小曲線半徑隧道管片姿態(tài)檢測(cè)與分析

朱智洪，劉全海，趙塵衍

(1.常州市軌道交通發(fā)展有限公司，江蘇 常州 213022； 2.常州市測(cè)繪院，江蘇 常州 213003；3.常州市地理信息智能技術(shù)中心，江蘇 常州 213003)

1 概 述

在城市軌道交通工程線路設(shè)計(jì)中，受到城市規(guī)劃、既有建(構(gòu))筑物等因素的影響，小曲線半徑段頻繁出現(xiàn)。小曲線半徑段隧道盾構(gòu)施工較常規(guī)盾構(gòu)施工存在較大的難度，對(duì)盾構(gòu)施工技術(shù)提出了更高的要求[1]。若盾構(gòu)隧道成型管片位移過(guò)大將不能滿足隧道線型設(shè)計(jì)的要求，同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致管片破損、滲漏水等災(zāi)害[2]。

常州軌道交通工程在建設(shè)過(guò)程中要求施工單位對(duì)于成型管片逐環(huán)檢測(cè)，以便實(shí)時(shí)掌握隧道線型與設(shè)計(jì)值的偏差情況，從而優(yōu)化盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)、盾構(gòu)姿態(tài)和管片選型，提高施工質(zhì)量。

本文對(duì)常州軌道交通1號(hào)線某小曲線半徑隧道區(qū)間片姿態(tài)檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行闡述，并對(duì)成型管片姿態(tài)進(jìn)行分析，提出合理的施工控制措施，為類似小曲線半徑隧道工程提供借鑒。

2 管片姿態(tài)檢測(cè)

隧道內(nèi)成型管片檢測(cè)一般采用全站儀配合管片尺的方式進(jìn)行。管片尺為特制的固定長(zhǎng)度合金尺，尺上安裝有管水準(zhǔn)器并在正中位置貼有反射片，管片尺的放置方式如圖1所示，檢測(cè)時(shí)需確保管片尺放置穩(wěn)固，且管水準(zhǔn)器中氣泡居中。

在小曲線半徑隧道中通視情況較差，為了提高測(cè)量效率，可采用自由設(shè)站法進(jìn)行全站儀的測(cè)站架設(shè)，如圖2所示。

圖2中P為設(shè)站點(diǎn)，A、B為坐標(biāo)已知的平面控制點(diǎn)。在待檢測(cè)管片附近兩個(gè)平面控制點(diǎn)上安置棱鏡，并在兩平面控制點(diǎn)中間合適位置架設(shè)儀器。通過(guò)對(duì)兩個(gè)已知平面控制點(diǎn)進(jìn)行邊角觀測(cè)，計(jì)算出測(cè)站點(diǎn)平面坐標(biāo)及進(jìn)行定向。在測(cè)站附近的高程控制點(diǎn)上安置固定長(zhǎng)度的對(duì)中桿，觀測(cè)并記錄下測(cè)站點(diǎn)與高程控制點(diǎn)之間的高差。

圖1 管片尺的放置

圖2 自由設(shè)站法

設(shè)站完成后操作全站儀對(duì)管片尺上的反射片進(jìn)行觀測(cè)，確保全站儀十字絲切準(zhǔn)反射片中心，記錄下平面坐標(biāo)與高差，并根據(jù)測(cè)站點(diǎn)與高程控制點(diǎn)之間的高差反算出反射片中心高程值。

各環(huán)管片姿態(tài)值測(cè)量完成后進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，根據(jù)成型隧道的固定直徑與已知的管片尺長(zhǎng)度將測(cè)量到的反射片中心高程歸算為管片中心高程，得到各環(huán)的管片姿態(tài)三維坐標(biāo)值。

3 管片姿態(tài)檢測(cè)成果分析

3.1 管片姿態(tài)檢測(cè)成果

常州軌道交通1號(hào)線某區(qū)間為S形曲線段，長(zhǎng)度約 1 364.64 m，埋深范圍 11.9 m～24.3 m，最小曲線半徑 R=300 m，最大縱坡坡度25.4%。區(qū)間設(shè)置兩個(gè)聯(lián)絡(luò)通道，位置分別為445環(huán)～448環(huán)和825環(huán)～828環(huán)，其中第一個(gè)聯(lián)絡(luò)通道位于直線段，第二個(gè)聯(lián)絡(luò)通道位于R300曲線段，如圖3、圖4所示。

圖3 直線段聯(lián)絡(luò)通道位置

圖4 曲線段聯(lián)絡(luò)通道位置

為了嚴(yán)格控制常州軌道交通工程隧道線型的質(zhì)量，業(yè)主單位對(duì)管片姿態(tài)平面與高程方向上的偏差控制值均要求為 5 cm。在R300曲線聯(lián)絡(luò)通道施工期間，盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)控制出現(xiàn)過(guò)偏差，最大處偏差 9.7 cm。管片拼裝完成后，出現(xiàn)“左移”情況，最終測(cè)得成型管片偏差最大為 15 cm，左、右線情況基本相同。左線鋼管片拼裝前通用環(huán)成型管片與拼裝后成型鋼管片姿態(tài)偏差情況分別如表1、表2所示。

左線鋼管片拼裝前通用環(huán)成型管片姿態(tài)偏差值 表1

左線鋼管片拼裝后成型鋼管片姿態(tài)偏差值 表2

3.2 成型管片水平偏差超限原因分析

該區(qū)間曲線段聯(lián)絡(luò)通道處成型管片水平方向偏差超限，其原因主要在于鋼管片與通用環(huán)管片之間存在差別。鋼管片為標(biāo)準(zhǔn)管片，不具有楔形量，環(huán)寬均為 1.2 m，而通用型管片為具有 3.72 cm楔形量的管片，如圖5、圖6所示。

圖5 鋼管片示意圖

圖6 通用環(huán)管片示意圖

鋼管片不具有楔形量，而鋼混管片雖然具有楔形量，但設(shè)計(jì)拼裝點(diǎn)位為16點(diǎn)(正上方)，左右楔形量抵消，故此四環(huán)管片左右無(wú)法建立楔形量，而在R300右轉(zhuǎn)曲線上，拼裝四環(huán)沒(méi)有楔形量的管片，會(huì)導(dǎo)致管片與設(shè)定線路曲線不符。為保證盾尾間隙均勻，盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)需配合管片左偏，進(jìn)而造成了鋼管片后成型管片水平偏差超限情況。同時(shí)，因聯(lián)絡(luò)通道掘進(jìn)前基本處在下穿房屋區(qū)域段，為保證盾構(gòu)機(jī)及線路姿態(tài)，施工時(shí)未進(jìn)行過(guò)多的姿態(tài)糾偏，實(shí)際盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)偏移量為 3 cm。

3.3 施工控制措施

針對(duì)上述情況，為減小盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)及成型管片與設(shè)計(jì)軸線間的偏差，可在實(shí)際施工過(guò)程中采取以下幾項(xiàng)控制措施：

(1)提前調(diào)整盾構(gòu)姿態(tài)

在拼裝鋼管片之前，提前將盾構(gòu)姿態(tài)偏移至曲線內(nèi)側(cè)，采用割線掘進(jìn)。但是由于R300小曲線半徑每環(huán)的楔形量就要 2.5 cm，且需錯(cuò)縫拼裝等條件限制，可在進(jìn)入鋼管片前將盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)右偏約 3 cm，如圖7所示。這樣從一定程度上減小了拼裝4環(huán)沒(méi)有楔形量的鋼管片后帶來(lái)的姿態(tài)偏移。

圖7 盾構(gòu)姿態(tài)預(yù)偏示意圖

(2)提前調(diào)大轉(zhuǎn)彎外側(cè)一面盾尾間隙

為減小盾構(gòu)機(jī)偏移量，可將一般情況下的左右間隙各 30 mm提前變化為(以右轉(zhuǎn)為例)，左側(cè) 40 mm，右側(cè) 20 mm，這樣也在一定程度上減小了因鋼管片沒(méi)有楔形量帶來(lái)的姿態(tài)偏移，如圖8所示。

圖8 進(jìn)入鋼管片前盾尾間隙調(diào)整圖

3.4 盾構(gòu)姿態(tài)調(diào)整

針對(duì)管片姿態(tài)水平方向發(fā)生偏差的客觀情況，本著“微調(diào)”“勤糾”的原則，通過(guò)22環(huán)的調(diào)整周期對(duì)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整，具體調(diào)整方案如表3所示。

盾構(gòu)機(jī)水平姿態(tài)調(diào)整表 表3

通過(guò)22環(huán)的盾構(gòu)機(jī)水平姿態(tài)調(diào)整，已將盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)由偏左側(cè) 10 cm調(diào)整至距設(shè)計(jì)線路中心 2 cm以內(nèi)，滿足限差要求。

4 總 結(jié)

在本區(qū)間曲線段聯(lián)絡(luò)通道鋼管片拼裝前，雖采取了一定措施將成型管片水平偏差量由理論的 21 cm縮小到 15 cm，但由于4環(huán)鋼管片在R300半徑下無(wú)法調(diào)節(jié)楔形量補(bǔ)償，采取的措施雖可以減小偏移量，但無(wú)法完全避免成型管片姿態(tài)偏移，故造成了管片姿態(tài)超限的情況。

對(duì)于小曲線半徑聯(lián)絡(luò)通道施工，可總結(jié)出以下幾點(diǎn)建議：

(1)盡可能在設(shè)計(jì)過(guò)程中，避免在曲線段進(jìn)行鋼管片拼裝，以減小施工難度；

(2)如果由于最低點(diǎn)等因素限制，必須將聯(lián)絡(luò)通道設(shè)計(jì)在曲線段，最好在設(shè)計(jì)該處鋼管片時(shí)，能夠根據(jù)拼裝點(diǎn)位和曲線大小及轉(zhuǎn)彎方向，設(shè)計(jì)匹配的帶有楔形量的鋼管片，從而保證曲線段鋼管片拼裝時(shí)，避免管片成型后姿態(tài)超限；

(3)施工單位在進(jìn)行小曲線半徑聯(lián)絡(luò)通道施工時(shí)提前采取控制措施，盡量減小成型管片姿態(tài)與設(shè)計(jì)值之間的偏差量，在施工作業(yè)中精益求精。