浅埋大断面隧道小半径盾构始发技术研究

薛永健

(苏州市轨道交通集团有限公司建设分公司，江苏 苏州 215000)

0 前 言

相对常规盾构施工技术而言，小半径曲线盾构施工技术有着施工难度大、风险大等特征。始发质量好坏与掘进过程中轴线的精细化控制作为大直径盾构机在小半径曲线区段施工技术的关键部分。其主要原因在于，小半径盾构始发技术的是否成功将决定整个区间隧道盾构施工的质量，严重的话还会对隧道施工安全性以及经济性等造成直接影响。由此可见，加大对浅埋大断面隧道小半径盾构始发技术研究，并及时采取有效措施，使大断面隧道盾构施工在小半径曲线上实现高效率、高质量的始发掘进尤为重要。

1 工程概况

针对浅埋大断面隧道小半径盾构始发技术研究，本文将以苏州市轨道交通三号线为例。苏州市轨道交通三号线作为苏州东西向的一条交通疏导型骨干线路，其建设主要呈东西方走向。该工程建设的意义主要与轨道交通一号线共同支撑城市发展主轴。苏州市城市轨道交通三号线工程土建施工项目标段主要包括的内容有：两座车站与两个盾构区间。基于本文研究的内容，所以着重分析两个盾构区间。这两个盾构区间隧道上的覆土厚度约在10.2～17 m，在区间隧道纵断面上采用的是V型节能披布设计。各坡段两端分别设R=3000 m、R=5000 m、R=5000 m、R=5000 m、R=3000 m的竖曲线。

2 工程重难点

1)盾构穿越西港和桥与电力电缆的施工。放完路站到青剑路站区间隧道在右DK39+980～右DK40+020附近下穿葑亭大道西港河桥，该桥梁主体结构墩。台基础都与隧道冲突，基于该现象，必须对桥梁进行改造，并消除与隧道冲突的撞击。因此，在盾构穿越西港河桥与电力电杆的施工中，采取怎样的措施及时清理与隧道冲突桩基为盾构安全通过提供条件将是本工程的重点。

2)盾构粉砂与黏土层等的掘进与进出洞施工。粉土、粉砂夹粉土、粉质黏土层作为方湾街站与青剑路站区间穿越隧道主的主要穿越地层。当盾构穿越粉土、粉砂夹粉土的时候，其往往会对盾构推进产生一定阻碍，此时盾构刀盘的切削难度也将增大。在动水或者是承压水的作用下，容易导致管涌现象出现。因此，在施工的过程中必须对该方面内容加大重视，并通过对洞口土体加固质量的严格控制，提高洞口土体稳定性，保证盾构进出洞的安全性。

3)盾构下穿管线施工的重难点。就本工程而言，通常情况下，盾构均是从道路下方通过的，而上面则是葑亭大道，管道下方是很多管线，隧道上方同样为许多管线，其主要有：DN200天然气中压管、φ400PVC污水管、10 kV400×400供电管以及其他一些通信、电力管线等。因此，在盾构推进的过程中必须控制好沉降、隆起，不然将对市政管道造成严重的破坏。而要想避免该工程施工中的不良问题出现，在盾构下穿管线施工的时候，除了需要安排专人巡视，加强对管线及地表沉降的检测外，还应及时调整掘进参数，建立应急机制，有效解决突如其来的不良情况。

3 小半径曲线隧道盾构始发设计

3.1 盾构始发原理

1)盾构始发线型合理性的选择。包括始发并在其中的整个盾构始发区段都处在小半径曲线段。在始发的时候，盾构只能沿着直线进行推进，而且在推进的过程中盾构半径最大为8.50 m。所以这对轴线的偏差控制有着很高的要求。再加上始发路径选择的合理性对整个盾构始发过程的关键点及难点均有一定的制约作用。因此，在本工程实施中可采用割线始发技术进行。

2)始发架和反力架的设置。盾构机轴线纠偏在调整过程中存在滞后性是曲线段盾构始发中存在的重难点。因此，在设计的时候，为保证设计的合理性，应尽快采用超挖或者是设置铰接等诸多预处理措施对盾构机整体的姿态掘进线进行调整。而这也将导致盾构推进反力的大小与方向存在很大的不确定性，故始发架和反力架必须牢固可靠，达到承受侧向力的作用。

3)保证盾构推进时各项参数设计的合理性。对于盾构曲线始发而言，其不但身处在小半径圆曲线段，而且处于纵向下坡段。所以，盾构姿态的调整与控制非常重要，始发掘进每一环推进时的各参数合理性都很关键，必须在设计的过程中加大对其的重视力度。

4)加强盾构始发技术设计与施工中的监测力度，做到信息化施工。所谓加强监测力度，主要是指，在工程施工中密切关注施工各点的沉降变化情况，并针对其中存在问题的施工部分，即可采取有效措施补救，进而提升盾构施工质量，并在小半径曲线隧道中的合理掘进。

3.2 割线始发设计

盾构机始发采用直线的线型，也就是始发段圆曲线的割线，盾尾进洞后开始纠偏计算。盾构机长度10.3 m，托架长度14.5 m，反力架距离盾构刚环15.2 m。由于始发井与暗埋段接头处隧道中心线与中隔墙边线的距离只有3.33 m，盾构机负环的数量为9.5环，长度为15.2 m。而盾构始发井长度只有19.2 m，因此，在设计的过程中，为了保证台车的安全性，盾构始发割线在盾构机刀盘位置向曲线内部偏移0.07 m。根据割线与隧道中线的相对几何关系计算可知，盾尾完全进洞之后刀盘坐标与隧道中线相比向右偏离了0.075 m，符合盾构施工有关要求，而且能够提高最终施工的安全性，因此，有关人员需要对其加以重视。除此之外，在割线始发设计上还可通过盾构机纠偏曲线设计实现设计最终效率的提升，通常可用于盾构机偏离隧道时的轴线设计中，该设计的优势主要在于能够在直接反映出曲线情况的同时，显示出每掘进1 m需要纠偏的数量是多少。

3.3 小半径隧道盾构始发的前期准备

在小半径隧道盾构始发前期，施工人员需对土体稳定性以及始发时的标高等内容加以重视。首先，对于土体稳定性而言，可通过降水与土体加固这两种方式实现始发端头土体的稳定。在降水方法上，可通过3处应急降水井的安置实现，并且在破除洞门前的3～5天降水，直至水位降低到管片结构低1 m，等待盾构出洞，最后在拼装完3环管片后停止降水。在土体加固上，可采用P·O42.5级以上的普通硅酸盐水泥进行。其次，对于始发时标高而言，盾构机始发位置的隧道中心线沿15.7%的坡度下坡，综合考虑在盾构机直径大的情况下，盾构始发掘进中反力架也将变大。因此，为了保证反力架的均匀受力，需采取盾构机水平始发。再加上盾构机始发脱离托架后产生不同程度的栽头现象，因此，需要将盾构机刀盘位置的托架抬高0.02 m。

4 盾构施工安全措施

1)建立科学合理的质量保证体系。科学合理的质量保证体系作为实现安全盾构施工的重要前提，在该体系建设上，需做到以下三个方面。首先 ，建立以项目经理为组长，总工程师为副组长的质量保证体系；其次，质量管理小组需要不定期开展盾构施工质量会议，认真分析核实质量目标执行情况；最后可按照图1的形式建设质量保证体系。

图1 质量保证体系

2)反力架安装质量的控制对策。为保证最终安装质量，必须将反力架安装左右10 mm，高程偏差控制在前后5 mm中。而为了保证反力支撑安装的合理性，需利用龙门吊将反力支撑起吊并与反力架以及预埋钢板连接牢固。

3)盾构始发质量的控制措施。在盾构始发技术实施时，为保障盾构始发施工的安全性，需从以下方面对其进行控制。首先，在轴线推进上，为保证轴线推进顺利进行、保护刀盘，不能用太快的速度对其进行推进。正确做法应为，缓慢稳步推进盾构，并把推进速度控制在4～8 mm/min。其次，在一环掘进中，应尽可能保证掘进速度值，减少波动，保证土舱压力的稳定性与出土的畅通性。最后，在启动盾构的时候，盾构人员必须对千斤顶的可靠性进行检查，并在没有任何问题后开展推进工作。当然，在该过程中的推进中同样需要保证速度，进行缓慢推进；为避免启动速度过快，在每环掘进开始时，应逐步提高掘进速度。

4)盾构掘进质量控制措施。在盾构掘进质量保证上，需从以下方面进行：①需正确应用盾构机所装备的高度现代化自动实时监控测量指引系统；②在进行盾构施工前，需要对已有的人工测量与自动测量控制系统进行严格的要求，根据自动测量的精度与工程的精度要求决定人工控制测量与复核的内容等；③做好盾构机的操作控制，按照勤纠偏、小纠偏的原则，根据严格计算，合理选择与控制各千斤顶的行程量等，让盾构与隧道轴线在容许偏差范围中；④可全面应用超挖刀与铰接千斤顶来控制盾构机的轴线，从而实现对隧道轴线的线形控制。

5 结束语

随着新时代社会经济的迅速发展，城市轨道交通建设逐渐显示其重要性。通过上述对该方面内容的深入分析可知，浅埋大断面隧道小半径盾构始发技术作为城市轨道交通施工中不可缺少的一部分。因小半径盾构始发技术与常规施工技术有所不同，其有着许多的特殊性，而且小半径盾构始发技术实施效果对工程最终质量与安全性等有着直接影响。因此，为保证我国城市轨道交通在今后得到更好的发展，必须加大对小半径盾构始发技术的研究与认识，并采取有效措施提高工程施工的安全性。

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