盾构小半径曲线隧道施工技术

盾构小半径曲线隧道施工技术

摘要小半径曲线隧道是盾构施工中的难点之一。文章通过实例，分析盾构小半径隧道中常见的轴线偏离、管片错台和崩裂、管片扭转、渗漏水、管片蠕动等质量问题，并针对这些问题提出选取合理的掘进参数、选择适用的管片、做好补充注浆、做好其他辅助施工的控制措施，为类似工程提供参考。

关键词盾构小半径曲线隧道对策

AbstractSmall radius curve of shield tunnel construction is one of the difficulties. Article through examples, analysis of the common quality problems in small radius shield tunnel of axis deviation, segment dislocation and split, segment torsion, leakage, segments peristalsis and so on , and control measures are proposed to solve these problems by selecting reasonable tunneling parameters, choosing suitable segment, completing the supplementary grouting, doing other auxiliary construction, provides the reference for similar projects.

Key wordsShield machine, Small radius curve Tunnel, countermeasures

1引言

目前，我国城市建设磅礴发展，城市市区地面高楼林立、鳞次栉比，为了避开这些高楼的基础，城市地铁经常采用小半径曲线隧道。而盾构机在小半径曲线隧道中施工时，受盾构设备、隧道线形、地层特征等条件的制约，在质量控制方面是盾构工程中的一个难点。

广州市地铁某盾构区间上的一段小半径曲线隧道，在施工过程中从掘进、管片、注浆和其他辅助施工等方面采取了一些针对性措施，使隧道质量得到了保证。

2 工程概况

广州地铁6号线某盾构区间右线在里程YDK12+122.414～YDK12+323.822为一段半径为250m的左转弯隧道，隧道长度约201.4米。曲线段纵坡为2‰上坡后转为4‰下坡。

隧道洞身主要位于、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩层。

3小半径曲线隧道施工的难点

由于小半径曲线隧道的线形转弯较急，盾构机又是直线型的刚体，在施工过程中主要有以下难点：

（1）由于盾构机本身为直线形刚体，曲线段掘进只能形成一段段连续的折线来拟合曲线。为了使盾构隧道轴线与设计轴线相吻合，掘进过程中需要进行连续纠偏。曲线半径越小，拟合困难就越大，纠偏也越大，纠偏灵敏度越低，轴线就比较难以控制了[1]。因此，小曲线半径隧道掘进，盾构机姿态的控制难度大。

（2）为了开挖出曲线线形，盾构机推进千斤顶存在压力差和行程差，导致管片受力不均，管片会往推力大的一侧（曲线外侧）偏移，造成管片姿态超限。

（3）盾构机在曲线段掘进时，管片纵向受到的盾构千斤顶的不均匀压力；且由于转弯半径小产生较大的横向剪切力；同时管片背后由于同步注浆效果难以保证而往往浆液不够饱满，浆液受挤压后对管片产生不均匀径向压力，加之环向扭转力、摩擦力等作用，管片在三向不均匀受力状态下容易出现破损、开裂、错台等质量问题，并且管片破损、开裂、错台部位很容易渗漏水。

（4）在小半径曲线隧道中，盾构同步注浆质量难以保证,造成围岩不能提供足够的摩擦阻力，管片容易发生扭转和蠕动超限。

（5）由于隧道转弯半径小，曲线段测量可视范围缩小，使得自动导向系统移站频率加快，次数增加；另外，同步注浆质量难以保证，二次补注浆前管片背后空隙率较高，盾构机连续纠偏，管片受震动容易发生移位，且在纵向不均力作用下管片会在一定推进距离内产生较大水平偏移，导致自动测量系统测站坐标变化而出现测量偏差，误导掘进。

（6）小曲线半径转弯较急，运输车列行车过程中容易撞到两旁的台车，造成设备及管片损坏，另外车列在转弯时亦容易出轨翻车，行车安全风险加大。

图1 曲线隧道渗漏水现象

4 主要施工对策

针对盾构小半径曲线隧道常见的隧道轴线偏离、管片错台和崩裂、管片上浮和扭转、渗漏水等质量问题，在施工过程主要考虑从掘进参数、管片选用、注浆这几方面进行控制。

4.1 管片选用及拼装

考虑到姿态调整须留有一定的宽裕量和管片拼装的点位选择上的方便，选用1.2米宽的管片。1.2米管片的楔形环为双面楔形，楔形量为41mm，可通过360o范围内旋转衬砌环来拟合曲线隧道，能最小拟合的曲线半径为176m。

管片的拼装点位则根据姿态、千斤顶行程差、盾尾间隙综合而定：一般转弯环管片K块拼装点位必须选择同线路转弯方向一致的点位，以保持姿态的稳定，

控制千斤顶行程差变化不超过一定的范围，使盾构隧道轴线尽可能地拟合成小转弯半径曲线；另外，在姿态稳定、千斤顶行程差可控的情况下若曲线外侧盾尾间隙小或盾尾间隙左右较平均，选择转弯幅度较大的点位，若转弯方向内侧盾尾间隙小，则选择转弯幅度较小的点位。

4.2 掘进控制

盾构机在掘进过程中主要使用千斤顶的分区压力差和行程差通过进行连续纠偏来实现设计的曲线隧道。在连续纠偏过程中，须将水平姿态保持一个稳定的范围，避免纠偏过急而出现蛇形隧道甚至超限的情况。另外，急纠偏时盾构机推进千斤顶左右分区压力差较大，容易导致管片出现错台、开裂等质量问题。综合考虑纠偏、1.2米管片的转弯能力、盾构掘进时的离心作用等因素，参考类似工程的经验，在此250米半径曲线隧道段将水平姿态保持在+50mm左右，并且左右千斤顶行程差不超过30mm，当姿态出现较大偏差或行程差过大时应逐步纠偏，杜绝急纠偏的操作方式。

4.3 注浆工艺

由于盾构推进千斤顶各分区的压力差和千斤顶的行程差，导致管片受力不均，管片会往曲线外侧偏移。为约束管片往外偏移趋势，同步注浆时曲线外侧的注浆量必须得到保证。注浆材料则根据隧道周边地层的工程地质和水文地质情况合理选择。

一般情况下，同步注浆难以将管片背后的空隙填满，为了减少管片蠕动、管片扭转等质量问题，及时进行二次补浆也十分重要。进行二次注浆时，可每隔5~7环施工一道止水环，再针对两道止水环之间管片背后的空隙部位进行补浆，止水环的作用是隔断左右的来水并阻止二次补浆的浆液流失。二次补浆止水环的注浆材料采取双液浆，而空隙部位的注浆材料则根据实际情况配置单液水泥浆。

5辅助性施工措施

为了减少盾构在小半径曲线隧道中施工的质量问题，除了控制好掘进、管片选用和拼装、注浆等方面外，还须在辅助性施工方面采取对应的加强措施：

（1）确保台车轨道和隧道运输车轨道的安装质量。轨道安装必须平、稳、顺，间距合乎要求，并且安装轨道形成的曲线符合隧道曲线的要求，不能转弯过急。避免因轨道安装质量问题而出现运输列车碰撞盾构机台车的情况。

（2）在掘进过程中及时复紧管片螺栓。在盾构机推进时，千斤顶对管片产生作用力，使管片间的纵缝更加紧密，此时应及时将松动的管片螺栓复紧，防止千斤顶推力作用导致管片错台和减少工后隧道蠕动的现象[2]。

6结论

小半径曲线隧道由于其设计线形的限制，使盾构机在施工过程中存在一定的难点，并且成型的隧道也容易出现一些质量问题。本工程通过合理选取管片，从水平姿态、千斤顶行程差、盾尾间隙方面控制掘进操作，加强注浆和一些辅助施工措施，最后顺利完成了这段隧道的施工。成型的隧道线形符合设计要求，且无错台、渗水、开裂等质量问题，可见这些措施是可取的。

参考文献

[1] 朱伟陈仁俊. 盾构隧道施工技术现状及展望(第2 讲)-盾构隧道技术问题和施工管理 [J].北京:岩土工程界,2001年第4卷12期.

[2] 崔学忠陈强. 小半径、大纵坡、浅覆土立交盾构隧道的施工对策[J].成都:施工技术,2008年2月.

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。