急曲線盾構(gòu)施工控制技術(shù)要點

何振華 申紀鵬 韓月旺

0 引言

盾構(gòu)隧道施工技術(shù)可在極少干擾城市正常功能的前提下，安全快速的完成隧道施工，已成為城市修建地鐵隧道及穿越江河隧道的首選施工方法。然而，由于地鐵車站設(shè)置、穿越上覆建筑物等條件制約，隧道的設(shè)計軸線在空間上不可能全部為直線或緩和曲線。一般的城市地鐵線路正線最小曲線半徑在300 m～600 m之間，困難條件下可設(shè)置為250 m～300 m之間的急曲線，目前已有曲線半徑小于250 m的施工工況，如廣州地鐵5號動物園站—楊箕站的曲線半徑已達到200 m。因此，研究盾構(gòu)在急曲線半徑條件下的盾構(gòu)施工控制技術(shù)，對于提高盾構(gòu)隧道施工質(zhì)量，降低施工風險具有重要意義。

1 盾構(gòu)施工控制技術(shù)

1.1 盾構(gòu)設(shè)備選型

盾構(gòu)機作為最重要的隧道開挖設(shè)備，其設(shè)備選型及構(gòu)造決定了能否順利完成隧道開挖使命。由于盾構(gòu)機自身為直線形剛體，在施工過程中并不能與隧道設(shè)計曲線完全擬合。在曲線段盾構(gòu)掘進只能為一段連續(xù)的折線，呈現(xiàn)“蛇形”線路。盾構(gòu)機體越長，與設(shè)計曲線擬合的難度就越大，隧道軸線越難控制。因此，當盾構(gòu)機體長度不能滿足急曲線施工的情況下，選用具有鉸接裝置的盾構(gòu)機。鉸接裝置通過液壓油缸行程的不同，可以使盾尾和中前盾中心線之間形成一定夾角，從而讓盾構(gòu)機預(yù)先推出弧線姿態(tài)，與隧道設(shè)計曲線趨于吻合，為管片提供良好的拼裝空間。

1.2 井下水平運輸設(shè)備

井下水平運輸設(shè)備主要由電瓶車、渣土車、漿液車和管片車組成，并在鋪設(shè)的軌道上行駛。隧道曲線半徑越小，水平運輸設(shè)備的穿行能力就越小。因此選用的單節(jié)車體長度和寬度應(yīng)較小，必要時可使用轉(zhuǎn)向裝置等措施增加其通行能力。

1.3 管片選型及姿態(tài)控制

盾構(gòu)隧道最終是由管片分塊成環(huán)，繼而由環(huán)間縱向連接成襯砌。因此在曲線段需選用楔形管片。利用管片楔形量和管片拼裝的旋轉(zhuǎn)角度進行隧道轉(zhuǎn)彎和糾偏。隧道曲線半徑越小，需要的管片楔形量越大。然而楔形量過大，則襯砌拼裝后隧道容易產(chǎn)生滲漏水現(xiàn)象。因此，為保證隧道拼裝質(zhì)量，應(yīng)合理選擇管片的楔形量，應(yīng)減小管片寬度，使成型隧道軸線與設(shè)計線形盡量保持吻合。

盾構(gòu)在急曲線段掘進過程中，曲線外側(cè)盾尾間隙很小，曲線內(nèi)側(cè)盾尾間隙很大，造成曲線外側(cè)管片拼裝困難和隧道軸線難以控制。在盾構(gòu)掘進過程中，應(yīng)采取措施使左右兩側(cè)盾尾間隙接近正常值，讓管片保持較好的姿態(tài)，使管片姿態(tài)和盾構(gòu)機狀態(tài)保持一致。若通用環(huán)形式管片，必要時可采用幾環(huán)通縫拼裝來替代錯縫拼裝，來彌補錯縫拼裝后楔形量不足的問題，從而實現(xiàn)管片襯砌順利轉(zhuǎn)彎。

1.4 施工測量

在盾構(gòu)施工中，測量是決定盾構(gòu)姿態(tài)控制的重要環(huán)節(jié)。在盾構(gòu)進入緩和曲線前、在緩和曲線上、進入急曲線段前必須分別進行隧道貫通聯(lián)系測量。即通過地面控制網(wǎng)復(fù)測、豎井聯(lián)系測量和隧道內(nèi)導(dǎo)線測量對盾構(gòu)的掘進方向進行復(fù)核，為盾構(gòu)在曲線段施工時姿態(tài)控制提供依據(jù)。同時，在急曲線上要加強測量頻率，了解盾構(gòu)掘進狀態(tài)，調(diào)整掘進參數(shù)，使盾構(gòu)在急曲線段施工完全處于受控狀態(tài)。由于急曲線段的曲線半徑小，隧道內(nèi)可視距離變短，導(dǎo)致盾構(gòu)VMT導(dǎo)向系統(tǒng)測量移站頻率增加，且測量站安裝在尚未穩(wěn)定的管片上，測量數(shù)據(jù)極易變動，更應(yīng)增加測量頻率，及時調(diào)整VM T系統(tǒng)數(shù)據(jù)。

1.5 設(shè)備檢修

盾構(gòu)在進入曲線段前，尤其是急曲線段前，應(yīng)對設(shè)備進行全面檢測及維修，特別是刀具磨損、損壞檢修，從而為曲線段一次性通過創(chuàng)造條件。同時在曲線段掘進過程中，密切注意掘進速度、刀盤扭矩等參數(shù)變化，確保各種刀具特別是邊緣仿形刀的正常使用。

1.6 曲線擬合

由于盾構(gòu)在曲線段施工時，隧道軸線與管片端面法線會形成一定角度，使推進油缸頂力產(chǎn)生側(cè)向分力。曲線半徑越小，側(cè)向分力越大。受側(cè)向分力影響，當管片環(huán)脫出盾尾后，會向曲線外側(cè)產(chǎn)生一定的偏移。因此，為使隧道軸線最終偏差處于要求范圍內(nèi)，需在曲線段掘進時向曲線內(nèi)側(cè)預(yù)留一定偏移量，即盾構(gòu)機應(yīng)沿設(shè)計軸線的割線方向掘進。預(yù)偏量的確定需要依據(jù)理論計算和施工經(jīng)驗綜合分析得出。

1.7 掘進參數(shù)控制

在急曲線段施工時，應(yīng)降低盾構(gòu)機掘進速度，減小總推力。盾構(gòu)掘進速度越快，盾構(gòu)機總推力就會越大，管片所受側(cè)向分力就越大。同時，為減小側(cè)向分力對管片姿態(tài)的影響，可分次間隔地完成一環(huán)掘進。即每掘進一定距離，停止掘進并分批收回全部千斤頂，再讓千斤頂重新頂壓管片，然后繼續(xù)掘進，多次循環(huán)完成一環(huán)的掘進。從而改變了千斤頂頂靴和管片接觸位置，調(diào)整千斤頂推力方向，減小千斤頂推力與管片端面法線的夾角，從而減小了千斤頂側(cè)向分力。

1.8 壁后注漿控制

在急曲線段進行盾構(gòu)施工，宜采取不平衡同步注漿與雙液注漿相結(jié)合的方案，控制成型隧道軸線，減少管片錯臺和破損現(xiàn)象。即關(guān)閉軸線內(nèi)側(cè)壁后注漿泵，利用外側(cè)注漿孔進行注漿，甚至二次注漿，防止管片環(huán)在側(cè)向分力作用下向外偏移。

2 結(jié)語

盾構(gòu)在急曲線段施工時，最為重要的是如何處理盾構(gòu)姿態(tài)、管片姿態(tài)、隧道軸線之間的關(guān)系。因此，在盾構(gòu)設(shè)備和管片選型確定后，盾構(gòu)施工過程中的控制方案決定了成型隧道的質(zhì)量。通過系統(tǒng)闡述急曲線段的施工控制措施，以期更好地為指導(dǎo)盾構(gòu)施工提供借鑒。

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