越江盾構曲線始發(fā)技術探討

1、越江盾構曲線始發(fā)技術探討摘要：為解決盾構在小半徑曲線始發(fā)的技術難點，以泥水盾構350 m小半徑曲線始發(fā)施工為研究背景，對盾構在小半徑曲線內始發(fā)施工進行了系統(tǒng)研究，并提出了相應的控制措施、取得了較好的效果，為今后類似工程的施工提供了借鑒。關鍵詞：地鐵隧道；泥水平衡盾構；小半徑曲線；割線始發(fā)；0引言隨著城市建設的高速發(fā)展，地下軌道交通建設近幾年飛速發(fā)展，但由于受規(guī) 劃及建（構）筑物的制約，使得城市軌道交通的線形設計越來越復雜。不可避免 的出現(xiàn)小半徑曲線線路】1-3。小半徑曲線盾構法施工與常規(guī)盾構法施工相比 存在一定的特殊性，施工難度大、風險大。國內對于小半徑曲線始發(fā)的技術研究比較少，合理地確定小半

2、徑曲線隧道始 發(fā)技術是盾構施工的關鍵技術之一。本文介紹了武漢市軌道交通3號線七標工程 泥水平衡盾構在350m小曲線段始發(fā)的一些做法，以供類似工程參考。1工程概況武漢市軌道交通三號線七標土建工程盾構區(qū)間隧道北起宗關站，南至漢陽江 灘分界里程，2臺盾構由宗關站始發(fā)，區(qū)間隧道右線871.3m，左線884.3m到達 分界里程，盾構空推段左線長291米，右線長280米。線路最大埋深37.2m，隧 道最小轉彎半徑350m，最大坡度28%o。1.1工程地質盾構始發(fā)端頭自上而下地層分別為：（1-1）雜填土、（3-2 ）粉質粘土、（4-1）粉細砂。隧道開挖面位于（4-1）粉細砂，地質剖面見圖1。圖1始發(fā)端地質剖

3、面圖Fig.1 Geological Profile of The Beginning1.2水文地質區(qū)間沿線地下水主要有上層滯水、潛水、承壓水等，承壓水主要賦存于全新 統(tǒng)粉質粘土、粉土、粉砂互層、砂土及砂卵石層中，含水層厚度為2040m，承 壓水測壓水位絕對標高為15.020.0m （黃海高程）。1.3盾構機概況采用兩臺泥水平衡盾構機進行區(qū)間隧道掘進施工。盾構主機長10.5m，后配套分為5節(jié)拖車，總長60m；盾構最大開挖直徑 6.52m。盾構機具備被動鉸接，最小轉彎半徑250m。盾構機刀盤為面板型鋼結構，開口率32%，刀具配置為切刀結合重型撕裂刀 的形式（重型撕裂刀與滾刀可互換），配備雙刃滾刀

4、18把，邊刮刀16把，齒刀 90把。既可適應砂質土和粘土開挖，也適應硬巖切削。2、盾構小半徑曲線始發(fā)方案設計盾構區(qū)間始發(fā)段進洞即進入緩和曲線，經過13m掘進后進入350m轉彎半徑 圓曲線，此線路掘進極易出現(xiàn)盾構推進偏線、管片間隙銳減、管片嚴重破損、管 片與盾尾卡死等問題。盾構掘進過程中，首先盾構機推進要擬合設計線路，其次 保證成型隧道線路與盾構機推進線路擬合，為保證三者線路統(tǒng)一，采用割線始發(fā) 方法。2.1割線始發(fā)研究盾構始發(fā)線路處在緩和曲線及R350m圓曲線上，為了簡化施工難度，降低盾 構在加固體內曲線糾偏導致的超挖、漏水、卡死等風險，采用割線始發(fā)。在設計 軸線半徑350m的曲線上取一條割線，

5、讓割線與曲線的最大偏差距離控制在50m m （設計允許偏差）以內，使盾構沿著這條割線直線向前掘進，當盾尾進入洞門 密封后，再讓盾構沿著設計好的割線與圓曲線過渡的緩和曲線逐漸向設計軸線靠 攏，最終達到掘進線路與設計軸線擬合。（1）盾構始發(fā)基座安裝時與設計軸線預先形成0.4的夾角，并使刀盤中心向 左偏離洞門設計中心20mm，刀盤直徑為6520mm，洞門圈直徑6700mm，通過 調整洞門簾布橡膠和壓板的位置以避免刀盤擠破簾布橡膠板。（如圖2所示）。圖2盾構割線始發(fā)示意Fig.2 Secant launching of shield machine（2）當盾尾全部進入洞門密封后（刀盤和前盾已出加固區(qū)）

6、，調整盾構機姿 態(tài)，從割線到圓曲線之間設計一條緩和曲線，緩和曲線長度根據(jù)刀盤中心偏離設 計軸線的距離大小暫定16m。同時采用帶有楔形量的通用環(huán)管片或轉彎環(huán)調整隧 道線型。刀盤中心經過34環(huán)的糾偏慢慢縮小盾構與設計軸線偏離距離，最終 達到與設計軸線擬合（如圖3所示）。圖3由割線到圓曲線掘進示意Fig.3 Tunneling from secant tocurve2.2割線始發(fā)風險分析（1）盾構基座變形風險。在盾構進洞門過程中，若盾構基座發(fā)生變形，易使 盾構掘進軸線偏離設計軸線，并導致盾構基座與工作井、盾構、隧道軸線的關系 發(fā)生變化。（2）鑿除鋼筋混凝土洞門涌土、塌陷風險。（3）密封失效風險。進洞

7、時，若盾構機姿態(tài)出現(xiàn)問題，易造成洞門密封裝置 失效、泥水倉保壓失敗，嚴重時導致洞口外側地面大幅度沉降。（4）盾構反力架位移及變形。在盾構進洞過程中，盾構后靠支撐體系在受盾 構推進頂力的作用后，支撐體系發(fā)生局部的變形和位移。（5）盾構進洞時姿態(tài)突變。盾構進洞后，最后幾環(huán)管片往往與前幾環(huán)管片存 在明顯的錯臺，影響隧道有效凈空。3、始發(fā)準備始發(fā)前準備工作主要包括：端頭加固；洞門施工；泥漿處理系統(tǒng)場地布置與 安裝調試；盾構施工場地布置；盾構機托架及反力架安裝；盾構機下井、組裝、 調試等。3.1始發(fā)端頭土體加固盾構始發(fā)端頭土體為軟弱含水的土層，若不提前加固處理極易塌方或流失， 造成地面塌陷。（1）降水；

8、為疏干砂性土中的地下水，提高土層密實度，在盾構始發(fā)前利用 端頭管井降水將承壓水位降至開挖面以下。（2）地基加固；端頭土體加固采用800500m三重管法高壓旋噴樁加固， 加固范圍為隧道結構外左右3m，隧道頂?shù)装迳?m，下3m，線性方向12m。保 證加固后的土體有良好均勻性、自立性、止水性，其無側限抗壓強度、滲透系數(shù) 達到規(guī)范要求。3.2始發(fā)架定位及安裝設計制作長為9.26m的始發(fā)托架。在后配套吊入始發(fā)井后，依據(jù)隧道洞門中 心位置和設計軸線坡度及平面方向定出盾構始發(fā)姿態(tài)空間位置，然后推算出始發(fā) 架的空間位置，利用墊薄鋼板調節(jié)始發(fā)架的高程，達到始發(fā)要求的精確位置。為了防止盾構機進洞發(fā)生栽頭，始發(fā)架安

9、裝高程抬高2-3cm，并在洞門鋼環(huán) 底部焊接2個防栽導軌。3.4反力架定位安裝及加固（1）根據(jù)盾構主機長度、負環(huán)管片寬度以及洞門結構寬度等綜合確定反力架 位置。滿足設計要求。反力架安裝要求。反力架左右偏差控制在10mm之內，高程偏差控制在 5mm之內，始發(fā)臺水平軸線的垂直方向與反力架的夾角V2%。，盾構姿態(tài)與設 計軸線豎直趨勢偏差2% （且盾尾只能向上偏），水平趨勢偏差2%。如圖5 所示。圖5盾構始發(fā)反力架示意圖Fig.5A schematic diagram of the initial reaction frame of shield.3.5洞門密封為了防止盾構始發(fā)掘進時泥土、地下水及循環(huán)

10、泥漿從盾殼和洞門間隙處流失， 以及盾尾通過洞門后背襯注漿漿液的流失，在盾構始發(fā)時安裝洞門臨時密封裝置， 臨時密封裝置由一道橡膠密封與兩道鋼絲刷組成，兩道鋼絲刷之間預留加注盾尾 油脂的預埋管。洞門臨時密封裝置如圖6所示。圖6洞門臨時密封裝置Fig.6 The temporary containment device3.6負環(huán)管片的拼裝盾構機始發(fā)時在反力架和車站端墻之間安裝8環(huán)負環(huán)管片（全部為閉口環(huán)）， 每環(huán)臨時管片分塊數(shù)與標準管片相同，依次安放在托架上。負環(huán)管片拼裝時用整 圓器和控制盾尾間隙控制管片拼裝真圓度。在內、外側采取鋼絲拉接和鋼管支撐 等加固措施，保證在傳遞推力過程中管片不旋轉浮動。3.

11、7、始發(fā)前洞門鑿除為避免洞門鑿除對始發(fā)井端頭土體造成擾動，圍護結構鋼筋混凝土墻采取人 工鑿除的方式。（1）水位降至隧道底板以下1m后，以手持風鎬方式從上至下分層鑿除洞門 范圍內的連續(xù)墻外部混凝土和外側鋼筋，保留最內層鋼筋。（2）盾構前推前，割除圍護結構內層鋼筋，刀盤抵攏掌子面。盾構始發(fā)洞門鑿除示意圖見圖7。圖7始發(fā)洞門鑿除示意圖Fig.7 The original door chisel is schematic.4、始發(fā)掘進4.1始發(fā)掘進參數(shù)的確定盾構推進過程中，根據(jù)地質、覆土厚度、地面建筑情況并結合地表隆陷監(jiān)測 結果調整泥水倉壓力，推進速度保持5-10mm/min，控制糾偏量，減少對土體的

12、 擾動，為管片拼裝創(chuàng)造良好條件。同步注漿量根據(jù)推進速度、出碴量和地表監(jiān)測 數(shù)據(jù)及時調整。將施工軸線與設計軸線的偏差及地層變形控制在允許的范圍內。4.2泥水倉壓力值選定當盾構刀盤完全抵攏掌子面后進行循環(huán)建壓，此時因盾體沒有進入洞門尾刷， 洞門尾刷不能起到密封效果，氣倉壓力設定為0.3bar，氣墊倉液位保持在面板中 部，保證泥漿能正常循環(huán)即可，當兩道洞門尾刷完全貼緊盾體時，關閉泥水倉與 氣墊倉聯(lián)通閥，逐步提高氣墊倉壓力，同時在洞門鋼環(huán)預留注漿孔處注入盾尾油 脂，防止泥漿外溢，直至氣墊倉壓力達到1.2bar，停止加壓，進行正常循環(huán)掘進。始發(fā)開始掘進兩環(huán)后逐步加壓，土倉壓力初步設定為1.2bar。4.

13、3掘進速度控制（1）為控制推進軸線、保護刀盤，推進速度不宜過快，盾構緩慢穩(wěn)步前進， 推進速度控制在10mm/min以下。（2）盾構啟動時，盾構操控手須檢查千斤頂是否緊貼管片，開始推進和結束 推進之前速度不宜過快。每環(huán)掘進開始時逐步提高掘進速度，防止啟動速度過大。（3）掘進過程中，掘進速度應盡量保持恒定，減少波動，以保證切口水壓穩(wěn) 定和送、排泥管的暢通。4.4盾構掘進預偏量設置盾構掘進過程時，管片在承受側向壓力后，將向弧線外側偏移。為了確保隧 道軸線最終偏差控制在規(guī)范允許的范圍內，盾構掘進時給隧道預留一定的偏移量。 設置預偏量為2040mm。如圖8所示，施工中通過對小半徑段隧道偏移監(jiān)測， 適當調

14、整預偏量。圖8小半徑曲線段盾構推進軸線預偏示意圖Fig.8 Schematic diagram of the prepartial axis of small radius curved segment shield4.5管片選型選擇適當楔形量的管片。盾構在小半徑曲線段掘進時，做好楔形管片安裝點 位的選擇，逐步消除推進油缸的行程差，以使盾構每環(huán)開始掘進時每組推進油缸 行程差盡可能趨于最小，保證盾構掘進方向的準確。施工中采用1.5m寬，楔形量為40mm的通用型管片，在350m轉彎半徑掘進 中，每環(huán)行程差為26.6mm。盾構在圓曲線推進過程中，每環(huán)盾構推進左右油缸 偏差小于26.6mm時盾構才能擬

15、合設計線路要求。4.6同步注漿（1）同步注漿采取注漿壓力和注漿量雙控原則，注漿速度與盾構掘進速度保 持同步。同步注漿量一般控制在建筑空隙理論填充值的160%220%，注漿壓 力控制在0.20.3Mpa。考慮到曲線段的注漿量比直線段要大，曲線段掘進時， 同步注漿量控制在建筑間隙理論填充值的300%，注漿壓力控制在0.250.35 Mpa，注漿量控制在79m，/環(huán)。（2）補充注漿。為了保證管片與土體間間隙得到有效填充，避免管片產生錯 臺，在管片脫離盾尾7-8環(huán)位置通過管片注漿孔向管片外四周進行二次補漿。補 注漿液采用水泥漿液或雙液漿。5結論與建議在宗關站-王家灣站盾構區(qū)間左右線隧道小半徑曲線段始發(fā)掘進施工中，解決 了砂層中小半徑曲線隧道盾構施工軸線難以控制、管片容易錯臺、破損、地表易 沉降過大等問題，隧道軸線控制在-5050mm，管片錯臺控制在10mm以內， 地表沉降控制在-2010mm，各項施工指標達到工程標準。建議:(1)對于小半徑曲線始發(fā)，采用割線始發(fā)的方式，有利于隧道線性控制及施 工。須重視始發(fā)臺和反力架的安裝加固精度及始發(fā)掘進時的監(jiān)測。在小半徑曲線施工時，提前計算好轉彎預偏量，做好管片選型，控制好 推力和掘進速度