小轉彎半徑隧道盾構施工技術探討

王 嵐

鄭州市第一建筑工程集團有限公司（450004）

在我國城市基礎設施建設中，地下軌道交通可以有效的解決大型城市的交通擁堵問題并且對地下空間實現了綜合利用，因此地鐵建設事業正在蓬勃發展，但是同時也受城市中既有建筑物和空間的限制，出現了大量小半徑、大坡度的復雜線型，給工程施工造成了一定的困難和挑戰。

在盾構進行小轉彎半徑隧道施工時，盾構機的反推力對曲線外側土層造成擠壓，同時因盾尾空隙的存在會使地層向隧道內側位移；由于盾構推進是靠管片和地層反力掘進的，因此在曲線段盾構推進時會產生垂直于隧道方向的水平力，使隧道向曲線外側位移,當隧道的縱向剛度和地層的剛度過小，可能會引起管片和外側地層位移過大。因此小轉彎半徑曲線地段的隧道軸線控制難度較大，同時管片向外側扭曲而擠壓地層使地層和管片結構均受到復雜的影響，造成盾構和管片姿態的偏差過大。因此，在盾構通過小轉彎半徑的隧道時,應加強施工控制，制定可靠的技術保證措施，保證最終成型隧道的施工質量。

鄭州市軌道交通1號線博學路站～體育中心站區間采用盾構法施工，區間隧道全長2.2 km，整個盾構區間共設二條平曲線，曲線半徑分別為450 m、350 m；盾構機采用德國海瑞克生產的土壓平衡式盾構機,隧道結構采用鋼筋混凝土單層管片襯砌，襯砌管片內徑5.40 m，外徑6.00 m，厚度0.30 m、寬度1.50 m，強度C50，每一襯砌環由6塊管片拼裝組成，采用5.8級M27彎螺栓進行連接。

盾構隧道主要穿越第(16)層細砂層和(17)層細砂層，隧道上部主要為(2)粉土、(8)粉砂和(16-1)粉質粘土層，下部主要為第(17)層細砂層。

1 小轉彎半徑隧道施工控制技術

為保證平曲線段順利掘進,從管片選型和拼裝、盾構機推力、軸線預偏等方面采取必要措施，同時對地層采取了同步注漿和二次注漿相結合的措施，以保證小轉彎半徑圓曲線段盾構施工中隧道軸線、成型管片的破損量、環向和徑向錯臺都能符合規范和設計要求。

1.1 管片選型及盾尾間隙控制

盾構機的盾尾與管片間間隙的變化主要體現在水平軸線兩側，當盾構機轉彎幅度大于隧道設計值，隧道外側的盾尾間隙就相對減小；當管片楔形量過大超前于盾構機轉彎幅度時，隧道內側的盾尾間隙就相對較小。所以，在無法通過盾構推進和管片拼裝來調整盾尾間隙時，可考慮采用楔型管片和直線型管片互換的方式來調整盾尾間隙保證管片拼裝質量。在本區間盾構施工時，盾尾間隙標準值為80 mm，在圓曲線段掘進時，可將盾尾間隙保持在80±20 mm范圍內。

1.2 推力控制

盾構機在富水砂層小半徑圓曲線掘進的過程中，對土體的擾動會顯著降低周圍土體的強度及自穩能力，飽和砂土的蠕變特性以及盾構推進時施加在管片的水平方向土體壓力，管片在長時間承受千斤頂壓力的等情況下，很可能向外側整體移動。

1.3 推進軸線預偏設置

在盾構掘進過程中,要加強對推進軸線的控制。曲線推進時盾構實際上應處于曲線的切線上，因此推進的關鍵是確保對盾構機姿態的控制。由于盾構掘進過程的同步注漿及二次注漿的漿液效果不能有效保證管片后土體的承載強度，管片在承受側向壓力后，將向弧線外側偏移。為了確保隧道軸線最終偏差控制在允許的范圍內，盾構掘進時應給隧道預留一定的偏移量。

在盾構機進入緩和曲線時即開始對掘進姿態進行調整,將盾構沿曲線的割線方向緩慢糾偏掘進，在盾構機整體進入圓曲線掘進時預留偏移量，水平偏差可根據曲線半徑和盾構推力、周圍土層情況及覆土深度和施工經驗確定，在本工程中機頭前點控制在設計軸線內側30～40 mm,后點控制在設計軸線內側20～30 mm。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。

1.4 盾構姿態控制與調整

盾構機掘進過程中，難免出現姿態偏差，當出現偏差時可采用刀盤反轉等方法進行糾偏，以長距離慢慢修正為原則，做到緩、小、勤、勻。盾構機姿態調整（糾偏）方式主要有：①側滾糾偏：采用刀盤反轉的方法進行側滾糾偏。②豎直方向糾偏：盾構機抬頭時，可加大上部千斤頂的推度進行糾偏；盾構機叩頭時，可加大下部千斤頂的推度進行糾偏。③水平方向糾偏：向左偏時，加大左側千斤頂推度；向右偏時，加大右側千斤頂推度。

盾構掘進的糾偏量越小,則對土體的擾動越小。處于350 m轉彎圓曲線時，為防止盾構機抬頭以及管片上浮及向圓曲線外側移動,通過VMT系統調整盾構機姿態。根據管片監測情況，如管片上浮量較大，則垂直偏差可調整為-40～-50 mm之間。同時應加密VMT移站頻率，減少移站后出現的軸向偏差。

1.5 同步注漿及二次注漿

同步注漿壓力略大于該地層位置的靜止水土壓力，注漿壓力取1.1～1.2倍的靜止水土壓力，最大不超過0.3～0.4 MPa,理論注漿量為7.29 m3/環，根據推進時實際地面監測結果，適當調整注漿量。通過控制同步注漿壓力和注漿量雙重標準來確定注漿時間。注漿量和注漿壓力達到設定值后才停止注漿，否則仍需補漿。

為減少同步注漿漿液早期強度低，隧道受側向反力影響大的問題，在管片出盾尾后，通過管片注漿孔向管片外周進行二次注漿，來填補同步注漿流失造成的空隙和抵抗側向分力,為盡快穩定管片，二次注漿位置應盡量靠近盾尾，但太靠近盾尾又會損害盾尾刷，因此選擇在管片出盾尾約3～5環位置進行二次注漿。

二次注漿漿液為瞬混性且具有較高早期強度的水泥—水玻璃雙液漿。實驗室凝固時間控制在15～25 s，凝固時間少于15 s時，極易發生堵管，且易在管片背后注漿孔的周圍形成“鼓包”，影響漿液繼續擴散，使漿液不能充分的填充空隙；當凝固時間大于25 s時，則會由于地下水的稀釋作用使漿液不能及時凝固而產生較大的流失。二次注漿主要采用壓力控制，壓力控制在0.2～0.3 MPa。最大瞬間壓力不能大于0.4 MPa，以免對管片造成損壞。

1.6 隧道管片縱向加強及螺栓復緊

針對小半徑曲線上隧道縱向位移較大，在隧道靠近開挖面后40～50 m范圍管片設置加強肋以增強隧道縱向剛度，減少其縱向位移。加強肋采用兩根[22a槽鋼用鋼板焊接成型，用螺栓將其與管片的吊裝孔進行連接，從而將隧道縱向連接起來，以增強隧道縱向剛度。

每環推進結束后，須擰緊當前環管片的連接螺栓，并在下環推進時進行復緊，克服作用于管片推力產生的垂直分力，減少成環隧道浮動。每掘進完成3環，對10環以內的管片連接螺栓再復緊一次。

2 其他控制措施

同時，盾構機在小半徑曲線掘進過程中，還應加強對地下水的控制，防止土艙內水壓過大造成的糾偏困難；保證成型隧道管片后的注漿效果，形成有效的止水環；降低盾構推進速度，減小盾構千斤頂推力，從而減小管片間作用力；合理選取盾構推進千斤頂編組，均衡盾構對每塊管片的推力，避免作用力集中造成的管片破損；杜絕盾構千斤頂左右分區大推力差糾偏，保證管片受力均勻。

在盾構掘進過程中,還應建立有效的監測系統，通過對隧道內軸線偏差、收斂及周邊地表、建(構)筑物沉降的監測,及時分析并不斷調整盾構掘進參數，實現動態的信息化施工。

在鄭州市軌道交通1號線博體盾構區間，通過以上施工措施的綜合應用順利完成曲線掘進，解決了小半徑曲線段盾構掘進軸線控制和管片拼裝問題，各項控制指標均在允許范圍內。通過本區間對小轉彎半徑隧道盾構施工控制技術的經驗總結，為以后類似工程提供了借鑒意義。