盾構(gòu)法小曲率半徑轉(zhuǎn)彎施工技術(shù)探析

李 偉

（中鐵十九局集團軌道交通工程有限公司，北京 101300）

1 施工工藝原理

盾構(gòu)法小曲率半徑轉(zhuǎn)彎，即盾構(gòu)在設(shè)計軸線上平面曲率半徑小于500 m 的轉(zhuǎn)彎，一般都指平面半徑為350 m（小半徑）的或者比350 m 更?。ǔ“霃剑┑霓D(zhuǎn)彎施工。一般來說遇見這樣的區(qū)間隧道施工均采用帶有鉸接裝的盾構(gòu)機，即鉸接盾構(gòu)機。因其盾體中后部有鉸接裝置，其最小轉(zhuǎn)彎半徑極限為200 m，對350 m 的小半徑轉(zhuǎn)彎施工輕松簡單得多，但是鉸接盾構(gòu)的成本較高、施工投資大。

盾構(gòu)法小曲率半徑轉(zhuǎn)彎施工的施工原理是：控制盾構(gòu)機軸線，精確測量，計算出盾構(gòu)機軸線偏量，使盾構(gòu)機內(nèi)切于設(shè)計軸線；及時監(jiān)測地面或建筑物沉降（隆起）情況，調(diào)整同步注漿及二次注漿量，確保盾構(gòu)轉(zhuǎn)彎時超挖空間得到充填；復(fù)緊螺栓，增加管片整體強度，減少管片破損和偏離軸線；提前糾偏，為盾構(gòu)機轉(zhuǎn)彎提前創(chuàng)造出運動空間，避免過小轉(zhuǎn)彎時卡住管片并拉裂管片外弧面引起隧道漏水等情況。

2 盾構(gòu)機小半徑施工操作要點

2.1 施工前期準備情況

（1）盾構(gòu)機的適用性。施工過程通過運用非鉸接盾構(gòu)機，進一步保證施工的適用性。通過運用該設(shè)備提高了施工的靈活性，在此過程中隧道的軸線十分重要，在施工過程要提高對于管片滲水以及外弧碎裂等情況的分析能力。因此，盾構(gòu)機按理論設(shè)計好的軸線進行掘進尤為重要。

（2）管片的選擇。進行小曲率半徑轉(zhuǎn)彎時，一般均選擇標準的楔形轉(zhuǎn)彎環(huán)管片，如果前期轉(zhuǎn)彎條件沒有做好，曲率半徑過小，可選用長度為1 m 的楔形轉(zhuǎn)彎管片進行調(diào)整，確保盾構(gòu)機能進行小半徑轉(zhuǎn)彎而不擠碎管片。

2.2 轉(zhuǎn)彎施工前的輔助措施

（1）推進軸線預(yù)偏設(shè)置。在盾構(gòu)施工過程，要重視控制推進軸線，應(yīng)該結(jié)合實際，明確提高推進軸線預(yù)偏設(shè)置水平，從而才能保證盾構(gòu)機的運行狀態(tài)。從實際分析，盾構(gòu)掘運行過程，在進行注漿以及補漿過程，由于多種因素不能全面保證管片后土體實際強度，那么就會產(chǎn)生承壓后出現(xiàn)偏離情況。在此過程中，為了提高設(shè)備運行效率，同時為了提高偏差控制水平，要有效控制在-50～+50 mm 內(nèi)，在掘進過程要進行預(yù)留設(shè)置，這樣通過設(shè)定偏移量，不斷提高推進的規(guī)范化。結(jié)合實際理論分析，通過進一步計算與結(jié)合上海地區(qū)以工程施工實際，需要充分考慮實際施工地區(qū)，并明確地層情況，這是保證施工質(zhì)量的重要部分。如果在半徑曲線小的隧道中，那么施工掘進過程應(yīng)該將預(yù)偏量控制在20～40 mm，通過進一步監(jiān)測，以保證小半徑隧道施工效率。在施工過程要通過不斷的監(jiān)測與調(diào)整，進一步提高工程建設(shè)質(zhì)量。

（2）管片注漿加固和復(fù)緊螺栓。由于轉(zhuǎn)彎時，會對轉(zhuǎn)彎內(nèi)測土體進行超挖，對土層擾動較大，地表沉降不均勻等，需要對超挖空間進行充足的同步注漿，在掘進5 環(huán)后，應(yīng)該對預(yù)埋注漿孔進行加固，這樣通過采取復(fù)合早凝漿液等材料進行有效的加固施工，提高了二次壓注效率，能夠保證小管片控制在合理位移數(shù)值范圍內(nèi)。結(jié)合實際，考慮到注漿壓力及浮力對隧道整體的影響，在每環(huán)推進后應(yīng)該進行設(shè)備檢查，確保環(huán)管片的穩(wěn)定性，保證環(huán)管片之間的螺栓不松動，同時在施工推進過程要重視對螺栓進行復(fù)緊，這樣提高了對于垂直分力的控制能力，同時也避免了施工過程出現(xiàn)環(huán)隧道浮動等情況。為了提高施工安全性，在完成3 環(huán)后，應(yīng)該通過螺栓復(fù)緊工作的開展，確保10 環(huán)以內(nèi)的管片連接質(zhì)量，從而進一步提高成型隧道整體抗壓抗浮能力。

2.3 轉(zhuǎn)彎施工參數(shù)的初設(shè)

（1）盾構(gòu)左右千斤頂頂力的控制。要使盾構(gòu)機這個龐然大物在土層中轉(zhuǎn)彎，必須控制盾構(gòu)左右千斤頂區(qū)推力，使左右區(qū)產(chǎn)生推力差，一般推力差控制在100～300 t（特殊情況下可以達到400 t），并保證足夠的推力使盾構(gòu)機勻速前進。

（2）盾構(gòu)推進速度的控制。盾構(gòu)推進過程，應(yīng)該提高速度控制能力，通常在速度控制過程，應(yīng)該控制在2 cm/min，這是保證施工質(zhì)量與效率的關(guān)鍵。通過合理控制推進速度，有利于減少盾構(gòu)推進過程出現(xiàn)的土體擾動情況，能夠減少側(cè)向壓力，因此需要提高對于速度的控制分析能力。

（3）盾構(gòu)正面土體壓力的控制。在盾構(gòu)進行過程中，應(yīng)該控制好切口平衡土壓力，從而提高設(shè)備運行規(guī)范化。在控制過程，應(yīng)該重視結(jié)合施工參數(shù)，提高對于推進速度、出土量等方面的數(shù)據(jù)分析能力，這樣能夠為設(shè)置控制波動值提供參考，通常會控制在0.02 MPa 以內(nèi)，這是保證施工效率的關(guān)鍵。因此，應(yīng)該提高對于正面土體壓力的分析與控制能力。

（4）盾構(gòu)糾偏量的控制。盾構(gòu)過程應(yīng)該提高對于盾構(gòu)頭部的控制能力，通常曲線的推進過程，應(yīng)該做好糾正工作，要勤測勤糾，這樣在推進過程能夠盡量減少誤差，提高了盾構(gòu)推進質(zhì)量。結(jié)合分析，在控制管片過程要以位移量為準，可以通過運用楔形低壓棉膠板進行控制，這樣控制了軸線和地層變形，在實際糾偏量控制過程應(yīng)該以2～3 mm/m 為準。在進行糾正過程，通常以計算機和實量數(shù)據(jù)分析為準，避免了盾構(gòu)設(shè)備千斤頂?shù)男谐滩睿Y(jié)合對千斤頂?shù)男谐滩羁刂?，保證了糾偏量控制效率。同時，也要提高對于管片的分析能力，要注意管片的選型，這樣能夠全面提高盾構(gòu)糾偏水平。

（5）盾尾與管片間的間隙控制。管片拼裝過程十分關(guān)鍵，尤其是小曲率半徑段內(nèi)，如果出現(xiàn)拼裝問題必然會影響控制質(zhì)量，因此，在控制過程中，應(yīng)該充分考慮周邊間隙，這樣利于提高糾偏能力。

3 正式掘進時盾構(gòu)糾偏及測量姿態(tài)調(diào)整

3.1 盾構(gòu)及管片糾偏

設(shè)備的掘進過程，應(yīng)該確?？刂圃诤侠聿⒃试S的范圍內(nèi)，因此下面具體分析。

3.1.1 采用調(diào)整盾構(gòu)千斤頂?shù)慕M合來實現(xiàn)糾偏

在分析盾構(gòu)千斤頂過程，應(yīng)該明確4 個扇形分布的形式，在盾構(gòu)運行過程，設(shè)備油泵為變量泵，當需要進行位置方向調(diào)整過程，通過油壓進行調(diào)整，這樣確保提高了千斤頂推力。在對設(shè)備進行偏離設(shè)計軸線過程，需要及時糾偏，糾偏過程以方向的相反為準，通過降低調(diào)整區(qū)域的千斤頂壓力，不斷通過調(diào)整行程差以提高糾偏水平。同時也可以通過停開的措施，通過千斤頂停開部分進行糾偏調(diào)整。但是該方法在運用過程中需要提高管片的監(jiān)測能力，避免出現(xiàn)管片損耗問題的發(fā)生。

糾偏過程應(yīng)該確保千斤頂各個區(qū)域的壓力均勻分布，如設(shè)備在進行左右糾偏時，也應(yīng)該考慮上下區(qū)域的壓力分布情況，也要適當進行調(diào)整，這樣能夠報告盾構(gòu)糾偏效率。在實際糾偏過程，若進行上下糾偏，往往會產(chǎn)生區(qū)域內(nèi)千斤頂?shù)膲毫Σ?，因此，糾偏過程應(yīng)該提高對于壓力的分析能力，并積極提高糾偏水平，這樣才能保證盾構(gòu)推進效率。

3.1.2 采用微量楔形料進行隧道管片糾偏

微量楔形料的進一步運用，能夠提高管片的糾偏水平，因此可在管片上貼附楔形低壓棉膠板，這樣能夠與設(shè)計軸線擬合。為了提高石棉橡膠板運用的質(zhì)量，應(yīng)該控制好壓縮率（通常12%為宜）。粘貼過程應(yīng)該分段進行，在推進過程千斤頂壓通過壓縮形成楔形環(huán)面，并非常平整面。在管片的制造過程中，由于制造會存在微小的誤差，尤其在環(huán)寬的控制過程會存在誤差。管片的拼裝過程也會存在一定誤差，發(fā)現(xiàn)誤差之后需要進行合理設(shè)計并及時測量，以確?？刂圃诤侠矸秶畠?nèi)。

3.2 盾構(gòu)測量與姿態(tài)控制

盾構(gòu)機的測量工作開展是必要的，尤其在小曲率段推進過程，應(yīng)該重視提高測量頻率，這樣結(jié)合測量數(shù)據(jù)能夠及時對推進工作進行實時監(jiān)測，確保其運用質(zhì)量。同時，在得到準確的測量數(shù)據(jù)后，能夠為糾偏工作提供數(shù)值，通過施工過程的有效跟蹤測量，保證盾構(gòu)設(shè)備的運行姿態(tài)。從實際分析，隧道轉(zhuǎn)彎曲率半徑非常小，同時隧道內(nèi)的條件復(fù)雜，為了提高測量點準確性，更應(yīng)該重視并防止誤測等情況發(fā)生。在盾構(gòu)機轉(zhuǎn)彎側(cè)向分力大的情況下，要避免發(fā)生水平偏移，應(yīng)該定期進行復(fù)測工作，以確保推進的準確性。可以通過布置測量吊籃的方式，將其間距控制在20～30 環(huán)，每推進5 環(huán)復(fù)測一次，在推進30 環(huán)后應(yīng)該測量換一次站。在換站測量過程，其數(shù)據(jù)要進行有效對比，其誤差應(yīng)該控制在5～10 mm。測量過程主要以自動測量系統(tǒng)為主，推進過程應(yīng)該中職測量盾構(gòu)姿態(tài)。同時，在盾構(gòu)機拼裝后要及時對其進行縱向與徑向的測量，以確保工程施工質(zhì)量。

4 工程實例

在上海軌道交通11 號線“上海西站站—銅川路站”區(qū)間隧道工程。本工程位于上海市普陀區(qū)內(nèi)，起始于銅川路站北端頭井，上行線里程樁號為SDK26+840.940 m，終止于上海西站站東端頭井，里程樁號為SDK25+583.838 m，全長約1257.102 m，設(shè)計襯砌數(shù)量為1047 環(huán)。下行線里程樁號為SDK26+812.440 m，終止于上海西站站東端頭井，里程樁號為SDK25+586.759 m，全長約1225.681 m，設(shè)計襯砌數(shù)量為1036 環(huán)。線路平面最小曲線半徑350 m，最大曲線半徑5000 m。線路縱斷面呈V 形，最小坡度3‰，最大坡度28‰；隧道覆土最小約8.5 m，最大約為18.6 m。區(qū)間平面圖如圖1 所示。

中鐵十九局集團軌道交通工程有限公司在上海軌道交通7號線“陸翔路站—潘廣路站”區(qū)間隧道工程。本工程是上海市地鐵7 號線北延伸羅店中心鎮(zhèn)公共交通配套工程一個組成部分，位于上海市寶山區(qū)內(nèi)，起始于陸翔路站北端頭井，上行線里程樁號為NSDK4+110.100 m，終止于潘廣路站南端頭井，里程樁號為NSDK4+799.550 m，全長約689.45 m，設(shè)計襯砌數(shù)量為586環(huán)。下行線起始里程樁號為NXDK4+110.100 m，終止于潘廣路站南端頭井，里程樁號為NXDK4+856.900 m，全長約746.8 m，設(shè)計襯砌數(shù)量為639 環(huán)。線路平面呈S 形，最小曲率半徑分別為350 m、450 m、350 m。線路縱斷面呈V 形，最小坡度2‰，最大坡度20‰；隧道覆土最小約4.1 m，最大約為12.8 m。

圖1 “上海西站站—銅川路站”區(qū)間隧道工程小半徑轉(zhuǎn)彎平面圖

本工程轉(zhuǎn)彎多，區(qū)間段，轉(zhuǎn)彎半徑小，難度高，在上海地區(qū)實屬罕見。為了確保工程質(zhì)量和施工進度，軌道交通工程有限公司在“陸翔路站—潘廣路站”區(qū)間隧道工程施工中嚴格控制各項指標，并取得了良好的經(jīng)濟效果，提高了企業(yè)在上海地鐵行業(yè)中的企業(yè)形象。

5 結(jié)束語

隨著城市的發(fā)展，建筑物的增多、增高，地下情況也變得更加復(fù)雜，對地鐵線路的設(shè)計影響因素也隨之增多，土壓平衡式盾構(gòu)機小曲率半徑轉(zhuǎn)彎施工技術(shù)應(yīng)用的成功，為之后的地鐵線路設(shè)計提供了寶貴的實踐經(jīng)驗。而且本工藝最大經(jīng)濟點就是可以充分發(fā)揮普通盾構(gòu)機的應(yīng)用價值，同時在現(xiàn)有的土質(zhì)情況下，可以滿足多種設(shè)計要求線路，創(chuàng)造更多市場機會，獲取更多利潤。