高盾构区间盾构曲线始发技术

张军荣

以成都地铁8号线殷家林站～高朋大道站区间地铁施工为例，工程地质及周边环境较为复杂。其主要技术控制节点为始发、过站、到达、管片拼装、掘进参数优化、穿越建筑物、穿越西环铁路、下穿既有地铁线路等几项重点阐述。

一、工程概况

殷家林站～高朋大道站位于成都市武侯区科园大道路与南三环路五段之间，区间线路由殷家林站起往正北方向下穿至高朋大道站风亭。该段区间最小平面曲线半径为350m，最大纵坡为24‰，隧道埋深8.40～25.09m。区间左线里程范围为ZK29+193.259～ZK30+285.013，长链13.128m，区间左线长1104.881m。区间右线里程范围为YK29+210.261～YK30+285.012，长链8.608m，区间右线长1083.359m。

二、盾构小曲线始发的难点关键点

1.地质条件复杂

始发段覆土埋深8.4m，全断面穿越<2-5-2>稍密卵石地层，卵石约占55%～60%，卵石最大粒径200mm，一般粒径20～80mm。本段地处岷江水系Ⅰ级阶地，无地表水经过。地下水主要有赋存于粘性土层之上填土层中的上层滞水、第四系砂、卵石层的孔隙潜水和基岩裂隙水。始发段地层具有稳定性差、透气性大、地下水丰富、水位高、水压力大等特点，推进时各参数的合理选择成为关键。

2.始发线路的合理选择

盾构始发井在平面位置为半径R350m的圆曲线段，竖向位置在半径R3000的竖曲线上。受盾构始发条件限制，盾构始发托架，负环管片和反力架难以布置成相应的曲线形状。盾构机在始发托架上只能沿直线推进，掘进轨迹产生偏差后纠偏将十分困难。因此，盾构始发路径的合理选择是盾构曲线始发能否成功的一大难点和关键。

3.负环管片和反力架的设置

盾构曲线始发时，盾构掘进反作用力的大小和方向都具有较大不确定性和不均匀性。负环管片和反力架能否稳定可靠的提供反力，将盾构机成功推进至加固体，是始发成功的关键。

三、始发工艺

1.加固措施

盾构始发前将地下水位降至隧道底3m以下后，先采用袖阀管注浆对始发端头范围进行地面注浆加固(图1)，后采用108大管棚对盾构洞门注浆加固（图2），以上措施对地层既有空隙进行填充，并将地层固结，地层加固后无侧限抗压强度不小于1MPa。确保盾构始发地层的稳定，施工安全。

图1 始发端袖阀管加固图

图2 洞门大棚管加固图

2.始发线路设计

反力架与托架及支撑系统布置成一条直线，做圆曲线的割线布置（图3），从始发洞门开始其中心路径前10m沿隧道设计中心线（ R350m曲线）的割线（该割线通过始发洞门中心线）推进，待盾尾脱离基座后逐步调整盾构姿态使盾构沿隧道设计线路推进。

图3 曲线始发布置图

3.导向系统

殷家林站～高朋大道区间左线中铁装备62盾构机采用日本演算工坊导向系统(三棱镜)，右线海瑞克S768盾构机采用德国VMT导向系统（激光靶）。熟悉了解这两种导向系统特性，组成原理，确保盾构机掘进过程中导向系统数据正确，系统运行正常。

4.导台

为防止盾构机始发时栽头，在距离洞门钢环内侧0.45m（防水帘布0.4m）处施作混凝土导台见图4：

图4 混凝土导台示意图

5.洞门凿除

钢环内掌子面的凿除工作，洞门围护结构为玻璃纤维筋围护桩结构，刀盘长度0.8m、防水帘布0.4m，相加得1.2m，这是洞门所需净长的最小值。如果根据刀盘长度加防水帘布的计算方法来计算所需凿除混凝土厚度的话，会造成刀盘的左侧已经抵达掌子面而右侧还没接触到的情况，因为本工程盾构机轴线与设计轴线存在角度的问题，严重的可能会刀盘切口未全进入帘布内，转动刀盘时会与折页压板发生碰撞，最终导致折页压板被损坏无法进行掘进，根据计算得右侧需比左侧多凿除0.5m方可满足盾构始发要求（图5-1-2）。

图5-1 洞门凿除示意图

图5-2 洞门凿除示意图

四、盾构始发过程控制

1.反力架变形监测

（1）监测点布置：框架横梁、立柱、各布设3个监测点。监测点所在位置为该反力架变形最大位置。

（2）反力架变形监测方法：在各测点贴上反光贴片，采用精密全站仪测设个测点的三维坐标，通过相邻两次观测数据比较，就可得出各测点各方向的位移量。

（3）监测频率及数据处理：监测负6～正30环，环环必测，盾构机掘进开始前观测一次，盾构机掘进中观测两次，盾构机推进结束后观测一次，每次观测结束后，及时整理观测记录、计算当次变形量和累积变形量。

2.盾构始发过程控制

盾构始发时其交接角度为零，盾构中心轴线位于隧道设计中心线的外侧，即处于盾构始发路径的延长线上，坡度小于隧道设计坡度盾构机前点高于后点30mm。盾构机前点下沉，盾构机姿态还在控制范围。盾构离开始发基座前基本沿着预定始发路径直线前进，在此期间盾构需切割洞门加固体，以慢速、低压为推进原则，以保证盾构姿态的稳定。

3.负环加固

负环采用7环1.5m标准环，正环采用1.2m管片，将标准环点位对拼形成直线环的方法布置，0环进入洞门钢环0.7m，隧道贯通后将0环拔出，施工洞门后浇环梁。为防止曲线始发受力不均，受力方向复杂等问题，本工程负环加固采用多方面立体加固，两侧采用型钢支撑、全环采用钢丝绳花篮组合紧固。

图6 殷家林站～高朋大道站区间右线-6环～50环盾构机姿态

4.实际掘进姿态数据

图7 殷家林站～高朋大道站区间左线-6环～14环盾构机姿态

平面姿态在掘进6环后才做出调整，6环=9m，盾构机长度为9m，既盾构机全部进入土体后进行逐步调整，掘进10环已经紧贴设计轴线（图6、图7）。

左右线盾头脱离托架后垂直姿态变化比较明显，盾构机有掉头趋势，到正3环时才有所调整，盾构始发段为9‰～24‰变坡段，始发井处将盾构机前点抬高3cm仰头始发防止掉头的做法是有意义的。

五、 结语

本次始发盾构机姿态在控制范围，根据专业测量单位检测结果，本工程小半径、大坡度盾构始发非常成功，管片成型姿态，水平偏差最大42mm、高程偏差最大46mm，管片错台在5mm以内，地面最大隆起1mm，最大沉降11mm，未出现房屋开裂和地下构筑物及管线破坏现象。