小转弯半径隧道盾构施工技术探讨

王 岚

郑州市第一建筑工程集团有限公司（450004）

在我国城市基础设施建设中，地下轨道交通可以有效的解决大型城市的交通拥堵问题并且对地下空间实现了综合利用，因此地铁建设事业正在蓬勃发展，但是同时也受城市中既有建筑物和空间的限制，出现了大量小半径、大坡度的复杂线型，给工程施工造成了一定的困难和挑战。

在盾构进行小转弯半径隧道施工时，盾构机的反推力对曲线外侧土层造成挤压，同时因盾尾空隙的存在会使地层向隧道内侧位移；由于盾构推进是靠管片和地层反力掘进的，因此在曲线段盾构推进时会产生垂直于隧道方向的水平力，使隧道向曲线外侧位移,当隧道的纵向刚度和地层的刚度过小，可能会引起管片和外侧地层位移过大。因此小转弯半径曲线地段的隧道轴线控制难度较大，同时管片向外侧扭曲而挤压地层使地层和管片结构均受到复杂的影响，造成盾构和管片姿态的偏差过大。因此，在盾构通过小转弯半径的隧道时,应加强施工控制，制定可靠的技术保证措施，保证最终成型隧道的施工质量。

郑州市轨道交通1号线博学路站～体育中心站区间采用盾构法施工，区间隧道全长2.2 km，整个盾构区间共设二条平曲线，曲线半径分别为450 m、350 m；盾构机采用德国海瑞克生产的土压平衡式盾构机,隧道结构采用钢筋混凝土单层管片衬砌，衬砌管片内径5.40 m，外径6.00 m，厚度0.30 m、宽度1.50 m，强度C50，每一衬砌环由6块管片拼装组成，采用5.8级M27弯螺栓进行连接。

盾构隧道主要穿越第(16)层细砂层和(17)层细砂层，隧道上部主要为(2)粉土、(8)粉砂和(16-1)粉质粘土层，下部主要为第(17)层细砂层。

1 小转弯半径隧道施工控制技术

为保证平曲线段顺利掘进,从管片选型和拼装、盾构机推力、轴线预偏等方面采取必要措施，同时对地层采取了同步注浆和二次注浆相结合的措施，以保证小转弯半径圆曲线段盾构施工中隧道轴线、成型管片的破损量、环向和径向错台都能符合规范和设计要求。

1.1 管片选型及盾尾间隙控制

盾构机的盾尾与管片间间隙的变化主要体现在水平轴线两侧，当盾构机转弯幅度大于隧道设计值，隧道外侧的盾尾间隙就相对减小；当管片楔形量过大超前于盾构机转弯幅度时，隧道内侧的盾尾间隙就相对较小。所以，在无法通过盾构推进和管片拼装来调整盾尾间隙时，可考虑采用楔型管片和直线型管片互换的方式来调整盾尾间隙保证管片拼装质量。在本区间盾构施工时，盾尾间隙标准值为80 mm，在圆曲线段掘进时，可将盾尾间隙保持在80±20 mm范围内。

1.2 推力控制

盾构机在富水砂层小半径圆曲线掘进的过程中，对土体的扰动会显著降低周围土体的强度及自稳能力，饱和砂土的蠕变特性以及盾构推进时施加在管片的水平方向土体压力，管片在长时间承受千斤顶压力的等情况下，很可能向外侧整体移动。

1.3 推进轴线预偏设置

在盾构掘进过程中,要加强对推进轴线的控制。曲线推进时盾构实际上应处于曲线的切线上，因此推进的关键是确保对盾构机姿态的控制。由于盾构掘进过程的同步注浆及二次注浆的浆液效果不能有效保证管片后土体的承载强度，管片在承受侧向压力后，将向弧线外侧偏移。为了确保隧道轴线最终偏差控制在允许的范围内，盾构掘进时应给隧道预留一定的偏移量。

在盾构机进入缓和曲线时即开始对掘进姿态进行调整,将盾构沿曲线的割线方向缓慢纠偏掘进，在盾构机整体进入圆曲线掘进时预留偏移量，水平偏差可根据曲线半径和盾构推力、周围土层情况及覆土深度和施工经验确定，在本工程中机头前点控制在设计轴线内侧30～40 mm,后点控制在设计轴线内侧20～30 mm。将盾构沿曲线的割线方向掘进，管片拼装时轴线位于弧线的内侧，以使管片出盾尾后受侧向分力向弧线外侧偏移时留有预偏量。

1.4 盾构姿态控制与调整

盾构机掘进过程中，难免出现姿态偏差，当出现偏差时可采用刀盘反转等方法进行纠偏，以长距离慢慢修正为原则，做到缓、小、勤、匀。盾构机姿态调整（纠偏）方式主要有：①侧滚纠偏：采用刀盘反转的方法进行侧滚纠偏。②竖直方向纠偏：盾构机抬头时，可加大上部千斤顶的推度进行纠偏；盾构机叩头时，可加大下部千斤顶的推度进行纠偏。③水平方向纠偏：向左偏时，加大左侧千斤顶推度；向右偏时，加大右侧千斤顶推度。

盾构掘进的纠偏量越小,则对土体的扰动越小。处于350 m转弯圆曲线时，为防止盾构机抬头以及管片上浮及向圆曲线外侧移动,通过VMT系统调整盾构机姿态。根据管片监测情况，如管片上浮量较大，则垂直偏差可调整为-40～-50 mm之间。同时应加密VMT移站频率，减少移站后出现的轴向偏差。

1.5 同步注浆及二次注浆

同步注浆压力略大于该地层位置的静止水土压力，注浆压力取1.1～1.2倍的静止水土压力，最大不超过0.3～0.4 MPa,理论注浆量为7.29 m3/环，根据推进时实际地面监测结果，适当调整注浆量。通过控制同步注浆压力和注浆量双重标准来确定注浆时间。注浆量和注浆压力达到设定值后才停止注浆，否则仍需补浆。

为减少同步注浆浆液早期强度低，隧道受侧向反力影响大的问题，在管片出盾尾后，通过管片注浆孔向管片外周进行二次注浆，来填补同步注浆流失造成的空隙和抵抗侧向分力,为尽快稳定管片，二次注浆位置应尽量靠近盾尾，但太靠近盾尾又会损害盾尾刷，因此选择在管片出盾尾约3～5环位置进行二次注浆。

二次注浆浆液为瞬混性且具有较高早期强度的水泥—水玻璃双液浆。实验室凝固时间控制在15～25 s，凝固时间少于15 s时，极易发生堵管，且易在管片背后注浆孔的周围形成“鼓包”，影响浆液继续扩散，使浆液不能充分的填充空隙；当凝固时间大于25 s时，则会由于地下水的稀释作用使浆液不能及时凝固而产生较大的流失。二次注浆主要采用压力控制，压力控制在0.2～0.3 MPa。最大瞬间压力不能大于0.4 MPa，以免对管片造成损坏。

1.6 隧道管片纵向加强及螺栓复紧

针对小半径曲线上隧道纵向位移较大，在隧道靠近开挖面后40～50 m范围管片设置加强肋以增强隧道纵向刚度，减少其纵向位移。加强肋采用两根[22a槽钢用钢板焊接成型，用螺栓将其与管片的吊装孔进行连接，从而将隧道纵向连接起来，以增强隧道纵向刚度。

每环推进结束后，须拧紧当前环管片的连接螺栓，并在下环推进时进行复紧，克服作用于管片推力产生的垂直分力，减少成环隧道浮动。每掘进完成3环，对10环以内的管片连接螺栓再复紧一次。

2 其他控制措施

同时，盾构机在小半径曲线掘进过程中，还应加强对地下水的控制，防止土舱内水压过大造成的纠偏困难；保证成型隧道管片后的注浆效果，形成有效的止水环；降低盾构推进速度，减小盾构千斤顶推力，从而减小管片间作用力；合理选取盾构推进千斤顶编组，均衡盾构对每块管片的推力，避免作用力集中造成的管片破损；杜绝盾构千斤顶左右分区大推力差纠偏，保证管片受力均匀。

在盾构掘进过程中,还应建立有效的监测系统，通过对隧道内轴线偏差、收敛及周边地表、建(构)筑物沉降的监测,及时分析并不断调整盾构掘进参数，实现动态的信息化施工。

在郑州市轨道交通1号线博体盾构区间，通过以上施工措施的综合应用顺利完成曲线掘进，解决了小半径曲线段盾构掘进轴线控制和管片拼装问题，各项控制指标均在允许范围内。通过本区间对小转弯半径隧道盾构施工控制技术的经验总结，为以后类似工程提供了借鉴意义。