大坡度、小半径曲线盾构隧道施工技术研究

大坡度、小半径曲线盾构隧道施工技术研究

王国志

王国志

中铁航空港建设集团重庆四分公司重庆渝北401120

摘要：在城市中，地铁的地下空间综合利用和建设，受既有建（构）筑物和有限空间的限制，出现了大量复杂线型（如小半径、大纵坡）的隧道工程，盾构隧道施工从坡度方面、曲线半径方面也逐渐向大坡度、小曲线及极小曲线发展。目前大坡度、小半径曲线隧道施工已有一定的经验研究，但相对应的施工措施还需进一步加以研究，以探寻更好的方法。

关键词：小半径，大坡度，盾构隧道，施工技术

1工程概况

西安地铁四号线TJSG-3标神舟大道站～航创路站区间，起讫里程为Z(Y)CK1+725.100～Z(Y)CK3+229.275，左线全长1520.871m（长链16.696m），右线全长1496.175m（短链8m），共设置两处联络通道、一处联络通道兼废水泵房。

区间由航创路站沿神舟四路向南布设，后以平面曲线向左转至航天南路，沿航天南路向东到达神舟大道站。区间从航创路站从航创路站开始分别以-2‰、-4.574‰、+28‰的纵坡到达神舟大道站；曲线半径为450米；隧道拱顶埋深约10～20m。

2大坡度、小半径对盾构施工的影响

2.1坡度对盾构施工的影响

1）对盾构机上浮的影响

当盾构隧道坡度较大时，无论是盾构机偏离轴线以下还是线路曲线的变化，都要通过调整各组油缸推力来达到纠偏的目的，盾构机底部油缸的推力的增大将在设计轴线法线上产生一个向上的分力，这个分力对管片的上浮产生了很大的影响，特别是在同步注浆液没有完全提供约束力的情况下。

2）对运输的影响

区间隧道纵向坡度普遍较大的情况下，且为重载下坡，就需要考虑盾构构造时，需把盾构机内的所有设备的稳度和安全措施放在首位，像电瓶车在停车以后，要采取各防滑、防溜措施，保证在施工全过程中不出现任何运输上的安全事故。

2.2小半径曲线对盾构施工的影响

1）对管片拼装质量的影响

在小曲线段盾构掘进千斤顶推力将会产生一个向外的分力，由于管片环向截面受力不均匀，当某点的集中荷载超过了设计极限后，必然会导致管片的相对位移，从而引起错台或破损的发生。

2）对盾构姿态的影响

在曲线施工中，盾构机掘进时盾壳运动轨迹与设计轴线不能完全重合，盾构机在掘进过程中总是围绕隧道设计轴线作蛇形性运动，盾构机始终处于纠偏过程中，故纠偏控制不当会对隧道线型及高程姿态造成影响。

3.施工控制措施

通过对大坡度、小半径的盾构隧道的分析，总结施工存在的问题及影响，为了消除上述对施工过程的不利影响因素，须采用有效的施工控制技术来确保盾构隧道的施工质量。

3.1适当的超挖量

盾构刀盘上需安装有一定超挖范围的超挖刀，在小半径曲线施工时，进行盾构外周（大于盾构机外径）的超挖，超挖范围可在切削刀盘旋转角度范围0～359°之间设定，超挖量根椐下限设定值及上限设定值的选择来设定。

3.2适当的铰接角度

盾构机增加铰接部分，使盾构切口至支撑环，支撑环至盾尾都形成了活动体，增加了盾构机的灵敏度，推进时可以在减少超挖量的同时产生推进分力，确保曲线施工的推进轴线控制，管片外弧碎裂和管片渗水情况得以大大改善。

3.3加强螺栓复紧

每环推进结束后，须拧紧当前环管片的连接螺栓，并在下一环推进时进行复紧，克服作用于管片上的推力所产生的垂直分力，减少造成管环隧道的上浮。每掘进完成3环，对10环以内的管片连接螺栓复拧一次。

3.4盾构推进轴线的预偏

盾构掘进过程中，管片在承受侧向压力将向弧线外侧偏移。为了使隧道轴线最终偏差控制在规范要求的范围内，盾构掘进时考虑给隧道预留一定的偏移量。根据理论计算和相关施工实践经验综合分析，同时考虑掘进区域所处的地层情况，在小半径曲线隧道掘进过程中设置预偏量20～40mm。施工过程中，通过对小半径段隧道偏移监测，适当调整预偏量。

3.5盾构测量与姿态控制

在小半径、大坡度曲线推进时，应适当增加隧道测量的频率，通过多次测量来确保盾构测量数据的准确性。同时，可以通过测量数据来反馈盾构机的推进和纠偏。由于隧道转弯半径小，坡度大，隧道内的通视条件相对较差，因此，必须多次设置新的测量点和后视点。在设置新的测量点后，应严格加以复测，确保测量点的准确性，防止误测。同时，由于盾构机转弯和侧向分力较大，可能造成成环隧道的水平位移，所以必须定期复测后视点，保证其准确性。

3.6土体损失及二次注浆

由于设计轴线为小半径的曲线，而盾构主机是一条直线，故在实际推进过程中，掘进轴线必然为一段段折线相连起来组成的曲线，且曲线外侧出土量又大，这样必然造成曲线外侧土体的损失，并存在施工空隙。因此，在曲线段推进过程中进行同步注浆时必须加强对曲线外侧的压浆量，以填补施工空隙。每拼装2环即对后面2环管片进行复合早凝浆液二次压注，以加固隧道外侧土体，保证盾构顺利沿设计轴线推进。

3.7严格控制盾构纠偏量

盾构的曲线推进实际上是处于曲线的切线上，推进的关键是确保对盾构前点的控制，由于曲线推进盾构环环都要纠偏，须做到勤测勤纠，而每次的纠偏量应尽量小，确保楔形块的环面始终处于曲线半径的径向竖直面内。除了采用楔型管片，为控制管片的位移量，管片纠偏采用楔形低压棉胶或软木楔子，从而达到有效地控制轴线的地层变形的目的，盾构推进的纠偏量控制在2～3mm/m。针对每环的纠偏量，通过计算得出盾构机左右千斤顶的行程差，利用盾构机千斤顶的行程差来控制其纠偏量。同时，分析管片的选型，针对不同的管片需有不同的千斤顶行程差。

4结束语

本文对大坡度、小半径曲线隧道对盾构施工产生的影响进行了一定的分析，并针对这些影响提出了一些相应的施工控制技术及一些难题的解决方法，为以后类似施工积累了一定的经验。

参考文献：

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[2]郭美贤;;地铁盾构隧道工程质量问题分析及其对策浅析[J];广州建筑;2007年06期.

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[5]凌宇峰,李章林;小曲线半径盾构轴线控制技术[J];上海建设科技;2003年01期.

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