道的构想，本施工技术基于多刀盘马蹄形大断面盾构机专利技术而配套研发的相应的施工技术。由于多刀盘大断面马蹄形盾构施工是个前所未有的尝试，存在以下难点或未解决的问题：

(1)铁路山岭隧道工程不同于常规地铁盾构在车站内的始发，一般洞口为路堑，可以充分利用明洞结构代替常规地铁所使用的盾构始发专用反力架提供反力。

(2)盾构施工关键是需要根据掘进的地质条件及时准确的确定盾构机的掘进参数，对马蹄形大断面盾构施工更是如此，盾构机掘进参数确定的得当与否直接关系到盾构施工的进度、安全和质量。

(3)马蹄形管片拼装是马蹄形盾构机的设计难点之一，也是盾构施工的难点。也由于马蹄形断面没有圆形的中心对称优势，导致每块管片内表面变曲率、重量大、惯性大、重心偏置等特点，从而使管片安装时微调工作量很大、管片错位搭接现象多，且楔形块在最后拼装时周向压紧力不易传导等诸多难题。

(4)鉴于马蹄形断面面积大、九刀盘同时开挖、搅拌效果不均、同时存在搅拌盲区，渣土改良存在很大不均匀性，对盾体(姿态)方向控制影响大。因此保证渣土改良效果至关重要，通过渣土改良让渣土实现真正的注塑状。

(5)超大断面马蹄形盾构，隧道主要穿越地层为全断面新黄土地层，隧道断面面积大、同步注浆量大，管片脱出盾尾后的稳定性直接影响成型隧道的质量。因传统的二次注浆采用水玻璃与水泥浆液的双液浆，每次施作最低配备4人方可进行，工序繁琐且费时费力，经常出现堵管和抱死盾壳的现象。此外，大断面马蹄形盾构断面大，管片结构自身重量和浆液浮力均大，同步注浆浆液性能和操作不当，极易引起管片开裂等隐患。

(6)掘进中3#、5#、7#刀盘在前，与1#、4#、6#后刀盘之间形成盲区，盲区位置渣土积累，导致推力逐渐加大刀盘之间形成盲区，盲区位置渣土积累，导致推力逐渐加大砂质老黄土地层，导致掘进困难，刀盘与切口的阻力增大，盲区土柱难以破坏直接顶入土仓内隔板上，导致推力增大的同时无速度，且刀盘扭矩也随之增大。

(6)铁路山岭隧道洞口一般为路堑，不同于常规地铁盾构在车站内的接收，因此需结合洞口边仰坡和明洞结构进行接收施工。路堑明洞接收技术采用挡墙支护仰坡代替常规的洞口段旋喷或桩加固，解决了边仰坡稳定问题；接收基座-挡墙段采用管片结构，解决了挡墙干扰盾构机接收与拆解的问题；接缝构造措施解决了管片结构与明洞段的衔接问题。

因此，大断面马蹄形盾构的施工是个新兴事物，与常规的小断面异形盾构或大断面圆形盾构施工均存在很大差异。本工法专利在针对性解决上述施工难点和新问题基础上而综合形成。