小半徑曲線地鐵盾構隧道施工技術研究

摘 要：在城市軌道交通工程的建設中會出現很多特殊情況，雖然目前的隧道施工技術已經廣泛采用了方便快捷的盾構施工法，但是小半徑曲線的地鐵盾構施工非常特殊和復雜，一個小半徑曲線線路路段會直接影響到整條地鐵線路的成本、安全性能和速度等控制性因素。本文通過提出小半徑曲線隧道盾構施工的難點、施工中常遇到的問題，講述曲線隧道盾構施工技術的運用的特征和方式，并且就廣州地鐵三號線某項目工程的盾構區間為實例探究。

關鍵詞：小半徑曲線；地鐵盾構隧道；施工技術；實例探究

1 引言

城市軌道交通的建設速度在近幾年來飛速提升，盾構法隧道施工技術也漸漸成為隧道施工的主流方式。由于地鐵隧道施工的經驗積累越來越豐富，施工流程越來越規范化，整體的施工難度在不斷降低。但隨著建設量增大，其中不可避免的出現更多特殊形式的軌道交通線形。其中出現的小半徑曲線地鐵隧道的施工和常規的直線形地鐵隧道施工相比較，復雜程度要高出很多。所以研究好如何施工小半徑曲線地鐵隧道，會對之后遇到類似情況的工程提供很強的借鑒意義。

2 小半徑曲線盾構施工的難點分析

2.1 軸線控制難度比較大

在盾構曲線隧道的時候，盾構機是在設計軸線的周圍位置不規則擺動的，因此在盾構機推進的過程當中無法和理論上的設計軸線位置保持一致。如果曲線隧道的轉彎半徑過小的話，也就是本文研究小半徑曲線隧道，會使這種差異更加明顯。因為盾構機本身并不彎曲，曲線半徑越小、盾構機機身越長，就會導致實際盾構和設想的偏離程度越大。由于轉彎弧度比較大，需要盾構機左右兩側的油缸以不同的功率運行，才可以讓盾構機轉彎，但是由于現在采用的盾構機油缸可調程度不大，所以很難進行隧道軸線控制。此外糾偏的難度也可想而知，因為盾構急曲路線時，盾構機會把隧道掘進成為一小段一小段的直線隧道，在掘進過程中要連續不斷地糾偏才能保證擬合，而糾偏的參數計算本身難度很大，而且在小半徑曲線段，每次要糾偏時遇到的地質條件都會不同，操作難度更大。

2.2 對土體擾動程度大

在糾偏時盾構機會對周圍的土體產生振動和擠壓，這就會對周圍土體的擾動程度提升，容易引發比較嚴重的土體沉降。而且在轉彎部分盾構機的實際開挖量是大于理論開挖量的，即便采用了最優質的盾構機器、采用最精湛的盾構施工手法，也很難控制挖掘造成的地層損失。

2.3 管片安裝開裂和破損可能性大

在小半徑曲線的地鐵隧道中，每兩片管片之間都存在著一定的家教，在千斤頂的作用下會產生一個水平分力。管片可能會受到這種側向的水平推力的影響導致發生相對位移，形成錯臺。形成錯臺之后相鄰管片之間的作用力更加強大，要是真好作用在了某一管片的薄弱位置上，可能會導致管片開裂破損。此外，盾構機在轉彎半徑很小的路段掘進時，糾偏量過大可能會導致盾構機和管片卡殼，導致相對脆弱的管片破損等情況。

2.4 漏水現象嚴重

如2.3所述，管片出現的問題直接影響的就是隧道的密封性問題，漏水和漏漿等事故很可能隨之而來。止水膠條連接出現破損、土壤滲水等問題產生的水分就會順著管片之間的縫隙進入地鐵隧道，對地鐵行車造成很大的安全隱患。

3 曲線隧道施工關鍵的技術措施

3.1 盾構機型號選擇

盾構機的機型選擇是小半徑隧道盾構施工開始前的關鍵一環。比如采用土壓平衡式的盾構機，采用鉸接裝置，就可以減少盾構機的實際長度，使得盾構過程中的轉彎能夠更加靈活，有利于減少盾構過程中的實際誤差和糾偏次數。使用盾構機的鉸接裝置可以使得盾構機的前、后筒和理論設計軸線趨于吻合，預先形成弧線，為管片的安裝預留一定的空間。不過在使用鉸接裝置后，盾構機挖掘的隧道就不是一個標準的原型，需要后期采用仿形刀裝置進行補挖。仿行刀的補挖質量也會直接影響到整個工程的最終質量。所以綜上所述，對于盾構機的選擇、仿形刀的使用都是在控制曲線隧道施工技術中十分重要的。

3.2 始發路徑選擇

曲線段施工時，種種始發條件會制約盾構機的初始狀態，盾構機往往只能在工程前幾米直線掘進，這使得糾偏工作難以進行。在這種情況下，擴大洞門和始發的空間是最好的選擇，這樣盾構機就能夠在開始階段沿曲線進行盾構。由此可見，始發路徑的合理選擇很大程度上關系到小半徑曲線盾構施工能否成功。

3.3 盾構機掘進時的控制

急曲階段，由于盾構機本身不可能呈彎曲的形狀，所以不能和規劃路徑完全重合，而且隨著轉彎半徑的減小，盾構難度也會增長。在曲線線路盾構的時候常常采用盾構機盾構一段段連續的折線，最終擬合形成規劃的曲線。關于實現這一目的的方式上文已經提到，但是為了控制最終偏差處于合理的范圍內，應該給隧道預留一定的偏移量?？紤]施工技術指標和土層地質情況，一般曲線盾構施工的預偏量在20mm左右。在掘進過程中，通過實時的偏量監測來調整預偏量。此外，使盾構機沿著曲線割線方向前進可以避免盾尾受到作用力而發生偏移的問題。

3.4 加強測量控制，減少測量誤差

在施工開始前就應該出臺一份切實可行的測量方案。可以采用主、副導線相結合的方法和分兩節階段測量的方法，結合盾構機在盾構是的形態確定最優的控制方法。在進行急曲階段隧道的盾構掘進時，更要密切監測盾構機和周圍土層的各項實時數據、利用UNS導向系統，盾構機每掘進六環就應當進行一次人工復測等等。如今科技發達，還可以建立監測數據的共享網絡，使得施工人員能夠實時查看和更新盾構數據，使得監測的成效更加明顯。

4 工程實例分析

4.1 工程概況

廣州地鐵三號線某標段的工程由3段盾構區間組成，左右盾構隧道總長接近4km。整個工程的左右線一共包含12段曲線隧道，其中有9段曲線隧道的半徑小于300m，最小半徑只有250m。

4.2 工程地質條件和路面狀況

本標段的所有隧道埋深在15.8m到24.6m之間，隧道遇到的地質條件大部分是泥質粉砂巖、粉砂質泥巖等。隧道沿線地面的房屋大多建于上個世紀七八十年代，曲線隧道的上部分同樣。大部分建筑年代久遠，樓層不高。其中半徑為250m的曲線隧道要從高架橋66#和68#兩個橋墩之間穿過。小半徑曲線段隧道共12個，技術指標分別如圖1。

4.3 主要施工技術方案

4.3.1 解決軸線難以控制的問題

提高盾構機的糾偏靈敏度可以控制好小半徑曲線的盾構隧道施工軸線。而提升盾構機的就偏靈敏度的最重要的措施就是縮短盾構機的整體長度。上文提到，在盾構機兩側加裝鉸接裝置就可以有效地減少盾構機機身長度，而且還可以使得盾構機前、后筒直接呈曲線形狀，直接可以推出類弧線的隧道，為之后的管片拼裝打下良好的基礎。

那么在本工程采用了三菱土壓平衡式盾構機，輔佐以鉸接裝置。機頭長度為8625mm，鉸接處離刀盤端面的長度為4900mm，水平張角是1.5°左右，垂直張角0.5°。這種盾構機可以盾構轉彎半徑最小在200m左右的急曲隧道，加上最后仿形刀的使用，本工程的所有曲線隧道在理論上都是可以順利完成的。

4.3.2 解決盾構機推力、管片安裝等問題

為了減少盾構機地推力不均等造成管片軸線和質量問題，在施工過程中要實時監測盾構機左右千斤頂地壓力差不大于2MPa，上下千斤頂壓力差不大于5MPa。

小半徑曲線隧道中的管片安裝，兩片管片之間會產生一定的角度，就會隨之而來一定的側向分力，如圖2所示。

經過計算得知采用的管片長度越小，受到的側向分力也就越小，所以在轉彎半徑很小的隧道段相應地采用1.2m長度的管片，與之對比直線隧道段采用1.5m長度的管片。

4.3.3 解決發生沉降的措施

在施工過程中隨著盾構的掘進，之后安裝的管片會和土體之間產生縫隙，這種問題可以通過設置在盾尾的壓漿管實時同步填充混凝土漿液。同步注漿壓注一定要和施工的條件、地質情況等方面相結合。選擇合適的注漿壓力和注漿量。為了使的管片能夠固定在位子上不側向偏移，注漿位置一般選擇在曲線隧道的曲線外側，內側可以暫時不進行注漿，但是為了保持注漿管的通暢，對于線路內側的注漿管也需要及時清理避免堵塞。注漿的速度和盾構掘進速度保持同步，盾構結束注漿也相應結束。此外，在施工時還要加強對于盾構隧道的沉降監測，應用高科技設備通過信息化，進行實時監測，及時調整注漿量，確保地面沉降處于合理可控的范圍內。同步注漿選用的配比如圖3。

5 結束語

在施工小半徑曲線隧道時，施工質量控制十分重要，對于施工人員、施工設備、管理技術等都是一次重大的考驗。為了應對施工中出現的難點，選擇合適的盾構機裝置、采用鉸接模式、最后仿形刀的配合使用、盾構機姿態的控制和調整等等都是關鍵因素。在盾構過程中的實時監測與管理也是要點之一，在更小更嚴的幅度中進行各種參數的優化設計，實時監測，動態管理。掘進后通過土體監測控制土壤沉降，合理進行管片安裝，確保隧道的施工質量滿足設計和規范要求。

參考文獻：

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作者簡介：耿石軍（1983.06）男，本科，工程師，主要從事盾構施工技術及管理工作。