盾构机过小半径圆曲线隧道施工分析及控制要点

　　提要：运用盾构机挖掘城市轨道交通隧道已日趋成熟，在繁华的老城区受地面建(构)筑物等其他因素的影响，经常出现小半径圆曲线隧道路线。以广州地铁6号线海珠广场～东湖吊出井盾构区间小半径转弯为例，分析和探讨盾构掘进过小半径曲线段的施工要点和措施，以便对今后盾构施工进行借鉴和参考。

　　关 键 词：盾构施工,小半径曲线,管片选型,掘进参数,注浆控制

　　1、 引言

　　盾构施工有一个很重要的技术要求就是控制盾构掘进姿态符合符合设计线路，而小半径转弯会对盾构掘进施工带来诸多的难题，下面分析一下小半径转弯的难点和解决措施。本文中所指的小半径曲线隧道是指300m以下圆曲线半径的隧道。

　　2、 工程概况

　　此土建工程共由【海珠广场～北京南站】盾构区间、【北京南站～越秀南站】盾构区间、【越秀南站～东湖】盾构区间共三个区间组成。里程范围为：YDK10+987.202～YDK12+911.239(ZDK10+937.689～ZDK12+911.239)。

　　整个工程左右线共包含12段曲线段隧道，其中圆曲线半径R≤300m的共9段，最小半径R=250m，整个工程所有圆曲线段隧道埋深均在15.8～24.6m之间，且在裂隙较为发育的强、中风化岩地层穿过，地下水量更大。

　　3、 重、 难点分析

　　(1)小半径圆曲线隧道掘进，盾构机姿态的控制难度大。由于盾构机本身为直线形刚体，圆曲线段掘进只能形成一段段连续的折线来拟合圆曲线。为了使盾构隧道轴线与设计轴线相吻合，掘进过程中需要进行连续纠偏。圆曲线半径越小，拟合困难就越大，掘进单位距离的纠偏量也越大，纠偏精确度越低，隧道轴线因此较难控制。

　　(2)由于推进千斤顶推力不等，管片出现破损、开裂、错台等质量问题的几率增大，同时管片姿态容易水平超限。在掘进时，需要使用不等的推进千斤顶分区油压来实现盾构机沿设计轴线掘进。盾构推进千斤顶各分区的压力差导致管片受力不均，管片会往推力大的一侧(圆曲线外侧)偏移，千斤顶对盾构管片会产生往圆曲线外侧的反作用力，使管片承受三向(纵向、横向和环向)不均匀作用力，出现破损、开裂、错台等质量问题。

　　(3)同步注浆效果难以保证，隧道渗水，管片上浮超限，管片破损、开裂、错台等问题突出。在裂隙发育的<8>、<9>地层中掘进，基岩裂隙水较丰富，同步注浆液容易渗进土仓或刀盘，漏浆较严重，管片背后的空隙充填不密实。首先是防水效果大打折扣;其次，砂浆提供不了足够的约束力，管片在流体上浮力的作用下通环上浮;再者，推进千斤顶推力不相等，管片姿态、质量等问题更难控制。

　　(4)测量工作任务艰巨。由于隧道转弯半径小，圆曲线段测量通视范围缩小，使得自动导向系统移站频率加快，次数增加。硬岩中掘进同步注浆质量难以保证，二次补注浆前管片背后空隙率较高，盾构机连续纠偏，管片受震动容易发生移位，且在纵向不均力作用下管片会在一定推进距离内产生较大水平偏移等等，都将导致自动测量系统测站坐标发生变化而出现测量偏差，误导掘进。

　　4、 解决方案及措施

　　1)、盾构掘进参数

　　为了使盾构隧道轴线与设计轴线相吻合，圆曲线段隧道掘进将必然通过千斤顶油缸压力差来实现，因此有必要对相关掘进参数进行控制以保证掘进顺利和隧道质量。根据以往施工经验并结合本工程特点，参数控制如下：

　　Ø 仓体土压力：采用常压掘进;

　　Ø 推进千斤顶总推力：根据不同地层情况，最大总推力控制在500～600t，在推进过程中要注意加注发泡剂以减少盾构机总推力;

　　Ø 推进千斤顶油缸压力差：尽量确保盾构机姿态平顺，避免大的蛇行，左右千斤顶区压差值限制在0～2Mpa，上下千斤顶区压差值限制在0～5Mpa;

　　Ø 推进千斤顶行程差：尽量减少千斤顶的行程差，最大行程差限制在30mm以内;

　　Ø 刀盘转速：采用1.5rpm低转速以减少管片震动;

　　Ø 刀盘扭矩：刀盘最大扭矩控制在4000KN·m;掘进过程中，要有针对性地加注发泡剂减少刀盘扭矩，消除盾构旋转的外力因素;

　　Ø 推进速度：不大于20mm/min;

　　Ø 姿态控制：为了抵消管片的后续位移，控制管片的最终偏差量，盾构掘进时预加一定的相反位移，且逐渐预加避免幅度过大。

　　Ø 水平姿态控制：

　　a、从曲线段前20环开始，至进入缓和曲线前，将盾构机水平姿态逐渐调至+30mm;

　　b、在前缓和曲线段，至进入圆曲线前，将盾构机水平姿态逐渐调至+50mm;

　　c、在圆曲线段，至进入后缓和曲线前，盾构机水平姿态保持+50mm掘进;

　　d、过了圆曲线，在后缓和曲线段，盾构机水平姿态开始由+50mm逐渐回调至+30mm;

　　e、过了后缓和曲线，盾构机进入正常直线段掘进，盾构机姿态要逐渐调回正常-20mm～+20mm范围。

　　Ø 竖直姿态控制：

　　压低盾构机姿态，竖直偏差控制在-50mm～-80mm.

　　2) 、管片选型及拼装

　　² 1.2m环宽管片的选用

　　转弯半径R≤300m的平面圆曲线隧道，圆曲线段隧道全部选用1.2m环宽的管片，在圆曲线两侧的缓和曲线段各40米范围内选用1.2m环宽的管片，其余选用1.5m环宽管片。

　　² 1.2m环宽管片拼装K块点位控制

　　为使盾构隧道轴线尽可能地拟合成小转弯半径圆曲线，转弯环管片K块拼装点位应灵活选择。若圆曲线外侧盾尾间隙小或盾尾间隙左右较平均，可选择转弯幅度较大的点位，若转弯方向内侧盾尾间隙小，则可选择转弯幅度较小的点位。特别需要注意的是，1.2m环宽的管片只有右转环，在进行拼装点位选择时需充分考虑到这一点。

　　3) 、注浆控制

　　缩短同步注浆液的初凝时间，以及合理选择二次补充注浆时压注的孔位和顺序对成型隧道质量意义重大。

　　² 盾尾同步注浆

　　a、盾尾同步注浆暂定采用以下配合比：

　　注：以上数据为每槽0.75m3的用量，单位为公斤,实际称量时精确到1kg/m3

　　b、注浆量控制：盾尾同步注浆初步定为4槽(约3m3)/环，以漏浆或达到注浆压力任一者作为控制条件。

　　² 二次补充注浆

　　a、注浆终孔压力：0.3Mpa。

　　b、双液注浆配合比：水泥浆液水灰比为0.8：1(质量比);水玻璃溶液配比为水玻璃：水=1：3或1：1(体积比)根据施工实际调整;水泥浆液：水玻璃溶液=1：1(体积比)。

　　c、双液注浆前，在盾尾注浆管注入稠膨润土液，膨润土液配合比：膨润土：水=250kg：250kg，共注2槽;

　　4) 、测量工作要求

　　对测量工作的要求将更精确和细致，必须做到勤复测。

　　a、由于测量可视范围缩小，使自动导向系统移站的频率加快，根据以往施工经验并结合区间线路特点，每掘进15～20环移站一次。

　　b、每掘进10环对后视棱镜、测站和盾构机姿态进行人工复测，以保证测量数据准确。

　　5、 后记

　　在掘进施工中采用合理的工艺和先进的控制方法对盾构过小半径曲线段工程有着重要意义，控制的方法不断进步，大大提高了小半径转弯成型效率和质量，提出的措施或方法可为今后类似工程施工有一定的参考借鉴作用。

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