地铁隧道超小半径曲线盾构始发施工技术研究

□文/耿生春 秦 林 黄求新 周伟善 张 笛 张 杰

随着我国城市化进程的不断加快，交通拥堵问题日益严重，为突破城市交通瓶颈，改善城市交通状况，发展便捷、高效的地铁已成为各城市首选。地铁线路的规划会受到周边复杂环境的影响及既有建（构）筑物的制约，不可避免地出现小半径曲线盾构始发的线路；与常规盾构法施工技术相比，小半径盾构法具有施工难度大、风险高的特点，因此，研究小半径曲线盾构施工技术，可有效避免小半径曲线内施工容易超限、管片容易出现错台、漏水等问题的出现。

1 工程概况

某地铁盾构区间为两条单洞单线圆形隧道，长700 m，区间顶部覆土厚9.76～17.6 m，线间距为11～15.3 m，区间最大纵坡度为-25‰，最小半径300 m，采用盾构法施工，割线始发。设计管片外径6.2 m、内径5.5 m、厚度350 mm，采用通用型管片错缝拼装，双头螺母M30 弯螺栓连接。始发端采用三轴搅拌桩加三重管高压旋喷桩加固。

2 地质条件

盾构穿越地层土质主要为：第Ⅰ海相层⑥4粉质黏土层、⑥5黏质粉土层、⑥6粉质黏土层；第Ⅱ陆相层⑦1、⑧1粉质黏土层及⑧2砂质粉土层、第Ⅲ陆相层⑨1粉质黏土层及⑨2粉砂层、第Ⅱ海相层⑩1粉质黏土层。隧道埋深自始发站至接收站由浅到深，洞身通过范围由⑥4粉质黏土层逐渐进入⑩1粉质黏土层。

3 施工重难点分析

1）盾构始发轴线在300 m 小半径曲线上，与洞门不垂直，导致盾体与钢环左右侧壁不平行，结构间隙左右不均，直接影响橡胶帘布的止水效果，增加了始发过程中的安全风险。

2）受盾体长度限制，按照常规的切线始发方案进洞后无法进行纠偏，只能采取直线进洞，待盾体完全进洞后需进行急弯段掘进，此时刀盘存在较大偏差，纠偏难度较大；同时，盾构机在掘进方向的垂直方向产生一个较大的侧向分力，掘进轴线易出现较大偏差。

4 施工技术要点

4.1 盾构机选型

为满足300 m 小半径曲线上始发要求，盾构掘进施工采用一台中铁装备CRE6440盾构机，最小水平作业转弯半径为250 m，整机总长80 m，盾体采用被动铰接式，后配套车架6个。为减少割线长度，尽量缩短复位设计曲线距离，避免台车卡洞门，采取盾构机分体始发，先把最后一节装载电缆后配套车架（长9.51 m）进行分离，等待步入到设计曲线后，再将后配套台车拖入隧道，与盾构机及其他后配套台车相连。

4.2 端头井加固区长度调整

设计始发端头加固长度11.5 m，盾构机在加固区内不宜调整姿态。为了减小切线与轴线偏差，在始发加固段4.2 m 水平长，盾构外皮两侧各3 m 宽，盾构外皮上下各3 m 深范围内，采用42.5 普通硅酸盐水泥的φ800 mm@500 mm 高压旋喷桩和φ850 mm@600 mm三轴搅拌桩进行加固。

4.3 割线始发

盾构机在小半径始发时，采取常规的切线始发受盾构机盾体长度的影响，无法进洞后进行纠偏，只能沿直线推进。故盾构机在曲线段始发时，选择割线方式确定盾构始发中心线[1]。

由于洞门尺寸及后配套限制，在始发刀盘位置向外偏离隧道中心线34 mm，在始发井后端盾尾位置向外偏离隧道中心线243 mm，通过计算，盾构始发中心线（割线）在始发井洞口环端面位置尺寸向内偏离隧道中心线约30 mm。盾构机完全出洞时，刀盘偏移量为206 mm[2]。见图1和图2。

图1 盾构机始发姿态偏移

图2 盾构机完全进洞刀盘偏移

盾构机完全进洞时进行急弯段掘进，刀盘存在较大偏差。应及时调整盾构机姿态、纠正偏差。

1）分区操作推进油缸，合理设定行程差来调整盾构机姿态，纠正偏差，将盾构机的方向控制调整到符合要求的范围内[3]。

2）急弯段必要时可利用盾构机的超挖刀进行局部超挖来纠偏。

3）当滚动超限时，盾构机会自动报警，此时应采用盾构刀盘反转的方法纠正滚动偏差[4]。

4.3 增加小钢箱

盾构机需割线始发，盾构机与洞门防水装置不垂直，夹角约8°11′24.20″，导致盾构刀盘左右侧到达洞门防水装置行程相差1 m且盾构机与洞门钢环左右间隙不均匀，洞门密封难以保证，故将洞门钢环延伸，使钢环断面与盾构机始发方向垂直；再在延伸钢环上增加钢箱双帘布防水装置。洞门延伸钢环长度达到1 142 mm，不但保证了洞口密封，同时很好地保证了盾构机割线始发提前复位。

4.4 管片设计

该区间管片为通用楔形环，外径6 200 mm、内径5 500 mm。曲线段采用环宽为1.2 m、强度等级C35、抗渗等级P10、楔形量为36.4 mm的双面楔形管片，直线段采用1.5 m、楔形量为30.3 mm 双面楔形管片，合理地选用管片，可以避免错台。

4.5 盾构掘进

小半径曲线始发时，盾构机在掘进方向的垂直方向产生一个较大的侧向分力，为了避免隧道轴线偏差较大，应在盾构掘进时在隧道内预留一定的偏移量。盾构机沿曲线的切线方向掘进，管片拼装时轴线位于弧线内侧，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[4]。

5 结语

本盾构隧道始发段的管片已经稳定，其最终水平、垂直姿态均符合规范要求，管片未出现崩边、裂角情况，管片纵缝和环缝错台均≯5 mm[5]，也未出现接缝漏水现象，施工效果良好。通过对小半径曲线始发研究和应用，系统的策划出一套适合小半径曲线盾构始发的施工技术，成功解决了本工程小半径盾构始发线路轴线曲率大、半径小、盾构机姿态难控制、水平位移大等难题，从而确保了施工线形，管片错台、漏水等满足规范要求，同时降低了施工成本，为以后小半径始发提供了宝贵的经验。