盾構小半徑轉彎的應對措施

翁培標/WENG Pei-biao（廣東華隧建設股份有限公司，廣東 廣州 510620）

Shield Equipment& Project 盾構工程

盾構小半徑轉彎的應對措施

翁培標/WENG Pei-biao
（廣東華隧建設股份有限公司，廣東 廣州 510620）

[摘 要]在盾構法的施工過程中，小半徑轉彎屬于技術難題之一，本文以東莞地鐵R2線茶山站-榴花公園站為例，對盾構小半徑轉彎技術進行簡單的分析，并論述其相關的應對措施，希望能夠起到一定的借鑒參考作用。

[關鍵詞]盾構施工；小半徑轉彎；分段

1 案例分析

東莞地鐵R2線茶山站－榴花公園站區間線路大體呈東－西走向。本工程屬于區間出入段隧道的施工，其包括出段線和入段線的施工。出入段線盾構段起訖里程范圍：出段線長548.049m；入段線長738.609m，出段線盾構段最小曲線半徑R＝250m，入段線最小曲線半徑R＝239m。出段線盾構段線路縱斷面為單面坡，最大坡度為34.52‰，線路埋深10.86～25.46m，隧頂覆土6.0～19.6m。入段線盾構段線路縱斷面為單面坡，最大坡度34.52‰，線路埋深10.86～16.96m，隧頂覆土6.0～12.1m。出入段線都為大坡度，小曲線半徑掘進，采用三菱泥水復合型盾構并應用各種有效措施，順利完成了過重疊隧道的砂土軟弱地層中的掘進。

2 盾構小半徑轉彎的應對措施

2.1 鉸接裝置與千斤頂有效配合

根據盾構參數，開啟盾構鉸接裝置，配合開啟仿形刀進行超挖，并依據設計曲線半徑及盾構直徑計算鉸接角度，開啟盾構鉸接裝置，使得盾構前體與后體的張角與曲線吻合，具體的角度變化見表1，預先推出弧形趨勢，為管片提供良好的拼裝空間。隨著盾構進入緩和曲線，逐步減小水平張角，直至盾構到達茶山站。

表1 出入線段急曲線段鉸接使用參數值

盾構掘進時要注意上下兩端或左右兩側的千斤頂行程差不能太大，一般控制在30mm左右，在實際操作中，必須確保每環的行程差變化量滿足本環糾偏要求。

在小半徑盾構施工過程中盾構姿態控制的原則是：調整鉸接為主，千斤頂的選用為輔。開啟盾構鉸接裝置，配合開啟仿形刀進行超挖，并依據設計曲線半徑及盾構直徑計算鉸接角度，開啟盾構鉸接裝置，使得盾構前體與后體的張角與曲線吻合，在圓曲線內鉸接計算公式為

式中：θ—圓曲線內鉸接應開角度；

L1—盾構前體長度；

L2—盾構后體長度；

R—半徑。

2.2 仿形刀的使用

鉸接裝置作為一種輔助手段，仿形刀的使用效果將直接影響盾構鉸接裝置的作用，超挖量過大將嚴重地擾動土體，過小將不能充分發揮鉸接裝置的作用，以致達不到所要求設計軸線的半徑。

因此，仿形刀的使用主要須考慮兩個方面的因素，一是仿形刀的超挖范圍，仿形刀通過設置，可以在圓周任意區域位置進行超挖，該工程將采用仿形刀在曲線內側位置進行超挖，以有利于曲線行走；二是超挖量，經計算得出理論超挖量為20mm。

2.3 隧道整體外移控制

2.3.1 盾構掘進時的預偏

為了控制隧道軸線最終偏差控制在規范要求的范圍內，盾構掘進時，考慮給隧道預留一定的偏移量。將盾構沿曲線的割線方向掘進，管片拼裝時軸線位于弧線的內側，以使管片出盾尾后受側向分力向弧線外側偏移時留有預偏量，預偏量控制在50～70mm左右。

2.3.2 管片選型與拼裝

管片拼裝時要確保管片姿態適度超前：為滿足急轉彎施工要求，在緩和曲線段內，使用環寬為1.2m管片，其管片結構形狀均為通用形式，楔形量皆為41mm的雙邊楔形管片。管片在封頂塊K塊的位置處，管片寬度最薄，為1 179.5mm，在相對位置處寬度最厚，為1 220.5mm，為雙邊楔，楔形量為41mm。因此，管片構造尺寸，其封頂塊K塊在施工拼裝過程中，根據其在不同的位置時管片的位置改變量和角度改變量總結如表2所示。

另外盾構掘進時采用分段推進，每掘進30cm收縮1次千斤頂，首30cm使用全部千斤頂掘進，然后再以偏選千斤頂為主掘進。同時，管片在盾構內拼裝完成后，由于外壁無約束，管片在盾構內呈懸臂狀態，為了避免千斤頂在推進時對管片造成傷害，千斤頂行程仍按1 750mm來進行管片拼裝，以減少管片與盾構的重合部分，縮短管片的懸臂長度。

盾構在小半徑段掘進每環都會產生一個糾偏角度，因此管片的選型應與盾構姿態相匹配，最好的施工效果是每環管片拼裝完后，管片的姿態比盾構姿態超前1/3～1/2的糾偏量，即超前10～15mm。管片的選型與盾構姿態不一致，將造成盾尾間隙的不合理變化，致使管片大面積被盾尾拉壞，造成管片開裂，同時造成盾尾刷的破壞、管片錯臺、漏水等，嚴重的將導致管片姿態超限，影響施工質量。

但在實際操作中，盾構姿態與計劃線總有一定偏差，故應根據盾構姿態和盾尾間隙進行管片選型，所選管片可能與上表有所不同。但可采用相同原理計算，并進行適量微調。

表2 1.2m管片拼裝位置表

嚴格控制管片從生產到現場拼裝緊固的整個過程，確保管片的拼裝質量。從管片生產、運輸、現場驗收、裝卸、存放、粘貼止水條、下井、井內吊運、拼裝緊固等一系列環節要嚴格把控，確保管片安裝質量。

2.3.3 控制掘進速度與推力

急曲線隧道每掘進一環，管片端面與該處軸線的法線方向在平面上將產生一定的角θ，在千斤頂的推力下產生一個側向分力。管片出盾尾后，受到側向分力的影響，隧道向圓弧外側偏移，側向分力的大小與千斤頂總推力成正比即降低千斤頂總推力，同時也意味著降低側向分力，有利于減少隧道向弧線外側的偏移量。

適當地降低掘進速度，掘進速度控制在10～15mm/min左右，降低千斤頂總推力，同時也意味著降低側向分力，有利于減少隧道向弧線外側的偏移量。盾構在掘進過程中，應盡量保持盾構勻速前進，尤其值得注意的是，在盾構掘進啟動時，掘進速度要以較小的加速度遞增，這樣可以避免千斤頂起始推力過大的問題。在砂層等軟弱地層，掘進總推力必須控制在1 300t以下。另外，在調整盾構姿態時，應盡量采用油壓分區模式。

2.4 注漿質量與管理

在急曲線段，注漿更應采用雙液漿，因雙液漿為瞬凝性漿液，具有較高的早期強度、良好的流動性和填充的均勻性，可以在較短的時間內將建筑空隙填充并達到一定的強度，與原狀土共同作用，有效減小管片受側向壓力影響在建筑空隙范圍內向弧線外側的偏移量。

1）同步注漿 同步注漿壓注要根據施工情況、地質情況對壓漿數量和壓漿壓力二者兼顧。一般情況下，每環注入量控制在“建筑空隙”的130%～180%，即每環注漿量在4.21～5.83m3之間，而本區間主要是在軟弱地層急轉彎段施工，注漿量要大于直線隧道注漿量，擬施工過程中同步注漿量（5m3）和管片雙液注漿量（2.5m3），合計將會達7.5m3，以確保成形隧道穩固和防止漏水。在同步注漿過程中，合理掌握注漿壓力，注漿出口壓力=切口水壓+60～100kPa（注漿壓力約為0.5MPa）。使注漿量、注漿流量和推進速度等施工參數形成最佳匹配。

2）二次補充注漿 盾構掘進時，保證注漿質量是減少后續沉降的有效手段、減小管片受側向壓力影響在建筑空隙范圍內向弧線外側的偏移量，管片注漿設備并與同步注漿系統同時運行，對A、B液漿進行小樣試驗，嚴格控制雙液漿初凝時間，初凝時間為10s左右。盾構掘進的同時在第4環管片（即脫出盾殼后的第1環管片）的2點～5點（左轉）、8點～10點（右轉）位置盡可能的進行補充注漿（本區間主要是以右轉為主），同時在對應側的3點、9點位置也進行補充注漿，注漿方式見下圖。二次注漿壓力控制在0.5～0.7MPa左右。同時，每3環將額外在頂部11點～2點位置補充注雙液漿，以形成管片頂部的支撐環，以便控制管片上浮。

3 結 語

綜上所述，本項目在盾構掘進過程中的有效把控，在各個方面的有利配合下，嚴格對鉸接千斤頂伸縮量計算控制、仿形刀吐出量及切削范圍設定、管片正確選型、掘進參數控制及注漿的管控下，高效優質完成了東莞地鐵R2線出入線段大坡度，小曲線半徑的盾構施工任務。

（編輯 吳學松）

［中圖分類號］U455.43

［文獻標識碼］B

［文章編號］1001-1366(2015)03-0054-03

［收稿日期］2015-02-10

Shield with small radius turning measures