急曲線盾構施工控制技術要點

何振華 申紀鵬 韓月旺

0 引言

盾構隧道施工技術可在極少干擾城市正常功能的前提下，安全快速的完成隧道施工，已成為城市修建地鐵隧道及穿越江河隧道的首選施工方法。然而，由于地鐵車站設置、穿越上覆建筑物等條件制約，隧道的設計軸線在空間上不可能全部為直線或緩和曲線。一般的城市地鐵線路正線最小曲線半徑在300 m～600 m之間，困難條件下可設置為250 m～300 m之間的急曲線，目前已有曲線半徑小于250 m的施工工況，如廣州地鐵5號動物園站—楊箕站的曲線半徑已達到200 m。因此，研究盾構在急曲線半徑條件下的盾構施工控制技術，對于提高盾構隧道施工質量，降低施工風險具有重要意義。

1 盾構施工控制技術

1.1 盾構設備選型

盾構機作為最重要的隧道開挖設備，其設備選型及構造決定了能否順利完成隧道開挖使命。由于盾構機自身為直線形剛體，在施工過程中并不能與隧道設計曲線完全擬合。在曲線段盾構掘進只能為一段連續的折線，呈現“蛇形”線路。盾構機體越長，與設計曲線擬合的難度就越大，隧道軸線越難控制。因此，當盾構機體長度不能滿足急曲線施工的情況下，選用具有鉸接裝置的盾構機。鉸接裝置通過液壓油缸行程的不同，可以使盾尾和中前盾中心線之間形成一定夾角，從而讓盾構機預先推出弧線姿態，與隧道設計曲線趨于吻合，為管片提供良好的拼裝空間。

1.2 井下水平運輸設備

井下水平運輸設備主要由電瓶車、渣土車、漿液車和管片車組成，并在鋪設的軌道上行駛。隧道曲線半徑越小，水平運輸設備的穿行能力就越小。因此選用的單節車體長度和寬度應較小，必要時可使用轉向裝置等措施增加其通行能力。

1.3 管片選型及姿態控制

盾構隧道最終是由管片分塊成環，繼而由環間縱向連接成襯砌。因此在曲線段需選用楔形管片。利用管片楔形量和管片拼裝的旋轉角度進行隧道轉彎和糾偏。隧道曲線半徑越小，需要的管片楔形量越大。然而楔形量過大，則襯砌拼裝后隧道容易產生滲漏水現象。因此，為保證隧道拼裝質量，應合理選擇管片的楔形量，應減小管片寬度，使成型隧道軸線與設計線形盡量保持吻合。

盾構在急曲線段掘進過程中，曲線外側盾尾間隙很小，曲線內側盾尾間隙很大，造成曲線外側管片拼裝困難和隧道軸線難以控制。在盾構掘進過程中，應采取措施使左右兩側盾尾間隙接近正常值，讓管片保持較好的姿態，使管片姿態和盾構機狀態保持一致。若通用環形式管片，必要時可采用幾環通縫拼裝來替代錯縫拼裝，來彌補錯縫拼裝后楔形量不足的問題，從而實現管片襯砌順利轉彎。

1.4 施工測量

在盾構施工中，測量是決定盾構姿態控制的重要環節。在盾構進入緩和曲線前、在緩和曲線上、進入急曲線段前必須分別進行隧道貫通聯系測量。即通過地面控制網復測、豎井聯系測量和隧道內導線測量對盾構的掘進方向進行復核，為盾構在曲線段施工時姿態控制提供依據。同時，在急曲線上要加強測量頻率，了解盾構掘進狀態，調整掘進參數，使盾構在急曲線段施工完全處于受控狀態。由于急曲線段的曲線半徑小，隧道內可視距離變短，導致盾構VMT導向系統測量移站頻率增加，且測量站安裝在尚未穩定的管片上，測量數據極易變動，更應增加測量頻率，及時調整VM T系統數據。

1.5 設備檢修

盾構在進入曲線段前，尤其是急曲線段前，應對設備進行全面檢測及維修，特別是刀具磨損、損壞檢修，從而為曲線段一次性通過創造條件。同時在曲線段掘進過程中，密切注意掘進速度、刀盤扭矩等參數變化，確保各種刀具特別是邊緣仿形刀的正常使用。

1.6 曲線擬合

由于盾構在曲線段施工時，隧道軸線與管片端面法線會形成一定角度，使推進油缸頂力產生側向分力。曲線半徑越小，側向分力越大。受側向分力影響，當管片環脫出盾尾后，會向曲線外側產生一定的偏移。因此，為使隧道軸線最終偏差處于要求范圍內，需在曲線段掘進時向曲線內側預留一定偏移量，即盾構機應沿設計軸線的割線方向掘進。預偏量的確定需要依據理論計算和施工經驗綜合分析得出。

1.7 掘進參數控制

在急曲線段施工時，應降低盾構機掘進速度，減小總推力。盾構掘進速度越快，盾構機總推力就會越大，管片所受側向分力就越大。同時，為減小側向分力對管片姿態的影響，可分次間隔地完成一環掘進。即每掘進一定距離，停止掘進并分批收回全部千斤頂，再讓千斤頂重新頂壓管片，然后繼續掘進，多次循環完成一環的掘進。從而改變了千斤頂頂靴和管片接觸位置，調整千斤頂推力方向，減小千斤頂推力與管片端面法線的夾角，從而減小了千斤頂側向分力。

1.8 壁后注漿控制

在急曲線段進行盾構施工，宜采取不平衡同步注漿與雙液注漿相結合的方案，控制成型隧道軸線，減少管片錯臺和破損現象。即關閉軸線內側壁后注漿泵，利用外側注漿孔進行注漿，甚至二次注漿，防止管片環在側向分力作用下向外偏移。

2 結語

盾構在急曲線段施工時，最為重要的是如何處理盾構姿態、管片姿態、隧道軸線之間的關系。因此，在盾構設備和管片選型確定后，盾構施工過程中的控制方案決定了成型隧道的質量。通過系統闡述急曲線段的施工控制措施，以期更好地為指導盾構施工提供借鑒。

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