行业要闻

 

【摘   要】广州地铁5号线大坦沙南～中山八站段采用盾构法施工，右线急转弯段曲率半径290m，左线210m，接近盾构的极限能力，施工困难。结合铰接装置、千斤顶、仿形刀等的应用，严格控制盾尾间隙和千斤顶行程差，考虑盾构姿态和隧道设计轴线，合理进行管片选型。并根据管片钟点特征计算管片选型导致的位置和角度改变量，明显改善了隧道工程施工质量。

【关键词】隧道;急转弯段;盾构掘进;管片选型

 

1、工程概况

      广州市轨道交通5号线大坦沙南～中山八站盾构区间左右线平面曲线上均有一急转弯段，右线半径290m，左线半径210m，接近盾构的极限能力，具体线路如图1所示。

      隧道洞身穿越地层主要为沉积岩全风化带、沉积岩强中风化带、沉积岩微风化带，局部为冲洪积细砂层、冲洪积中粗砂层，要求所选盾构能适应硬岩地层、上软下硬地层及风化夹层等复合地层。采用2台三菱泥水平衡盾构施工。盾构参数:隧道平面最小转弯半径210m，管片外径6m，管片宽度1.2m，盾构外径6.26m，盾构刀盘面到铰接中心的长度4.173m，盾构后体长(自铰接中心到盾尾)3.997m，第1环管片前面到铰接中心的长度1.562m，第1环管片前端到盾尾的长度2.435m，仿形刀宽度150mm。

2、急曲线盾构施工技术

2.1盾构掘进控制措施

      在盾构施工过程中，盾构姿态变化不宜过大或过频，盾构姿态控制的好坏直接影响竣工隧道的质量和盾构施工对土层的扰动程度。在小曲率半径急转弯段，由于盾构本身为直线形刚体，不能与曲线完全拟合，曲线半径越小，盾构机身越长，则拟合难度越大。

      一般通过调整盾构推力的大小和合力作用点位置控制盾构轴线，使盾构推力的合力作用点位于合适的位置，促使盾构在计划线附近小幅度变化，正常掘进。

1)铰接装置与千斤顶选用

      在小曲率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。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，使盾构前体与后体的张角与曲线吻合，具体角度变化如表1所示。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，直至盾构到达中山八站。

      在小曲率半径盾构施工中，千斤顶的选用是铰接控制盾构姿态的一种辅助工具。要使盾构水平向左偏，则需提高右侧千斤顶分压的推力;反之，则需提高左侧千斤顶分压的推力。要使盾构机头向上偏，则需提高下部千斤顶的推力;反之亦然。

      盾构掘进时要注意千斤顶行程差不能太大，一般控制在30mm左右。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。以左线为例:理论上260m曲线段时每环7号千斤顶必须比18号千斤顶长27mm以上，方能满足要求。在实际施工过程中，由于隧道轴线一直处于向左急转弯，左边管片压得比较紧，使得实际行程差比理论值略大。

      盾构在260m小半径曲线段行走时，为避免千斤顶推进造成管片破损，可每30～50mm适量收缩千斤顶，使得千斤顶对管片的应力得以释放，同时有利于盾构方向调整。

2)仿形刀应用

      在小曲率半径施工过程中铰接装置是盾构姿态控制的主要手段，仿形刀应用主要须考虑:①仿形刀的超挖范围通过设置，仿形刀可以在圆周区域任意位置进行超挖，本工程在曲线内侧位置进行超挖，以有利于曲线行走;②超挖量由于急曲线段距离较长，为减少仿形刀的磨损量，在掘进过程中尽量不用仿形刀，尽可能采取使盾构中折和合理选取千斤顶等措施进行急转弯。

2.2管片选型

2.2.1基本原则

      管片选型基本原则如下:①拼装完毕后各组千斤顶的伸长量对称(行程差最小);②拼装完毕后保持良好的盾尾间隙;③使K块位于隧道腰部以上;④错缝拼装，即所选管环不与前面管环存在纵向通缝。

2.2.2注意事项

      1)盾尾间隙管片选型要兼顾盾尾间隙(见图2)，如果盾尾间隙过小，则在盾构推进过程中盾尾钢丝刷会与管片发生干扰，轻则加大盾构向前推进的阻力，减缓掘进速度;重则将使管片错台甚至损坏，造成隧道渗漏水或地表沉降。施工中，应该保证盾尾间隙不小于允许的最小间隙。

      2)千斤顶行程差盾构依靠推进千斤顶顶推管片所产生的反力向前掘进，推进千斤顶按上下左右4个方向分为4组。每1个掘进循环中，4组千斤顶行程的差值反映了盾构与管片平面之间的空间关系，可以看出下一掘进循环盾尾间隙的变化趋势。如果各组推进千斤顶的行程有差异，就会使管片端面不垂直于盾构轴线，当差值过大时，推进千斤顶的推力就会在管片径向产生较大的分力，从而影响己拼好的隧道管片以及盾构掘进姿态。因此，管片端面应尽量垂直于盾构轴线，以使盾构的推进千斤顶能垂直顶在管片上，这样可以使管片受力均匀，掘进时不会破损。

2.2.3管片选型思路

      在实际操作中，盾构姿态与计划线总有一定偏差，应根据盾构姿态和盾尾间隙进行管片选型，且须超前10环预选，确保管片姿态和盾构姿态保持同心。

以左线为例，为更好满足急转弯施工要求，在缓和曲线段内，开始使用环宽1.2m，管片结构、形状均为通用形式，楔形量均为41mm的双边楔形管片。在封顶块F块位置处，管片最小宽度为1 179.5mm，在相对位置处最大宽度为1 220.5mm，为双边楔。因此，在施工拼装过程中，应根据管片位置和角度改变量来拟合曲线线路。

      最好的施工效果是每环管片拼装完后，管片姿态比盾构姿态超前1/3～1/2的纠偏量，即超前9～14mm。若管片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、盾尾刷破坏、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。

      根据管片不同位置、角度改变量，同时考虑计划线走向和盾尾间隙，左线管片选型可参考表2进行。

2.2.4管片钟点特征以及拼装改变量

      管片纵向有10个螺栓孔，沿管片圆周均匀分布，均与管片中心成36°，相应地，管片沿环向就有10个安装位置，每一个安装位置称为管片的一个安装钟点。左转L11管片拼装如图3所示。1.5m管片选型导致的位置和角度改变量如表3所示。

      从以上分析及实际施工效果看，隧道质量得到明显改善。

3、结语

      急转弯盾构隧道施工技术综合性很强，涉及一系列技术措施的综合运用，但是盾构的倾斜量、盾尾间隙、超挖量、偏移量等参数构成盾构急转弯施工质量的基础参数，施工中应该特别重视这些基础参数的变化，并对变化数据进行分析。为保证急转弯施工质量，应充分发挥铰接、千斤顶、仿形刀、管片选型的作用，可得到事半功倍的效果。

 

［1］周文波.盾构法隧道施工技术及应用［M］.北京:中国建筑工业出版社，2004.

［2］张凤祥.盾构隧道施工手册［M］.北京:人民交通出版社，2005.

［3］张凤祥，朱合华，傅德明.盾构隧道［M］.北京:人民交通出版社，2004.

［4］陈强.小半径曲线地铁隧道盾构施工技术［J］.隧道建设，2009，29(4).

［5］张海波，殷宗泽，朱俊高.盾构法隧道施工的精细模拟［J］.岩土力学，2004，(S2).

［6］陈丹，袁大军，张弥.盾构技术的发展与应用［J］.现代城市轨道交通，2005，(5).