盾构小半径转弯的应对措施

2015-07-29翁培标WENGPeibiao广东华隧建设股份有限公司广东广州510620

建筑机械化 2015年3期

关键词：分段

翁培标/WENG Pei-biao（广东华隧建设股份有限公司，广东广州 510620）

Shield Equipment& Project 盾构工程

盾构小半径转弯的应对措施

翁培标/WENG Pei-biao
（广东华隧建设股份有限公司，广东广州 510620）

[摘要]在盾构法的施工过程中，小半径转弯属于技术难题之一，本文以东莞地铁R2线茶山站-榴花公园站为例，对盾构小半径转弯技术进行简单的分析，并论述其相关的应对措施，希望能够起到一定的借鉴参考作用。

[关键词]盾构施工；小半径转弯；分段

1 案例分析

东莞地铁R2线茶山站－榴花公园站区间线路大体呈东－西走向。本工程属于区间出入段隧道的施工，其包括出段线和入段线的施工。出入段线盾构段起讫里程范围：出段线长548.049m；入段线长738.609m，出段线盾构段最小曲线半径R＝250m，入段线最小曲线半径R＝239m。出段线盾构段线路纵断面为单面坡，最大坡度为34.52‰，线路埋深10.86～25.46m，隧顶覆土6.0～19.6m。入段线盾构段线路纵断面为单面坡，最大坡度34.52‰，线路埋深10.86～16.96m，隧顶覆土6.0～12.1m。出入段线都为大坡度，小曲线半径掘进，采用三菱泥水复合型盾构并应用各种有效措施，顺利完成了过重叠隧道的砂土软弱地层中的掘进。

2 盾构小半径转弯的应对措施

2.1 铰接装置与千斤顶有效配合

根据盾构参数，开启盾构铰接装置，配合开启仿形刀进行超挖，并依据设计曲线半径及盾构直径计算铰接角度，开启盾构铰接装置，使得盾构前体与后体的张角与曲线吻合，具体的角度变化见表1，预先推出弧形趋势，为管片提供良好的拼装空间。随着盾构进入缓和曲线，逐步减小水平张角，直至盾构到达茶山站。

表1 出入线段急曲线段铰接使用参数值

盾构掘进时要注意上下两端或左右两侧的千斤顶行程差不能太大，一般控制在30mm左右，在实际操作中，必须确保每环的行程差变化量满足本环纠偏要求。

在小半径盾构施工过程中盾构姿态控制的原则是：调整铰接为主，千斤顶的选用为辅。开启盾构铰接装置，配合开启仿形刀进行超挖，并依据设计曲线半径及盾构直径计算铰接角度，开启盾构铰接装置，使得盾构前体与后体的张角与曲线吻合，在圆曲线内铰接计算公式为

式中：θ—圆曲线内铰接应开角度；

L1—盾构前体长度；

L2—盾构后体长度；

R—半径。

2.2 仿形刀的使用

铰接装置作为一种辅助手段，仿形刀的使用效果将直接影响盾构铰接装置的作用，超挖量过大将严重地扰动土体，过小将不能充分发挥铰接装置的作用，以致达不到所要求设计轴线的半径。

因此，仿形刀的使用主要须考虑两个方面的因素，一是仿形刀的超挖范围，仿形刀通过设置，可以在圆周任意区域位置进行超挖，该工程将采用仿形刀在曲线内侧位置进行超挖，以有利于曲线行走；二是超挖量，经计算得出理论超挖量为20mm。

2.3 隧道整体外移控制

2.3.1 盾构掘进时的预偏

为了控制隧道轴线最终偏差控制在规范要求的范围内，盾构掘进时，考虑给隧道预留一定的偏移量。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，预偏量控制在50～70mm左右。

2.3.2 管片选型与拼装

管片拼装时要确保管片姿态适度超前：为满足急转弯施工要求，在缓和曲线段内，使用环宽为1.2m管片，其管片结构形状均为通用形式，楔形量皆为41mm的双边楔形管片。管片在封顶块K块的位置处，管片宽度最薄，为1 179.5mm，在相对位置处宽度最厚，为1 220.5mm，为双边楔，楔形量为41mm。因此，管片构造尺寸，其封顶块K块在施工拼装过程中，根据其在不同的位置时管片的位置改变量和角度改变量总结如表2所示。

另外盾构掘进时采用分段推进，每掘进30cm收缩1次千斤顶，首30cm使用全部千斤顶掘进，然后再以偏选千斤顶为主掘进。同时，管片在盾构内拼装完成后，由于外壁无约束，管片在盾构内呈悬臂状态，为了避免千斤顶在推进时对管片造成伤害，千斤顶行程仍按1 750mm来进行管片拼装，以减少管片与盾构的重合部分，缩短管片的悬臂长度。

盾构在小半径段掘进每环都会产生一个纠偏角度，因此管片的选型应与盾构姿态相匹配，最好的施工效果是每环管片拼装完后，管片的姿态比盾构姿态超前1/3～1/2的纠偏量，即超前10～15mm。管片的选型与盾构姿态不一致，将造成盾尾间隙的不合理变化，致使管片大面积被盾尾拉坏，造成管片开裂，同时造成盾尾刷的破坏、管片错台、漏水等，严重的将导致管片姿态超限，影响施工质量。

但在实际操作中，盾构姿态与计划线总有一定偏差，故应根据盾构姿态和盾尾间隙进行管片选型，所选管片可能与上表有所不同。但可采用相同原理计算，并进行适量微调。

表2 1.2m管片拼装位置表

严格控制管片从生产到现场拼装紧固的整个过程，确保管片的拼装质量。从管片生产、运输、现场验收、装卸、存放、粘贴止水条、下井、井内吊运、拼装紧固等一系列环节要严格把控，确保管片安装质量。

2.3.3 控制掘进速度与推力

急曲线隧道每掘进一环，管片端面与该处轴线的法线方向在平面上将产生一定的角θ，在千斤顶的推力下产生一个侧向分力。管片出盾尾后，受到侧向分力的影响，隧道向圆弧外侧偏移，侧向分力的大小与千斤顶总推力成正比即降低千斤顶总推力，同时也意味着降低侧向分力，有利于减少隧道向弧线外侧的偏移量。

适当地降低掘进速度，掘进速度控制在10～15mm/min左右，降低千斤顶总推力，同时也意味着降低侧向分力，有利于减少隧道向弧线外侧的偏移量。盾构在掘进过程中，应尽量保持盾构匀速前进，尤其值得注意的是，在盾构掘进启动时，掘进速度要以较小的加速度递增，这样可以避免千斤顶起始推力过大的问题。在砂层等软弱地层，掘进总推力必须控制在1 300t以下。另外，在调整盾构姿态时，应尽量采用油压分区模式。

2.4 注浆质量与管理

在急曲线段，注浆更应采用双液浆，因双液浆为瞬凝性浆液，具有较高的早期强度、良好的流动性和填充的均匀性，可以在较短的时间内将建筑空隙填充并达到一定的强度，与原状土共同作用，有效减小管片受侧向压力影响在建筑空隙范围内向弧线外侧的偏移量。

1）同步注浆同步注浆压注要根据施工情况、地质情况对压浆数量和压浆压力二者兼顾。一般情况下，每环注入量控制在“建筑空隙”的130%～180%，即每环注浆量在4.21～5.83m3之间，而本区间主要是在软弱地层急转弯段施工，注浆量要大于直线隧道注浆量，拟施工过程中同步注浆量（5m3）和管片双液注浆量（2.5m3），合计将会达7.5m3，以确保成形隧道稳固和防止漏水。在同步注浆过程中，合理掌握注浆压力，注浆出口压力=切口水压+60～100kPa（注浆压力约为0.5MPa）。使注浆量、注浆流量和推进速度等施工参数形成最佳匹配。

2）二次补充注浆盾构掘进时，保证注浆质量是减少后续沉降的有效手段、减小管片受侧向压力影响在建筑空隙范围内向弧线外侧的偏移量，管片注浆设备并与同步注浆系统同时运行，对A、B液浆进行小样试验，严格控制双液浆初凝时间，初凝时间为10s左右。盾构掘进的同时在第4环管片（即脱出盾壳后的第1环管片）的2点～5点（左转）、8点～10点（右转）位置尽可能的进行补充注浆（本区间主要是以右转为主），同时在对应侧的3点、9点位置也进行补充注浆，注浆方式见下图。二次注浆压力控制在0.5～0.7MPa左右。同时，每3环将额外在顶部11点～2点位置补充注双液浆，以形成管片顶部的支撑环，以便控制管片上浮。