盾構(gòu)小半徑轉(zhuǎn)彎的應(yīng)對(duì)措施

翁培標(biāo)/WENG Pei-biao（廣東華隧建設(shè)股份有限公司，廣東 廣州 510620）

Shield Equipment& Project 盾構(gòu)工程

盾構(gòu)小半徑轉(zhuǎn)彎的應(yīng)對(duì)措施

翁培標(biāo)/WENG Pei-biao
（廣東華隧建設(shè)股份有限公司，廣東 廣州 510620）

[摘 要]在盾構(gòu)法的施工過程中，小半徑轉(zhuǎn)彎屬于技術(shù)難題之一，本文以東莞地鐵R2線茶山站-榴花公園站為例，對(duì)盾構(gòu)小半徑轉(zhuǎn)彎技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析，并論述其相關(guān)的應(yīng)對(duì)措施，希望能夠起到一定的借鑒參考作用。

[關(guān)鍵詞]盾構(gòu)施工；小半徑轉(zhuǎn)彎；分段

1 案例分析

東莞地鐵R2線茶山站－榴花公園站區(qū)間線路大體呈東－西走向。本工程屬于區(qū)間出入段隧道的施工，其包括出段線和入段線的施工。出入段線盾構(gòu)段起訖里程范圍：出段線長(zhǎng)548.049m；入段線長(zhǎng)738.609m，出段線盾構(gòu)段最小曲線半徑R＝250m，入段線最小曲線半徑R＝239m。出段線盾構(gòu)段線路縱斷面為單面坡，最大坡度為34.52‰，線路埋深10.86～25.46m，隧頂覆土6.0～19.6m。入段線盾構(gòu)段線路縱斷面為單面坡，最大坡度34.52‰，線路埋深10.86～16.96m，隧頂覆土6.0～12.1m。出入段線都為大坡度，小曲線半徑掘進(jìn)，采用三菱泥水復(fù)合型盾構(gòu)并應(yīng)用各種有效措施，順利完成了過重疊隧道的砂土軟弱地層中的掘進(jìn)。

2 盾構(gòu)小半徑轉(zhuǎn)彎的應(yīng)對(duì)措施

2.1 鉸接裝置與千斤頂有效配合

根據(jù)盾構(gòu)參數(shù)，開啟盾構(gòu)鉸接裝置，配合開啟仿形刀進(jìn)行超挖，并依據(jù)設(shè)計(jì)曲線半徑及盾構(gòu)直徑計(jì)算鉸接角度，開啟盾構(gòu)鉸接裝置，使得盾構(gòu)前體與后體的張角與曲線吻合，具體的角度變化見表1，預(yù)先推出弧形趨勢(shì)，為管片提供良好的拼裝空間。隨著盾構(gòu)進(jìn)入緩和曲線，逐步減小水平張角，直至盾構(gòu)到達(dá)茶山站。

表1 出入線段急曲線段鉸接使用參數(shù)值

盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)要注意上下兩端或左右兩側(cè)的千斤頂行程差不能太大，一般控制在30mm左右，在實(shí)際操作中，必須確保每環(huán)的行程差變化量滿足本環(huán)糾偏要求。

在小半徑盾構(gòu)施工過程中盾構(gòu)姿態(tài)控制的原則是：調(diào)整鉸接為主，千斤頂?shù)倪x用為輔。開啟盾構(gòu)鉸接裝置，配合開啟仿形刀進(jìn)行超挖，并依據(jù)設(shè)計(jì)曲線半徑及盾構(gòu)直徑計(jì)算鉸接角度，開啟盾構(gòu)鉸接裝置，使得盾構(gòu)前體與后體的張角與曲線吻合，在圓曲線內(nèi)鉸接計(jì)算公式為

式中：θ—圓曲線內(nèi)鉸接應(yīng)開角度；

L1—盾構(gòu)前體長(zhǎng)度；

L2—盾構(gòu)后體長(zhǎng)度；

R—半徑。

2.2 仿形刀的使用

鉸接裝置作為一種輔助手段，仿形刀的使用效果將直接影響盾構(gòu)鉸接裝置的作用，超挖量過大將嚴(yán)重地?cái)_動(dòng)土體，過小將不能充分發(fā)揮鉸接裝置的作用，以致達(dá)不到所要求設(shè)計(jì)軸線的半徑。

因此，仿形刀的使用主要須考慮兩個(gè)方面的因素，一是仿形刀的超挖范圍，仿形刀通過設(shè)置，可以在圓周任意區(qū)域位置進(jìn)行超挖，該工程將采用仿形刀在曲線內(nèi)側(cè)位置進(jìn)行超挖，以有利于曲線行走；二是超挖量，經(jīng)計(jì)算得出理論超挖量為20mm。

2.3 隧道整體外移控制

2.3.1 盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)的預(yù)偏

為了控制隧道軸線最終偏差控制在規(guī)范要求的范圍內(nèi)，盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)，考慮給隧道預(yù)留一定的偏移量。將盾構(gòu)沿曲線的割線方向掘進(jìn)，管片拼裝時(shí)軸線位于弧線的內(nèi)側(cè)，以使管片出盾尾后受側(cè)向分力向弧線外側(cè)偏移時(shí)留有預(yù)偏量，預(yù)偏量控制在50～70mm左右。

2.3.2 管片選型與拼裝

管片拼裝時(shí)要確保管片姿態(tài)適度超前：為滿足急轉(zhuǎn)彎施工要求，在緩和曲線段內(nèi)，使用環(huán)寬為1.2m管片，其管片結(jié)構(gòu)形狀均為通用形式，楔形量皆為41mm的雙邊楔形管片。管片在封頂塊K塊的位置處，管片寬度最薄，為1 179.5mm，在相對(duì)位置處寬度最厚，為1 220.5mm，為雙邊楔，楔形量為41mm。因此，管片構(gòu)造尺寸，其封頂塊K塊在施工拼裝過程中，根據(jù)其在不同的位置時(shí)管片的位置改變量和角度改變量總結(jié)如表2所示。

另外盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)采用分段推進(jìn)，每掘進(jìn)30cm收縮1次千斤頂，首30cm使用全部千斤頂掘進(jìn)，然后再以偏選千斤頂為主掘進(jìn)。同時(shí)，管片在盾構(gòu)內(nèi)拼裝完成后，由于外壁無約束，管片在盾構(gòu)內(nèi)呈懸臂狀態(tài)，為了避免千斤頂在推進(jìn)時(shí)對(duì)管片造成傷害，千斤頂行程仍按1 750mm來進(jìn)行管片拼裝，以減少管片與盾構(gòu)的重合部分，縮短管片的懸臂長(zhǎng)度。

盾構(gòu)在小半徑段掘進(jìn)每環(huán)都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)糾偏角度，因此管片的選型應(yīng)與盾構(gòu)姿態(tài)相匹配，最好的施工效果是每環(huán)管片拼裝完后，管片的姿態(tài)比盾構(gòu)姿態(tài)超前1/3～1/2的糾偏量，即超前10～15mm。管片的選型與盾構(gòu)姿態(tài)不一致，將造成盾尾間隙的不合理變化，致使管片大面積被盾尾拉壞，造成管片開裂，同時(shí)造成盾尾刷的破壞、管片錯(cuò)臺(tái)、漏水等，嚴(yán)重的將導(dǎo)致管片姿態(tài)超限，影響施工質(zhì)量。

但在實(shí)際操作中，盾構(gòu)姿態(tài)與計(jì)劃線總有一定偏差，故應(yīng)根據(jù)盾構(gòu)姿態(tài)和盾尾間隙進(jìn)行管片選型，所選管片可能與上表有所不同。但可采用相同原理計(jì)算，并進(jìn)行適量微調(diào)。

表2 1.2m管片拼裝位置表

嚴(yán)格控制管片從生產(chǎn)到現(xiàn)場(chǎng)拼裝緊固的整個(gè)過程，確保管片的拼裝質(zhì)量。從管片生產(chǎn)、運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收、裝卸、存放、粘貼止水條、下井、井內(nèi)吊運(yùn)、拼裝緊固等一系列環(huán)節(jié)要嚴(yán)格把控，確保管片安裝質(zhì)量。

2.3.3 控制掘進(jìn)速度與推力

急曲線隧道每掘進(jìn)一環(huán)，管片端面與該處軸線的法線方向在平面上將產(chǎn)生一定的角θ，在千斤頂?shù)耐屏ο庐a(chǎn)生一個(gè)側(cè)向分力。管片出盾尾后，受到側(cè)向分力的影響，隧道向圓弧外側(cè)偏移，側(cè)向分力的大小與千斤頂總推力成正比即降低千斤頂總推力，同時(shí)也意味著降低側(cè)向分力，有利于減少隧道向弧線外側(cè)的偏移量。

適當(dāng)?shù)亟档途蜻M(jìn)速度，掘進(jìn)速度控制在10～15mm/min左右，降低千斤頂總推力，同時(shí)也意味著降低側(cè)向分力，有利于減少隧道向弧線外側(cè)的偏移量。盾構(gòu)在掘進(jìn)過程中，應(yīng)盡量保持盾構(gòu)勻速前進(jìn)，尤其值得注意的是，在盾構(gòu)掘進(jìn)啟動(dòng)時(shí)，掘進(jìn)速度要以較小的加速度遞增，這樣可以避免千斤頂起始推力過大的問題。在砂層等軟弱地層，掘進(jìn)總推力必須控制在1 300t以下。另外，在調(diào)整盾構(gòu)姿態(tài)時(shí)，應(yīng)盡量采用油壓分區(qū)模式。

2.4 注漿質(zhì)量與管理

在急曲線段，注漿更應(yīng)采用雙液漿，因雙液漿為瞬凝性漿液，具有較高的早期強(qiáng)度、良好的流動(dòng)性和填充的均勻性，可以在較短的時(shí)間內(nèi)將建筑空隙填充并達(dá)到一定的強(qiáng)度，與原狀土共同作用，有效減小管片受側(cè)向壓力影響在建筑空隙范圍內(nèi)向弧線外側(cè)的偏移量。

1）同步注漿 同步注漿壓注要根據(jù)施工情況、地質(zhì)情況對(duì)壓漿數(shù)量和壓漿壓力二者兼顧。一般情況下，每環(huán)注入量控制在“建筑空隙”的130%～180%，即每環(huán)注漿量在4.21～5.83m3之間，而本區(qū)間主要是在軟弱地層急轉(zhuǎn)彎段施工，注漿量要大于直線隧道注漿量，擬施工過程中同步注漿量（5m3）和管片雙液注漿量（2.5m3），合計(jì)將會(huì)達(dá)7.5m3，以確保成形隧道穩(wěn)固和防止漏水。在同步注漿過程中，合理掌握注漿壓力，注漿出口壓力=切口水壓+60～100kPa（注漿壓力約為0.5MPa）。使注漿量、注漿流量和推進(jìn)速度等施工參數(shù)形成最佳匹配。

2）二次補(bǔ)充注漿 盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)，保證注漿質(zhì)量是減少后續(xù)沉降的有效手段、減小管片受側(cè)向壓力影響在建筑空隙范圍內(nèi)向弧線外側(cè)的偏移量，管片注漿設(shè)備并與同步注漿系統(tǒng)同時(shí)運(yùn)行，對(duì)A、B液漿進(jìn)行小樣試驗(yàn)，嚴(yán)格控制雙液漿初凝時(shí)間，初凝時(shí)間為10s左右。盾構(gòu)掘進(jìn)的同時(shí)在第4環(huán)管片（即脫出盾殼后的第1環(huán)管片）的2點(diǎn)～5點(diǎn)（左轉(zhuǎn)）、8點(diǎn)～10點(diǎn)（右轉(zhuǎn)）位置盡可能的進(jìn)行補(bǔ)充注漿（本區(qū)間主要是以右轉(zhuǎn)為主），同時(shí)在對(duì)應(yīng)側(cè)的3點(diǎn)、9點(diǎn)位置也進(jìn)行補(bǔ)充注漿，注漿方式見下圖。二次注漿壓力控制在0.5～0.7MPa左右。同時(shí)，每3環(huán)將額外在頂部11點(diǎn)～2點(diǎn)位置補(bǔ)充注雙液漿，以形成管片頂部的支撐環(huán)，以便控制管片上浮。

3 結(jié) 語

綜上所述，本項(xiàng)目在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中的有效把控，在各個(gè)方面的有利配合下，嚴(yán)格對(duì)鉸接千斤頂伸縮量計(jì)算控制、仿形刀吐出量及切削范圍設(shè)定、管片正確選型、掘進(jìn)參數(shù)控制及注漿的管控下，高效優(yōu)質(zhì)完成了東莞地鐵R2線出入線段大坡度，小曲線半徑的盾構(gòu)施工任務(wù)。

（編輯 吳學(xué)松）

［中圖分類號(hào)］U455.43

［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］B

［文章編號(hào)］1001-1366(2015)03-0054-03

［收稿日期］2015-02-10

Shield with small radius turning measures