盾構(gòu)機過小半徑圓曲線隧道施工分析及控制要點

來源：職稱成果咨詢網(wǎng)作者：qifan時間：2013-06-14 11:00

　　提要：運用盾構(gòu)機挖掘城市軌道交通隧道已日趨成熟，在繁華的老城區(qū)受地面建(構(gòu))筑物等其他因素的影響，經(jīng)常出現(xiàn)小半徑圓曲線隧道路線。以廣州地鐵6號線海珠廣場～東湖吊出井盾構(gòu)區(qū)間小半徑轉(zhuǎn)彎為例，分析和探討盾構(gòu)掘進過小半徑曲線段的施工要點和措施，以便對今后盾構(gòu)施工進行借鑒和參考。

　　關(guān) 鍵詞：盾構(gòu)施工,小半徑曲線,管片選型,掘進參數(shù),注漿控制

　　1、引言

　　盾構(gòu)施工有一個很重要的技術(shù)要求就是控制盾構(gòu)掘進姿態(tài)符合符合設(shè)計線路，而小半徑轉(zhuǎn)彎會對盾構(gòu)掘進施工帶來諸多的難題，下面分析一下小半徑轉(zhuǎn)彎的難點和解決措施。本文中所指的小半徑曲線隧道是指300m以下圓曲線半徑的隧道。

　　2、工程概況

　　此土建工程共由【海珠廣場～北京南站】盾構(gòu)區(qū)間、【北京南站～越秀南站】盾構(gòu)區(qū)間、【越秀南站～東湖】盾構(gòu)區(qū)間共三個區(qū)間組成。里程范圍為：YDK10+987.202～YDK12+911.239(ZDK10+937.689～ZDK12+911.239)。

　　整個工程左右線共包含12段曲線段隧道，其中圓曲線半徑R≤300m的共9段，最小半徑R=250m，整個工程所有圓曲線段隧道埋深均在15.8～24.6m之間，且在裂隙較為發(fā)育的強、中風(fēng)化巖地層穿過，地下水量更大。

　　3、重、難點分析

　　(1)小半徑圓曲線隧道掘進，盾構(gòu)機姿態(tài)的控制難度大。由于盾構(gòu)機本身為直線形剛體，圓曲線段掘進只能形成一段段連續(xù)的折線來擬合圓曲線。為了使盾構(gòu)隧道軸線與設(shè)計軸線相吻合，掘進過程中需要進行連續(xù)糾偏。圓曲線半徑越小，擬合困難就越大，掘進單位距離的糾偏量也越大，糾偏精確度越低，隧道軸線因此較難控制。

　　(2)由于推進千斤頂推力不等，管片出現(xiàn)破損、開裂、錯臺等質(zhì)量問題的幾率增大，同時管片姿態(tài)容易水平超限。在掘進時，需要使用不等的推進千斤頂分區(qū)油壓來實現(xiàn)盾構(gòu)機沿設(shè)計軸線掘進。盾構(gòu)推進千斤頂各分區(qū)的壓力差導(dǎo)致管片受力不均，管片會往推力大的一側(cè)(圓曲線外側(cè))偏移，千斤頂對盾構(gòu)管片會產(chǎn)生往圓曲線外側(cè)的反作用力，使管片承受三向(縱向、橫向和環(huán)向)不均勻作用力，出現(xiàn)破損、開裂、錯臺等質(zhì)量問題。

　　(3)同步注漿效果難以保證，隧道滲水，管片上浮超限，管片破損、開裂、錯臺等問題突出。在裂隙發(fā)育的<8>、<9>地層中掘進，基巖裂隙水較豐富，同步注漿液容易滲進土倉或刀盤，漏漿較嚴重，管片背后的空隙充填不密實。首先是防水效果大打折扣;其次，砂漿提供不了足夠的約束力，管片在流體上浮力的作用下通環(huán)上浮;再者，推進千斤頂推力不相等，管片姿態(tài)、質(zhì)量等問題更難控制。

　　(4)測量工作任務(wù)艱巨。由于隧道轉(zhuǎn)彎半徑小，圓曲線段測量通視范圍縮小，使得自動導(dǎo)向系統(tǒng)移站頻率加快，次數(shù)增加。硬巖中掘進同步注漿質(zhì)量難以保證，二次補注漿前管片背后空隙率較高，盾構(gòu)機連續(xù)糾偏，管片受震動容易發(fā)生移位，且在縱向不均力作用下管片會在一定推進距離內(nèi)產(chǎn)生較大水平偏移等等，都將導(dǎo)致自動測量系統(tǒng)測站坐標發(fā)生變化而出現(xiàn)測量偏差，誤導(dǎo)掘進。

　　4、解決方案及措施

　　1)、盾構(gòu)掘進參數(shù)

　　為了使盾構(gòu)隧道軸線與設(shè)計軸線相吻合，圓曲線段隧道掘進將必然通過千斤頂油缸壓力差來實現(xiàn)，因此有必要對相關(guān)掘進參數(shù)進行控制以保證掘進順利和隧道質(zhì)量。根據(jù)以往施工經(jīng)驗并結(jié)合本工程特點，參數(shù)控制如下：

　　Ø 倉體土壓力：采用常壓掘進;

　　Ø 推進千斤頂總推力：根據(jù)不同地層情況，最大總推力控制在500～600t，在推進過程中要注意加注發(fā)泡劑以減少盾構(gòu)機總推力;

　　Ø 推進千斤頂油缸壓力差：盡量確保盾構(gòu)機姿態(tài)平順，避免大的蛇行，左右千斤頂區(qū)壓差值限制在0～2Mpa，上下千斤頂區(qū)壓差值限制在0～5Mpa;

　　Ø 推進千斤頂行程差：盡量減少千斤頂?shù)男谐滩?，最大行程差限制?0mm以內(nèi);

　　Ø 刀盤轉(zhuǎn)速：采用1.5rpm低轉(zhuǎn)速以減少管片震動;

　　Ø 刀盤扭矩：刀盤最大扭矩控制在4000KN·m;掘進過程中，要有針對性地加注發(fā)泡劑減少刀盤扭矩，消除盾構(gòu)旋轉(zhuǎn)的外力因素;

　　Ø 推進速度：不大于20mm/min;

　　Ø 姿態(tài)控制：為了抵消管片的后續(xù)位移，控制管片的最終偏差量，盾構(gòu)掘進時預(yù)加一定的相反位移，且逐漸預(yù)加避免幅度過大。

　　Ø 水平姿態(tài)控制：

　　a、從曲線段前20環(huán)開始，至進入緩和曲線前，將盾構(gòu)機水平姿態(tài)逐漸調(diào)至+30mm;

　　b、在前緩和曲線段，至進入圓曲線前，將盾構(gòu)機水平姿態(tài)逐漸調(diào)至+50mm;

　　c、在圓曲線段，至進入后緩和曲線前，盾構(gòu)機水平姿態(tài)保持+50mm掘進;

　　d、過了圓曲線，在后緩和曲線段，盾構(gòu)機水平姿態(tài)開始由+50mm逐漸回調(diào)至+30mm;

　　e、過了后緩和曲線，盾構(gòu)機進入正常直線段掘進，盾構(gòu)機姿態(tài)要逐漸調(diào)回正常-20mm～+20mm范圍。

　　Ø 豎直姿態(tài)控制：

　　壓低盾構(gòu)機姿態(tài)，豎直偏差控制在-50mm～-80mm.

　　2) 、管片選型及拼裝

　　² 1.2m環(huán)寬管片的選用

　　轉(zhuǎn)彎半徑R≤300m的平面圓曲線隧道，圓曲線段隧道全部選用1.2m環(huán)寬的管片，在圓曲線兩側(cè)的緩和曲線段各40米范圍內(nèi)選用1.2m環(huán)寬的管片，其余選用1.5m環(huán)寬管片。

　　² 1.2m環(huán)寬管片拼裝K塊點位控制

　　為使盾構(gòu)隧道軸線盡可能地擬合成小轉(zhuǎn)彎半徑圓曲線，轉(zhuǎn)彎環(huán)管片K塊拼裝點位應(yīng)靈活選擇。若圓曲線外側(cè)盾尾間隙小或盾尾間隙左右較平均，可選擇轉(zhuǎn)彎幅度較大的點位，若轉(zhuǎn)彎方向內(nèi)側(cè)盾尾間隙小，則可選擇轉(zhuǎn)彎幅度較小的點位。特別需要注意的是，1.2m環(huán)寬的管片只有右轉(zhuǎn)環(huán)，在進行拼裝點位選擇時需充分考慮到這一點。

　　3) 、注漿控制

　　縮短同步注漿液的初凝時間，以及合理選擇二次補充注漿時壓注的孔位和順序?qū)Τ尚退淼蕾|(zhì)量意義重大。

　　² 盾尾同步注漿

　　a、盾尾同步注漿暫定采用以下配合比：

　　注：以上數(shù)據(jù)為每槽0.75m3的用量，單位為公斤,實際稱量時精確到1kg/m3

　　b、注漿量控制：盾尾同步注漿初步定為4槽(約3m3)/環(huán)，以漏漿或達到注漿壓力任一者作為控制條件。

　　² 二次補充注漿

　　a、注漿終孔壓力：0.3Mpa。

　　b、雙液注漿配合比：水泥漿液水灰比為0.8：1(質(zhì)量比);水玻璃溶液配比為水玻璃：水=1：3或1：1(體積比)根據(jù)施工實際調(diào)整;水泥漿液：水玻璃溶液=1：1(體積比)。

　　c、雙液注漿前，在盾尾注漿管注入稠膨潤土液，膨潤土液配合比：膨潤土：水=250kg：250kg，共注2槽;

　　4) 、測量工作要求

　　對測量工作的要求將更精確和細致，必須做到勤復(fù)測。