小半徑曲線始發(fā)技術(shù)措施

于偉光

摘要：隨著城市的發(fā)展，軌道交通建設(shè)也隨之進(jìn)入一個(gè)快速發(fā)展時(shí)期。在地鐵建設(shè)各區(qū)段盾構(gòu)施工線路始發(fā)的選擇上，由于受規(guī)劃及建構(gòu)筑物的制約，始發(fā)路徑的確定變得越來(lái)越復(fù)雜；受設(shè)計(jì)及周邊施工環(huán)境等因素的影響，盾構(gòu)小半徑曲線始發(fā)在應(yīng)用上仍會(huì)越來(lái)越多。

鄭州市軌道交通5號(hào)線工程土建01標(biāo)五龍口停車場(chǎng)出入場(chǎng)線盾構(gòu)區(qū)間左、右線分別在540m和450m曲線半徑始發(fā)，采用割線始發(fā)，始發(fā)進(jìn)洞后各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，本文將結(jié)合五龍口停車場(chǎng)線區(qū)間區(qū)間始發(fā)施工實(shí)踐對(duì)盾構(gòu)小半徑曲線始發(fā)的技術(shù)措施作進(jìn)行介紹。

關(guān)鍵詞：割線始發(fā)；切線始發(fā)；技術(shù)措施；質(zhì)量控制

一、引言

盾構(gòu)機(jī)在小半徑曲線始發(fā)時(shí)，無(wú)法采用常規(guī)始發(fā)方法進(jìn)行始發(fā)，采用切線始發(fā)受盾構(gòu)機(jī)盾體長(zhǎng)度的影響無(wú)法在進(jìn)洞后進(jìn)行及時(shí)糾偏，極易產(chǎn)生拼裝完成后的管片軸線偏離設(shè)計(jì)軸線，只有采取割線始發(fā)，取到折中點(diǎn)才能滿足盾構(gòu)進(jìn)洞前后軸線偏差均滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，本文結(jié)合鄭州市軌道交通5號(hào)線工程土建01標(biāo)五龍口出入場(chǎng)線區(qū)間盾構(gòu)割線始發(fā)成功經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)小半徑盾構(gòu)曲線始發(fā)技術(shù)措施。

二、鄭州市軌道交通5號(hào)線工程出入場(chǎng)線區(qū)間盾構(gòu)曲線始發(fā)總結(jié)

鄭州市軌道交通5號(hào)線工程土建01標(biāo)五龍口停車場(chǎng)出入場(chǎng)線盾構(gòu)區(qū)間采用盾構(gòu)法施工，其中，左線從西站街站引出，經(jīng)西站路左轉(zhuǎn)下穿月季公園進(jìn)入嵩山路；右線從沙口路站引出，沿黃河路向西，下穿北編組站下發(fā)場(chǎng)箱橋、霽月南路箱橋、東三角箱橋和西三角箱橋后，在北編組場(chǎng)南咽喉右轉(zhuǎn)進(jìn)入嵩山路。出入場(chǎng)線雙線輝河路沿嵩山北路向北并行至五龍口停車場(chǎng)出入場(chǎng)線區(qū)間盾構(gòu)井。

區(qū)間左線設(shè)置5處平曲線，曲線半徑分別為：250m、800m、800m、400m和540m；右線設(shè)置8處平曲線，曲線半徑分別為450m、250m、800m、800m、800m、800m、400m和450m。區(qū)間左線在540m區(qū)間半徑始發(fā)；右線在450m區(qū)間半徑始發(fā)。

盾構(gòu)井施工完成后應(yīng)對(duì)洞門環(huán)的精度進(jìn)行復(fù)測(cè)，洞門偏差不應(yīng)大于10mm。以保證盾構(gòu)機(jī)的順利進(jìn)入和洞門防水的效果，洞門復(fù)測(cè)完成后根據(jù)復(fù)測(cè)結(jié)果安裝始發(fā)托架。

盾構(gòu)機(jī)盾殼長(zhǎng)度為9.33m，盾構(gòu)機(jī)在曲線始發(fā)時(shí)理論上應(yīng)該是盾頭盾尾的連線在盾頭位置沿曲線切線始發(fā)，且隨曲線轉(zhuǎn)彎。在實(shí)際工程中，由于始發(fā)條件有限，在狹窄的盾構(gòu)井里，盾構(gòu)機(jī)必須在托架上直線掘進(jìn)一小部分，盾構(gòu)機(jī)長(zhǎng)度9.33m，始發(fā)導(dǎo)軌約1m左右，即盾構(gòu)機(jī)始發(fā)直線部分最大10.33m，如下圖所示。

盾構(gòu)與設(shè)計(jì)軸線相切始發(fā)示意圖

因此可以推斷出盾構(gòu)機(jī)在直線掘進(jìn)10.33m后脫離托架，盾構(gòu)機(jī)本身最小的轉(zhuǎn)彎半徑（150m）轉(zhuǎn)彎時(shí)盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)，此時(shí)盾頭已經(jīng)偏離隧道中心線288mm，這顯然已經(jīng)大大超出規(guī)范要求（-50～+50mm），也不利于盾構(gòu)機(jī)本身的糾偏。沿切線始發(fā)已不能滿足要求，需采用割線始發(fā)。

盾構(gòu)割線始發(fā)示意圖

說(shuō)明：

A點(diǎn)為盾構(gòu)始發(fā)起點(diǎn)，C點(diǎn)為盾構(gòu)盾頭；

ABC線：為始發(fā)割線，即盾構(gòu)機(jī)盾體+導(dǎo)軌長(zhǎng)；

L1：為割線中部距設(shè)計(jì)軸線最大距離，L1≤50mm；

L2：為割線端點(diǎn)距設(shè)計(jì)軸線最大距離，L2≤50mm；

R：為隧道圓曲線半徑；

α：始發(fā)割線（盾體）與設(shè)計(jì)軸線切線夾角；

根據(jù)數(shù)學(xué)關(guān)系可以得到下列通用公式：

ABC：盾體+導(dǎo)軌長(zhǎng)；

R：隧道曲線半徑；

α：始發(fā)角；

當(dāng)且僅當(dāng)三個(gè)不等式都滿足要求時(shí)，具備始發(fā)條件。

右線始發(fā)偏角為α=0.85°，左線始發(fā)偏角α=0.78°。

割線始發(fā)洞門結(jié)構(gòu)的處理：

由于采用割線始發(fā)，盾構(gòu)機(jī)始發(fā)軸線是相割與隧道設(shè)計(jì)曲線上的，導(dǎo)致了始發(fā)軸線與洞門不垂直，如果不采取措施，盾體與洞門預(yù)留孔洞的四壁不平行，盾體與預(yù)留洞結(jié)構(gòu)間隙左右不均，出現(xiàn)一邊寬一邊窄，直接影響橡膠簾幕的止水效果，嚴(yán)重還會(huì)造成盾體卡殼。

采取的對(duì)策：

1）選擇適合的始發(fā)軸線；

2）將適當(dāng)?shù)膶⒍撮T結(jié)構(gòu)做大；

3）將洞門防水措施圓環(huán)板螺栓孔改造為滑槽。

如圖所示：

洞門預(yù)留孔洞結(jié)構(gòu)處理示意圖

采用割線始發(fā)后的成果：

1）左、右線均順利始發(fā)，無(wú)特殊情況出現(xiàn)；

2）洞門簾布板無(wú)拉裂、漏漿情況；

3）掌子面土體進(jìn)洞前無(wú)涌水、涌砂或土體坍塌等特殊情況；

4）進(jìn)洞后拼裝完成后的管片軸線與設(shè)計(jì)軸線偏差滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求；

5）拼裝完成的管片無(wú)破角、錯(cuò)臺(tái)、損壞現(xiàn)象。

為達(dá)到論文在后期各項(xiàng)目的實(shí)際操作性，本文以下內(nèi)容進(jìn)行通用總結(jié)，進(jìn)行最不利因素計(jì)算。

三、小半徑曲線始發(fā)線形設(shè)計(jì)

盾構(gòu)機(jī)盾殼長(zhǎng)度一般在8m以上，小半徑隧道半徑R一般在250～500m之間?，F(xiàn)按最小半徑R=250m進(jìn)行分析。

盾構(gòu)機(jī)在曲線始發(fā)時(shí)理論上應(yīng)該是盾頭盾尾的連線在盾頭位置沿曲線切線始發(fā)，且隨曲線轉(zhuǎn)彎。在實(shí)際工程中，由于始發(fā)條件有限，在狹窄的豎井里，盾構(gòu)機(jī)必須在托架上直線掘進(jìn)一小部分，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)一般盾構(gòu)機(jī)長(zhǎng)度約8m-10m，始發(fā)導(dǎo)軌約2m左右，即盾構(gòu)機(jī)始發(fā)直線部分最大12m，如下圖所示。

因此可以推斷出盾構(gòu)機(jī)在直線掘進(jìn)12m后脫離托架可以以盾構(gòu)機(jī)本身最小的轉(zhuǎn)彎半徑（250m）轉(zhuǎn)彎時(shí)盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)，此時(shí)盾頭已經(jīng)偏離隧道中心線288mm，這顯然已經(jīng)大大超出規(guī)范要求（-50～+50mm），也不利于盾構(gòu)機(jī)本身的糾偏。據(jù)此可以推斷，在250m小半徑曲線始發(fā)時(shí)，切線始發(fā)已經(jīng)不合要求，必須以割線進(jìn)行始發(fā)。但是如何確定始發(fā)割線的位置呢？以圖1為例，假設(shè)盾頭位置正在隧道中心線上，那么我們以盾頭位置做圓心畫出半徑為12m的圓弧，可以得到一個(gè)與隧道中心線在前方的交點(diǎn)，這個(gè)交點(diǎn)位置正好是盾構(gòu)機(jī)脫離托架可以轉(zhuǎn)彎的地方，且正好在隧道中心線上，因此我們可以認(rèn)為，這是一條最簡(jiǎn)單的割線，可以以這條割線進(jìn)行始發(fā)。但是經(jīng)過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，始發(fā)時(shí)隧道處于R=250m的小曲線上，割線長(zhǎng)度為12m，則割線與弧線（設(shè)計(jì)盾構(gòu)隧道中心線）之間的最大理論偏差為：。如圖2所示。

這同樣已經(jīng)超出了規(guī)范的限值（-50～+50mm），因此必須重新尋找一條符合條件的割線。以圖2為基礎(chǔ)，我們可以將這條割線向隧道中心線方向移動(dòng)（起點(diǎn)位置不變），因此這條割線變成了和隧道中心線相交的割線。如圖3所示。

當(dāng)這條割線的內(nèi)切割線部分的中點(diǎn)與隧道中心線的最大距離達(dá)到49mm的時(shí)候，可以計(jì)算出12m處端點(diǎn)，即盾構(gòu)機(jī)脫離托架可以轉(zhuǎn)彎時(shí)的盾頭姿態(tài)為-40mm（即盾頭偏左40mm），此時(shí)盾構(gòu)機(jī)可以以半徑200m（小于隧道中心線的曲線半徑）的糾偏曲線向著隧道中心線掘進(jìn)，此時(shí)的盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)為-40mm，已經(jīng)是偏移的最大量。因此可以以這條割線作為始發(fā)割線，計(jì)算出盾構(gòu)機(jī)的始發(fā)姿態(tài)為前點(diǎn)0，后點(diǎn)-100mm（即盾頭位于隧道中心線上、盾尾偏左100mm），雖然盾尾超出了規(guī)范要求，但是因?yàn)槎荏w本身位于豎井內(nèi)，隧道中心線在這里只是一條虛擬線，因此對(duì)始發(fā)沒(méi)有影響，隨著盾構(gòu)的掘進(jìn)，盾尾會(huì)隨著盾頭沿著隧道中心線前進(jìn)，而隧道偏移量并沒(méi)有超出要求。如果將轉(zhuǎn)彎處的最大偏移量定位-50mm（即盾頭偏左50mm），以這點(diǎn)與最大偏移量為49mm的點(diǎn)相連形成的割線也可以作為始發(fā)割線。以這條割線計(jì)算出的盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)為前點(diǎn)+3mm、后點(diǎn)-80mm（即盾頭偏右3mm、盾尾偏左80mm），使盾尾往隧道中心線收了一點(diǎn)，也是可行的。盾構(gòu)機(jī)實(shí)際姿態(tài)如圖4所示。

在確定了始發(fā)割線之后，就必須要求在豎井里有精確的安放托架的位置。

根據(jù)以上情況推導(dǎo)出通用公式，見(jiàn)圖5

說(shuō)明：

A點(diǎn)為盾構(gòu)始發(fā)起點(diǎn)，C點(diǎn)為盾構(gòu)盾頭；

ABC線：為始發(fā)割線，即盾構(gòu)機(jī)盾體+導(dǎo)軌長(zhǎng)；

L1：為割線中部距設(shè)計(jì)軸線最大距離，L1≤50mm；

L2：為割線端點(diǎn)距設(shè)計(jì)軸線最大距離，L2≤50mm；

R：為隧道圓曲線半徑；

α：始發(fā)割線（盾體）與設(shè)計(jì)軸線切線夾角；

根據(jù)數(shù)學(xué)關(guān)系可以得到下列通用公式：

其中ABC=盾體+導(dǎo)軌長(zhǎng)為已知量，隧道曲線半徑R為已知量，始發(fā)角α為未知量，BC長(zhǎng)為未知量，當(dāng)且僅當(dāng)三個(gè)不等式都滿足要求時(shí)，具備始發(fā)條件，將已知量代入不等式方程組可解出始發(fā)角α和BC的量，即可確定出始發(fā)割線的位置。

（一）割線始發(fā)方法

盾構(gòu)機(jī)在始發(fā)前確認(rèn)盾構(gòu)機(jī)與隧道軸線和盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)正確。小曲線半徑始發(fā)在全國(guó)尚屬少數(shù)，這為盾構(gòu)機(jī)的始發(fā)提出了很高的技術(shù)要求，需要解決以下問(wèn)題：①盾構(gòu)機(jī)在小半徑曲線上始發(fā)在未進(jìn)入曲線前，提前開(kāi)啟鉸接裝置，預(yù)先推出弧形態(tài)勢(shì)；②將盾構(gòu)機(jī)沿曲線的割線方向掘進(jìn)，以減小管片因受側(cè)向分力而引起的向圓弧外側(cè)的偏移量；③適當(dāng)降低推進(jìn)速度，在盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)啟動(dòng)時(shí)，推進(jìn)速度要以較小的加速度遞增；④推進(jìn)時(shí)，要適當(dāng)調(diào)整左右兩組油缸的壓力差，使曲線內(nèi)側(cè)油缸壓力略小于外側(cè)油缸壓力，但糾偏幅度不要過(guò)大；⑤在以上措施實(shí)施后還不能達(dá)到預(yù)期效果，應(yīng)啟用超挖刀進(jìn)行超挖糾偏。

（二）割線始發(fā)注意事項(xiàng)

1.盾構(gòu)基座變形：在盾構(gòu)進(jìn)洞門過(guò)程中，盾構(gòu)基座發(fā)生變形，使盾構(gòu)掘進(jìn)軸線偏離設(shè)計(jì)軸線。盾構(gòu)基座與工作井、盾構(gòu)、隧道軸線的關(guān)系發(fā)生變化。

2.鑿除鋼筋混凝土封門產(chǎn)生涌土：在破洞門過(guò)程中，洞門前方土體從封門間隙內(nèi)涌入工作井內(nèi)。

3.盾構(gòu)進(jìn)洞時(shí)洞門土體大量流失：進(jìn)洞時(shí)，大量的土體從洞口流入工作井內(nèi)，造成洞口外側(cè)地面大量沉降。

4.盾構(gòu)反力架位移及變形：在盾構(gòu)進(jìn)洞過(guò)程中，盾構(gòu)后靠支撐體系在受盾構(gòu)推進(jìn)頂力的作用后發(fā)生支撐體系的局部變形和位移。

5.盾構(gòu)進(jìn)洞時(shí)姿態(tài)突變：盾構(gòu)進(jìn)洞后，最后幾環(huán)管片往往與前幾環(huán)管片存在明顯的錯(cuò)臺(tái)，影響了隧道的有效尺寸。

6.盾構(gòu)螺旋輸送機(jī)出土不暢：螺旋輸送機(jī)內(nèi)形成阻塞或盾構(gòu)開(kāi)挖面平衡壓力過(guò)低，無(wú)法在螺旋輸送機(jī)內(nèi)形成足夠壓力。

（三）割線始發(fā)洞門結(jié)構(gòu)的處理

洞門端墻與隧道設(shè)計(jì)軸線垂直，洞門預(yù)留洞是一個(gè)與設(shè)計(jì)軸線垂直的正圓，由于采用割線始發(fā)，盾構(gòu)機(jī)始發(fā)軸線是相割與隧道設(shè)計(jì)曲線上的，導(dǎo)致了始發(fā)軸線與洞門不垂直，如果不采取措施，盾體與洞門預(yù)留孔洞的四壁不平行，如圖6所示：

盾體與預(yù)留洞結(jié)構(gòu)間隙左右不均，出現(xiàn)一邊寬一邊窄，直接影響橡膠簾幕的止水效果，嚴(yán)重還會(huì)造成盾體卡殼。

采取的對(duì)策：將洞門預(yù)留洞結(jié)構(gòu)做成斜向的圓結(jié)構(gòu)，使結(jié)構(gòu)壁與盾體（即始發(fā)軸線）平行，這樣就保證盾體順利通過(guò)，不至于卡住盾體。如圖7所示：

四、盾構(gòu)小半徑曲線的始發(fā)前期準(zhǔn)備

（一）始發(fā)端頭土體穩(wěn)定處理措施

對(duì)于盾構(gòu)始發(fā)洞門外土體為軟弱含水的土層，若不提前加固處理，極易塌方或流失，造成地面塌陷，甚至使盾構(gòu)失去控制，為確保施工安全，必須對(duì)洞門外土體進(jìn)行穩(wěn)定處理和對(duì)洞門結(jié)構(gòu)進(jìn)行特殊的處理。

1.降水

在條件允許情況下，降水可有效地疏干砂性土中的地下水，提高土層密實(shí)度，但不能大幅度提高土體強(qiáng)度，可作為輔助措施。

2.地基加固

盾構(gòu)施工過(guò)程中，盾構(gòu)始發(fā)需要鑿除洞門，這時(shí)會(huì)由于切除始發(fā)井圍護(hù)結(jié)構(gòu)（地連墻或圍護(hù)樁）而使開(kāi)挖面處于暴露狀態(tài)且會(huì)保持一定時(shí)間，如果不對(duì)自穩(wěn)性較差地層進(jìn)行加固的話，就會(huì)發(fā)生塌方事故，進(jìn)而嚴(yán)重影響盾構(gòu)施工的安全：因此，在盾構(gòu)始發(fā)的端頭，必須根據(jù)具體地質(zhì)情況選取合理的加固范圍和采取切實(shí)可行的加固措施，以確保盾構(gòu)始發(fā)施工的安全。

3.洞門結(jié)構(gòu)構(gòu)造

洞門設(shè)計(jì)首先考慮施工時(shí)避免破除已做管片及洞門突出車站端墻。為此，通過(guò)設(shè)置合適的反力架和后盾管片，并結(jié)合區(qū)間的管片排版情況，控制第1環(huán)管片的位置和點(diǎn)位，使洞門厚度在40～60cm之間。這為以后洞門圈梁施工拆除零環(huán)時(shí)降低工程風(fēng)險(xiǎn)，為聯(lián)絡(luò)通道處的鋼管片拼裝和聯(lián)絡(luò)通道精確施工提供有力的保證。

（二）始發(fā)架定位安裝

根據(jù)盾構(gòu)機(jī)盾體結(jié)構(gòu)尺寸，設(shè)計(jì)制作鋼結(jié)構(gòu)始發(fā)架。在后配套吊入始發(fā)位置后，依據(jù)施工完成后實(shí)測(cè)的隧道洞門中心位置和設(shè)計(jì)軸線坡度及平面方向定出盾構(gòu)始發(fā)姿態(tài)的空間位置，始發(fā)托架中線與盾構(gòu)始發(fā)割線重合，坡度與隧道設(shè)計(jì)坡度一致。然后推算出始發(fā)架的空間位置，利用墊薄鋼板調(diào)節(jié)始發(fā)架的標(biāo)高，達(dá)到始發(fā)要求的精確位置。

盾構(gòu)始發(fā)前對(duì)始發(fā)架兩側(cè)進(jìn)行加固。利用預(yù)埋在始發(fā)托架梁上的鋼板與始發(fā)架進(jìn)行焊接，并利用H型鋼兩邊支撐保證左右穩(wěn)定。并用墊薄鋼板調(diào)節(jié)始發(fā)架的標(biāo)高，達(dá)到要求的位置；

盾構(gòu)機(jī)與始發(fā)托架接觸處焊接防扭轉(zhuǎn)牛腿，以防止盾構(gòu)始發(fā)階段由于盾構(gòu)機(jī)刀盤受到土體的反力而發(fā)生盾體的滾動(dòng)，以及進(jìn)洞后轉(zhuǎn)彎所造成的橫向分力。

盾構(gòu)始發(fā)前對(duì)始發(fā)架兩側(cè)進(jìn)行必要的加固。利用預(yù)埋在車站底板的鋼板與始發(fā)架進(jìn)行焊接，并利用H型鋼兩邊支撐保證左右穩(wěn)定。為了防止盾構(gòu)機(jī)栽頭，將始發(fā)架的安裝高程抬高2-3cm，并在洞門鋼環(huán)底部焊接3個(gè)防栽導(dǎo)軌。

（三）盾構(gòu)機(jī)組裝、調(diào)試

1.盾構(gòu)機(jī)組裝

盾構(gòu)機(jī)按后配套拖車、主機(jī)依次進(jìn)場(chǎng)組裝。以土壓機(jī)為例按如下順序下井組裝：配套臺(tái)車→組裝橋架→吊裝螺旋輸送機(jī)→吊裝中盾→組裝前盾與中盾→組裝刀盤→組裝管片拼裝機(jī)、盾尾→組裝螺旋輸送機(jī)→設(shè)備連接、安裝反力架→完成組裝。

2.盾構(gòu)機(jī)空載調(diào)試

盾構(gòu)機(jī)組裝和連接完畢后，即可進(jìn)行空載調(diào)試。主要調(diào)試內(nèi)容為：液壓系統(tǒng)，潤(rùn)滑系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)，配電系統(tǒng)，注漿系統(tǒng)、超挖刀伸縮，以及各種儀表的校正。著重觀測(cè)刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)和端面跳動(dòng)是否符合要求。

（四）反力架定位安裝及加固

在盾構(gòu)主機(jī)與后配套連接之前，開(kāi)始進(jìn)行反力架安裝。在安裝反力架時(shí)，反力架端面與始發(fā)架水平軸垂直，以便盾構(gòu)機(jī)軸線與始發(fā)設(shè)計(jì)割線保持一致。

1.反力架定位

1）利用垂線和經(jīng)緯儀測(cè)量基準(zhǔn)環(huán)的垂直度，并使基準(zhǔn)環(huán)端面與始發(fā)托架中軸線垂直。

2）根據(jù)始發(fā)管片排版，反力架基準(zhǔn)環(huán)靠近洞門的表面中心精確定位于基準(zhǔn)環(huán)起點(diǎn)中心坐標(biāo)處。

2.反力架安裝

反力架和基準(zhǔn)環(huán)定位好以后，分節(jié)安裝反力架部件，利用垂線和經(jīng)緯儀測(cè)量調(diào)整基準(zhǔn)環(huán)的平整度，使基準(zhǔn)環(huán)與始發(fā)架水平軸垂直。調(diào)整好后將反力架與中板和底板的預(yù)埋件焊接固定。

3.反力架加固

為使盾構(gòu)機(jī)始發(fā)不至于推力過(guò)大使反力架破壞和變形，造成始發(fā)失敗，必須對(duì)安裝好的反力架由鋼立柱支撐、水平鋼支撐、斜拋鋼支撐組成的支撐體系加固反力架，使其有一定的強(qiáng)度和剛度及穩(wěn)定性，使其滿足工程安全需求又符合盾構(gòu)機(jī)始發(fā)所需要的施工空間。

（五）洞門密封

洞門建筑空隙密封問(wèn)題如不妥善處理，將會(huì)引起洞門滲漏，產(chǎn)生不可設(shè)想的后果。

1.洞門密封采用橡膠簾布和折葉式扇形壓板進(jìn)行密封，安裝步驟為：①洞門防水密封施工前，先檢查材料的完好性，尤其是橡膠簾布是否完好，徑向尼龍線密集排列和螺栓孔是否完好；②安裝前清理完洞口的渣土和疏通A板預(yù)留孔并涂上黃油；③將螺栓旋入預(yù)先埋設(shè)在井圈周邊的螺母內(nèi)；④安裝橡膠簾布及圓環(huán)B板，并用薄螺母固定在井壁上；⑤將扇形壓板套在裝有薄螺母等的螺栓上。

2.洞門處防水裝置安裝注意事項(xiàng)：①由于橡膠簾布和扇形壓板通過(guò)它與管片的密貼防止管片背注漿時(shí)的漿液外流，所以安裝時(shí)螺栓必須進(jìn)行二次旋緊；②防止安裝扇形壓板時(shí)損壞橡膠簾布；③檢查盾構(gòu)機(jī)盾殼表面是否有凸起物，若有凸起物需清理干凈，以免撕裂橡膠簾布。

（六）負(fù)環(huán)管片的拼裝

盾構(gòu)機(jī)始發(fā)時(shí)在反力架和車站內(nèi)正式管片之間安裝多環(huán)負(fù)環(huán)管片（全部為閉口環(huán)，管片數(shù)量根據(jù)盾構(gòu)機(jī)類型及始發(fā)井大小確定），每環(huán)臨時(shí)管片分塊數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)管片相同，依次安放在托架上。負(fù)環(huán)管片拼裝時(shí)用整圓器和控制盾尾間隙來(lái)控制管片拼裝的真圓度。在內(nèi)、外側(cè)采取鋼絲拉接和鋼管支撐等加固措施，以保證在傳遞推力過(guò)程中管片不會(huì)旋轉(zhuǎn)浮動(dòng)。

負(fù)環(huán)管片拼裝后，用木楔將管片與始發(fā)架間的間隙塞緊，避免管片脫出盾尾后，管片下沉，反力架傾斜，始發(fā)架變形等意想不到的工程事故。

五、盾構(gòu)小半徑曲線始發(fā)洞門鑿除

（一）洞門檢測(cè)

在洞門鑿除前對(duì)端頭加固效果進(jìn)行地面、洞內(nèi)抽芯檢測(cè)，察看加固體強(qiáng)度、抗?jié)B性等指標(biāo)。確認(rèn)在指標(biāo)滿足要求（洞門外土體能穩(wěn)定自立相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間）的情況下再進(jìn)行鑿除搭設(shè)腳手架施工，如不滿足各項(xiàng)指標(biāo)要求，采用補(bǔ)強(qiáng)注漿連同坑外降水的措施，保證洞門范圍圍護(hù)結(jié)構(gòu)在鑿除前掌子面的穩(wěn)定，若加固能使掌子面土體穩(wěn)定，允許鑿除洞門。

（二）洞門鑿除

由上往下分層鑿除，首先將開(kāi)挖面樁鋼筋鑿出裸露并用氧焊切割掉，然后繼續(xù)鑿至迎土面鋼筋外露為止。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)刀盤抵達(dá)混凝土樁前約0·5～1m時(shí)停止掘進(jìn)，然后再將余下的鋼筋割掉，打穿剩余部分樁的樁心及護(hù)壁，并檢查確定無(wú)鋼筋。在盾構(gòu)始發(fā)前先對(duì)掌子面進(jìn)行素噴豆石混凝土，封閉掌子面，防止暴露時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。

盾構(gòu)始發(fā)時(shí)其鉸接油缸角度為零，盾構(gòu)中心軸線按照計(jì)算出的割線始發(fā)位置確定，即處于始發(fā)割線的延長(zhǎng)線上，其坡度與隧道設(shè)計(jì)坡度一致。但比設(shè)計(jì)高程抬高20-30mm，防止盾構(gòu)出洞后栽頭。

始發(fā)架前端，與洞門空隙處設(shè)置導(dǎo)軌，以使盾構(gòu)機(jī)順利進(jìn)入土體。導(dǎo)軌分為兩段，始發(fā)架前端到洞門密封處為第一段，采用鋼導(dǎo)軌的形式，洞門鋼環(huán)內(nèi)為第二段，采用素混凝土形式。鋼導(dǎo)軌與始發(fā)架鋼軌對(duì)接，并在底部采取加固支撐措施，洞門鋼環(huán)內(nèi)的素混凝土范圍為鋼環(huán)底部50度范圍，等厚度設(shè)置。

（三）洞門鑿除后掌子面角度處理

由于采用大角度割線始發(fā)，刀盤與洞門土體之間存在一定角度，始發(fā)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)刀盤一側(cè)先接觸土體另一側(cè)空轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，盾構(gòu)機(jī)推力會(huì)使盾體產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)趨勢(shì)，對(duì)始發(fā)受力和軸線控制極為不利。

因此，需將洞門圍護(hù)樁鑿除后，掌子面相應(yīng)的鑿成與始發(fā)偏角相同的斜面，保證盾構(gòu)刀盤全斷面同時(shí)抵觸掌子面土體，防止出現(xiàn)刀盤懸空，而使得始發(fā)托架和反力架受力不均勻。

（四）洞門鑿除時(shí)測(cè)量監(jiān)測(cè)

在洞門開(kāi)始鑿除時(shí)，在合適的位置布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，派專人24h監(jiān)測(cè)洞門土體變形情況，同時(shí)作好地面沉降監(jiān)測(cè)，如果地面沉降超過(guò)30mm，啟動(dòng)應(yīng)急措施。

（五）洞門鑿除時(shí)應(yīng)急措施

1.編制應(yīng)急方案，明確組織機(jī)構(gòu)，準(zhǔn)備好應(yīng)急物資，并分析風(fēng)險(xiǎn)源特征，制定風(fēng)險(xiǎn)控制方法和風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)生后的補(bǔ)救措施等。

2.發(fā)現(xiàn)有異常情況后，迅速用木板和鋼管撐住，防止土體坍塌然后盡快從圍護(hù)樁外進(jìn)行注漿加固。

3.若土體壓力較大時(shí)，迅速用預(yù)先制作好的鋼筋網(wǎng)片與圍護(hù)結(jié)構(gòu)的鋼筋焊接一起，用木板和鋼管支撐，然后在始發(fā)端頭、洞門里進(jìn)行注漿加固。

六盾構(gòu)機(jī)始發(fā)掘進(jìn)

（一）盾構(gòu)始發(fā)掘進(jìn)準(zhǔn)備

1.盾構(gòu)機(jī)始發(fā)切口進(jìn)入簾布前，需先在密封土倉(cāng)填充渣土超過(guò)2/3，防止出洞后端頭地面坍塌。

2.在刀頭和密封裝置上涂黃油減少摩擦，避免損壞洞口密封裝置。

3.盾尾刷需用專門裝置安裝牢固，且鋼絲刷中必須填滿盾尾油脂。

4.在盾體靠近始發(fā)架位置焊接防盾構(gòu)旋轉(zhuǎn)裝置。

5.為防止盾構(gòu)栽頭，在洞門鋼環(huán)圈內(nèi)底部焊3個(gè)支點(diǎn)。

（二）始發(fā)掘進(jìn)參數(shù)控制管理

初期掘進(jìn)，選定了6個(gè)施工管理的指標(biāo)：①土倉(cāng)壓力；②推進(jìn)速度；③總推力；④排土量；⑤刀盤轉(zhuǎn)速和扭矩；⑥注漿壓力和注漿量。其中土倉(cāng)壓力是主要的管理指標(biāo)。在初始掘進(jìn)段內(nèi)，對(duì)盾構(gòu)機(jī)土倉(cāng)壓力、注漿壓力、推力、排土量等必須經(jīng)過(guò)理論計(jì)算，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果作為初始掘進(jìn)參數(shù)指導(dǎo)調(diào)整依據(jù)。

（三）盾構(gòu)機(jī)始發(fā)姿態(tài)控制

盾構(gòu)姿態(tài)具體指盾構(gòu)現(xiàn)態(tài)位置（指盾構(gòu)切口、盾尾兩中心的高程、平面、軸線、縱坡），與已建隧道管片的相對(duì)關(guān)系如何，總的要求使隧道管片軸線和盾構(gòu)軸線夾角最小、高程、平面偏差最小，盾殼與管片四周的間隙均勻，盾構(gòu)的姿態(tài)優(yōu)劣對(duì)建后隧道質(zhì)量關(guān)系極大，因此在施工中做到勤觀察、及時(shí)糾偏調(diào)整、認(rèn)真操作、掌握盾構(gòu)的性能，將盾構(gòu)軸線控制在所需的位置。保證隧道建成后各個(gè)方面都達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

初期掘進(jìn)時(shí)軸線允許偏差（以割線位置為基準(zhǔn)）：①水平偏差-10～-15mm；②垂直偏差-15～-20mm；③俯仰角小于3mm/m；④水平偏角小于3mm/m。

（四）掘進(jìn)管片拼裝

1.管片選型以滿足隧道線型為前提，重點(diǎn)考慮管片安裝后盾尾間隙要滿足下一掘進(jìn)循環(huán)限值，確保有足夠的盾尾間隙，以防盾尾直接接觸管片。

2.管片安裝必須從隧道底部開(kāi)始，然后依次安裝相鄰塊，最后安裝封頂塊。安裝第一塊管片時(shí)，用水平尺與上一環(huán)管片精確找平。

3.安裝鄰接塊時(shí)，為保證封頂塊的安裝凈空，安裝第5塊管片時(shí)一定要測(cè)量?jī)舌徑訅K前后兩端的距離（分別大于K塊的寬度，且誤差小于10mm），并保持兩相鄰塊的內(nèi)表面處在同一圓弧面上。

4.封頂塊安裝前，對(duì)止水條進(jìn)行潤(rùn)滑處理，安裝時(shí)先搭接700mm徑向推上，調(diào)整位置后緩慢縱向頂推插入。

5.管片塊安裝到位后，應(yīng)及時(shí)伸出相應(yīng)位置的推進(jìn)油缸頂緊管片，其頂推力應(yīng)大于穩(wěn)定管片所需力，然后方可移開(kāi)管片安裝機(jī)。

6.管片安裝完后應(yīng)及時(shí)整圓，并在管片脫離盾尾后對(duì)管片連接螺栓進(jìn)行二次緊固。

七、其他技術(shù)措施

在小半徑曲線始發(fā)過(guò)程中，按照以上割線始發(fā)可以達(dá)到與設(shè)計(jì)軸線擬合的效果，但在施工過(guò)程中仍有諸多不可預(yù)測(cè)的問(wèn)題出現(xiàn)，例如糾偏過(guò)程慢，導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)偏離軸線，由于曲線半徑較小，盾構(gòu)機(jī)千斤頂左右受力不均，會(huì)導(dǎo)致管片錯(cuò)臺(tái)，或被拉裂的情況。對(duì)于這些問(wèn)題需采取以下措施。

（一）開(kāi)啟超挖刀

盾構(gòu)刀盤上需安裝有一定超挖范圍的超挖刀，小半徑曲線施工時(shí)，進(jìn)行盾構(gòu)外周（大于盾構(gòu)機(jī)外徑）的超挖，超挖范圍可在切削刀盤旋轉(zhuǎn)角度范圍0～359°之間設(shè)定。超挖量能根據(jù)下限設(shè)定值及上限設(shè)定值的選擇來(lái)設(shè)定。超挖刀的動(dòng)作范圍與行程可在運(yùn)行操作臺(tái)上顯示并可任意設(shè)定。為了工程的安全起見(jiàn)，須裝備一把超挖刀。

根據(jù)推進(jìn)軸線情況，當(dāng)糾偏困難時(shí)允許部分超挖，超挖量越大，曲線施工越容易。但另一方面，超挖會(huì)使同步注漿漿液因土體的松動(dòng)繞入開(kāi)挖面，加上曲線推進(jìn)時(shí)反力下降的因素，會(huì)產(chǎn)生隧道變形增大的問(wèn)題。因此，超挖量控制在超挖范圍的最小限度內(nèi)。

（二）隧道管片壁后注漿加固

如果采取5.1中措施開(kāi)啟超挖刀，除同步注漿需增多外，還需對(duì)管片壁后土體進(jìn)行補(bǔ)漿，以保證土體穩(wěn)定，隧道每掘進(jìn)完成2環(huán)，及時(shí)通過(guò)隧道內(nèi)的預(yù)埋注漿孔對(duì)土體進(jìn)行注漿加固，加固范圍為管片壁后2m。

（三）隧道內(nèi)設(shè)臨時(shí)縱向加強(qiáng)肋

針對(duì)小半徑曲線上隧道縱向位移較大，避免管片被拉裂錯(cuò)臺(tái)，在隧道開(kāi)挖面后50～60m范圍，對(duì)管片設(shè)置加強(qiáng)肋以增強(qiáng)隧道縱向剛度，控制其縱向位移。加強(qiáng)肋采用雙拼18a槽鋼加鋼板焊接成型，然后用螺栓將其與管片的預(yù)留注漿孔進(jìn)行連接，從而將隧道縱向連接起來(lái)，以加強(qiáng)隧道縱向剛度。加強(qiáng)肋長(zhǎng)2.4m，為2個(gè)管片寬度，位于隧道管片的兩腰部位，各4根共8根，加強(qiáng)肋與管片連接采用M56螺栓，加強(qiáng)肋之間縱向連接采用M30螺栓。加強(qiáng)肋構(gòu)造見(jiàn)圖9。隨著掘進(jìn)向前推進(jìn)，隨時(shí)增加前面并拆除后面的加強(qiáng)肋，保持加強(qiáng)肋長(zhǎng)度在恒定范圍內(nèi)。

（四）土體損失及二次注漿

由于設(shè)計(jì)軸線為小半徑的圓滑曲線，而盾構(gòu)是一條直線，故在實(shí)際推進(jìn)過(guò)程中，掘進(jìn)軸線必然為一段段折線，且曲線外側(cè)出土量又大，這樣必然造成曲線外側(cè)土體的損失，并存在施工空隙。因此，在曲線段推進(jìn)過(guò)程中進(jìn)行同步注漿時(shí)必須加強(qiáng)對(duì)曲線段外側(cè)的壓漿量，以填補(bǔ)施工空隙。每拼裝2環(huán)即對(duì)后面2環(huán)管片進(jìn)行復(fù)合早凝漿液二次壓注，以加固隧道外側(cè)土體，保證盾構(gòu)順利沿設(shè)計(jì)軸線推進(jìn)。漿液配比為水泥：氯化鈣：水玻璃=30：1：1，水灰比為1：1。二次注漿壓力控制在0.3MPa以下，注漿流量控制在（10～15）L/min，注漿量約0.5m3/環(huán)。

八、結(jié)語(yǔ)

盾構(gòu)機(jī)受盾構(gòu)機(jī)盾體長(zhǎng)度的影響，在小曲線半徑無(wú)法采用常規(guī)方案進(jìn)行始發(fā)時(shí)，應(yīng)采用割線始發(fā)方法進(jìn)行始發(fā)，始發(fā)前后加強(qiáng)測(cè)量放線、洞門預(yù)留、環(huán)板安裝、壓板加工、盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)控制及注漿控制，進(jìn)洞后及時(shí)進(jìn)行糾偏，確保曲線半徑始發(fā)前后軸線偏差滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

在地鐵建設(shè)各區(qū)段盾構(gòu)施工線路始發(fā)的選擇上，由于受規(guī)劃及建構(gòu)筑物的制約，始發(fā)路徑的確定變得越來(lái)越復(fù)雜；受設(shè)計(jì)及周邊施工環(huán)境等因素的影響，盾構(gòu)小半徑曲線始發(fā)在應(yīng)用上仍會(huì)越來(lái)越多。

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