盾構機小半徑轉彎、大坡度始發(fā)施工技術

1、盾構機小半徑轉彎、大坡度始發(fā)施工技術摘要：盾構始發(fā)是盾構法隧道施工的重點與難點，其成敗直接影響項目的安全、 質量、進度及經(jīng)濟效益，小半徑曲線、大坡度始發(fā)更是難上加難，在修建深圳國 際會展中心配套市政項目時，我標段的會展北站區(qū)間會議中心站區(qū)間平面線形 為“S”型曲線，盾構從會議中心站端頭以350m小半徑，28.33%。下坡成功始發(fā)， 各項技術參數(shù)、線路控制及成型管片姿態(tài)均受控。關鍵詞：地鐵施工；曲線始發(fā)；技術控制一、工程簡介（一）基本概況深圳國際會展中心配套市政項目-10標區(qū)間為會展北站會議中心站區(qū)間，區(qū) 間左線起止里程ZDK47+771.800ZDK48+702.398，里程ZDK48+600

2、.000處存在短 鏈 23.559m，長 907.039m；右線起止里程 YDK47+830.226YDK48+692.006，長 861.780m。區(qū)間平面最小曲線半徑為R=350m，線路最大縱坡28.33%，隧道埋 深約為10.74m23.09m，線間距68米。會展北站會議中心站區(qū)間盾構機采用新購置的鐵建重工的兩臺6280mm 盾構機，盾構機從會議中心站東端頭吊裝下井始發(fā)（右線先始發(fā)，左線后始發(fā)）， 掘進至會展北站后吊出。圖1-1區(qū)間線路圖圖1-2區(qū)間線路形象圖（二）水文地質條件盾構機始發(fā)段長度為100m，始發(fā)段隧道左線埋深為13.4m13.6m，隧道斷 面內(nèi)地質為粉質粘土2-2、淤泥質粘

3、土3-1、中粗砂3-4、砂質粘性土6-1， 始發(fā)段隧道右線埋深為14.6m14.8m，隧道斷面內(nèi)地質為粉質粘土2-2、淤泥質 粘土3-1、中粗砂3-4、砂質粘性土6-1。圖1-3區(qū)間右線始發(fā)段地質情況圖1-4區(qū)間左線始發(fā)段地質情況表1-1始發(fā)段地層情況二、盾構機小半徑、大坡度始發(fā)的難點和重點盾構始發(fā)段包括盾構始發(fā)井全部處于R=350m的小半徑曲線、28.33%的下坡 始發(fā)段，而由于始發(fā)時外部條件的制約，盾構始發(fā)托架、負環(huán)管片和反力架均難 以布置成相應的曲線狀，始發(fā)盾構始發(fā)時在始發(fā)托架上只能直線掘進，軸線偏差 控制較為困難，因此始發(fā)路徑的合理選擇是盾構小曲線、大坡度始發(fā)能否成功的 難點和重點。本

4、區(qū)間盾構機采用的是鐵建重工生產(chǎn)的土壓平衡盾構機（編號DZ318/DZ319），該盾構機設計的最小轉彎半徑為250m，最大坡度為40%，盾 體長度為9m （含刀盤長度），盾構機盾尾間隙為3cm，最大掘進速度為 80mm/min，最大推力39914kN350bar，如果盾構機垂直于端墻始發(fā)，當盾構機 盾體完全進洞后（即掘進9m），盾構機軸線水平方向將偏離隧道中心線97mm， 垂直方向將高于隧道軸線252mm，超出規(guī)范要求（50mm），因此該區(qū)間盾構 機始發(fā)采用割線下坡始發(fā)方案。三、盾構機割線、下坡始發(fā)施工技術盾構始發(fā)井口處于半徑R=350m的圓曲線、28.33%。下坡段上，屬于小半徑曲 線、下坡始

5、發(fā)，始發(fā)施工擬采用割線始發(fā)法，具體施工方案如下：（一）盾構機割線始發(fā)盾構始發(fā)采用直線的線型（曲線的割線），并且擬合隧道線路（在國家規(guī)范允許的 范圍內(nèi)）,始發(fā)時，盾構機盾首位置與隧道中心線重合，盾尾向左偏離94mm，斜體 割線始發(fā)（盾構機偏移角度0.6，盾體最大偏移量為33mm （曲線內(nèi)側），滿足規(guī) 范要求），始發(fā)采用直線始發(fā)。盾構機掘進9m后，盾構機刀盤與隧道中心線偏移 量為4mm，盾構機刀盤處于曲線內(nèi)側。該階段盾構機盾體已經(jīng)完全脫離始發(fā)托架， 開始轉彎掘進施工。圖3-1盾構機始發(fā)示意圖（二）盾構機下坡始發(fā)技術盾構始發(fā)段處于28.33%的下坡段，盾構機選擇下坡始發(fā)，安放始發(fā)托架前根 據(jù)隧道坡度

6、，提前在托架下面布置好鋼板和型鋼支撐，托架尾部墊起高度為 25cm，前部直接放于基坑底板，使托架形成25%的下坡趨勢，待盾構機全部脫 離托架后，盾構機高于涉及線路27mm，在線路偏差允許范圍內(nèi)。盾構機盾體完全進入土地后，開始調整盾構機的水平和垂直姿態(tài)，使盾構機 的姿態(tài)達到最優(yōu)情況。圖3-2盾構機始發(fā)托架布置示意圖（三）負環(huán)管片拼裝及反力架安裝盾構小曲線、下坡始發(fā)時，盾構機推進反力的大小和方向都具有較大的不確 定性，負環(huán)管片全部采用閉環(huán)管片的方式，并且實行立體加固，確保負環(huán)管片具 有足夠的剛度，不發(fā)生管片上浮、下沉等情況。根據(jù)盾構機姿態(tài)的調整，提前通 過管片的點位選擇達到轉彎的要求。因反力架受力

7、較為復雜，為了成功與安全，反力架采用具有足夠強度和剛度 的組合型框架結構，設計的反力架提供的最大反力為3900t?？紤]到盾構機割線 始發(fā)情況，反力架定位的時候跟隨著盾構機軸線進行偏轉，使盾構機、負環(huán)管片、 反力架中心線重合。四、盾構機始發(fā)參數(shù)控制（一）土壓力設定值水平側壓力按照太沙基土壓力理論計算公式以及日本村山理論，可以較為準確的計算出 盾構前方的松動土壓力。但在實際施工工程之中，可以根據(jù)隧道圍巖分類和隧道 結構參數(shù)，按照我國現(xiàn)行的鐵路隧道設計規(guī)范中推薦的計算圍巖豎直分布松 動壓力的計算公式：Y一圍巖容重地層在產(chǎn)生豎向壓力的同時，也產(chǎn)生側向壓力，側向水平松動壓力由經(jīng)驗公 式可得：水平側壓力系

8、數(shù)q的計算公式見下表Hq-施工坍方平均高度，S一圍巖類別，如III類圍巖，則S=33寬度影響系數(shù)，且s=1+i (B-5)B隧道凈寬度，單位以m計。i以B=5m為基準，B每增減1m時的圍巖壓力增減率。當B5m,取 i=0.1。查資料可知：圍巖等級為v類圍巖，水平側壓力系數(shù)q為1/31/2,隧道凈 寬度B為6m。圍巖容重r為1.86g/cm3，i為0.1。地下水壓力當?shù)叵滤桓哂谒淼理敳?，由于地層中孔隙的存在，從而形成側向地下水壓?地下水壓力的大小與水力梯度、滲透系數(shù)、滲透速度以及滲透時間有關。在計算 水壓力時，由于地下水在流經(jīng)土體時，受到土體的阻力，引起水頭損失。作用在 刀盤上的水壓力一般小

9、于該地層處的理論水頭壓力。在掘進過程中，由于刀盤并非完全開口，而是中間有7080%的支擋結構， 隨著刀盤的不斷往前推進，土倉內(nèi)的壓力介于原始的土壓力值附近。加上水在土 中的微細孔中流動時的阻力。故在掘進時地層中的水壓力可以根據(jù)地層的滲透系 數(shù)進行酌情考慮。當盾構機因故停機時，由于地層中壓力水頭差的存在，地下水必然會不斷的 向土倉內(nèi)流動，直至將地層中壓力水頭差消除為止。此時的水壓力為：q 一根據(jù)土的滲透系數(shù)確定的一個經(jīng)驗數(shù)值。砂土中q = 0.81.0,粘性土中q = 0.3 0.5。Y 一水的容重h一地下水位距離刀盤頂部的高度。查資料可知：滲透系數(shù)q=0.5.水的容重r=1000kg/m3.h

10、=13.827m地下水壓力預備應力根據(jù)不同的施工環(huán)境、施工條件、及施工經(jīng)驗，考慮0.0100.020Mpa的壓 力值作為調整值來修正施工。土壓力初步設定值(二)其余掘進參數(shù)擬采用以下指標:推進速度3040mm/min；總推力控制在1100013000kN； 出土量5160m3(分區(qū)開啟超挖刀)；轉速設為1.11.3r/min；刀盤扭矩為 20002300kNm。盾構機盾體進入隧道后，開始同步注漿施工，同步注漿量根據(jù)施工情況逐步 增加至正常標準。同步注漿控制：設定注漿倍率為施工間隙的1.5-1.8倍。即 6m37m3,本項目注漿量設定為7m3,根據(jù)實際情況通過注漿壓力進行調整注 漿量，注漿壓力一

11、般控制在3.0Bar-4.0Bar。施工過程中，不斷調整、優(yōu)化盾構機掘進施工參數(shù)。通過加強施工監(jiān)測，不斷地完善施工工藝，控制隧道結構穩(wěn)定和地面沉降。五、割線下坡始發(fā)注意事項（1）盾構機割線下坡始發(fā)，始發(fā)托架及反力架的中心線與車站基坑不是垂直 狀態(tài)，在安裝托架和反力架時，有充分的考慮反力架的側向力和始發(fā)托架的扭轉， 做好頂撐和加固工作，保證始發(fā)托架和反力架支護體系牢固。（2）下坡始發(fā)過程中，負環(huán)管片與反力架之間存在一定的夾角，在無法靠實 的情況下，在負環(huán)管片與反力架之間添加剛性支撐，防止負環(huán)管片上浮或者失穩(wěn) 情況發(fā)生。（3）曲線始發(fā)過程中控制盾構機推進系統(tǒng)分區(qū)壓力，盡量做到提前轉彎，小 糾偏，分

12、區(qū)壓力差在滿足轉彎的前提下，盡量縮?。▽嶋H控制中，分區(qū)壓力差在 100bar以內(nèi)），保證成型管片質量。（4）及時調整盾構機皮帶系統(tǒng)，在轉彎的過程中皮帶處于偏心狀態(tài)，容易出 現(xiàn)漏泥及皮帶卡死等問題。（5）施工過程中，必須執(zhí)行勤糾偏、小糾偏，合理選點的原則，保證成型 管片質量和姿態(tài)。（6）做好同步注漿和二次補充注漿管理，始發(fā)段的管片處于不穩(wěn)定狀態(tài)，及 時對管片進行同步注漿和二次補充注漿，形成管箍，穩(wěn)定管片。六、結語通過本工程會展北站會展中心站區(qū)間盾構施工對上述重點內(nèi)容控制及嚴格 按照施工交底執(zhí)行，使始發(fā)獲得了成功。盾構機姿態(tài)（50mm）和成型管片姿態(tài) （100mm）均在規(guī)范要求范圍內(nèi)，始發(fā)段60環(huán)范圍內(nèi)少數(shù)管片錯臺量在8mm 左右，未出現(xiàn)較大錯臺。通過同步注漿和二