盾構小曲線半徑下穿淺覆土河流施工技術

姜春陽（中鐵三局集團華東建設有限公司，江蘇　南京　211106）

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盾構小曲線半徑下穿淺覆土河流施工技術

姜春陽
（中鐵三局集團華東建設有限公司，江蘇南京211106）

摘要：結合工程實例，闡述了盾構小曲線半徑下穿淺覆土河流施工的難點，從設備檢查及維護、盾構參數設置、盾構機姿態控制、管片選型等方面，介紹了施工中的質量控制要點，對同類工程施工具有一定的參考意義。

關鍵詞：盾構，小曲線半徑，管片選型，隧道

盾構法施工已經廣泛應用于城市軌道交通建設中，盾構施工過程中經常會遇到穿越河流的情況，同時地鐵隧道中往往有大量的小半徑平曲線線路，盾構小曲線半徑下穿河流無疑增加了施工風險，提高了施工難度。

1　工程概況

南京地鐵三號線TA14標宏—勝區間盾構機在里程K33 + 365～K33 +184下穿秦淮新河，穿越河堤、河道總長約為181 m，下穿秦淮新河段上部覆土最小厚度6.7 m。地質情況左線上部為③-1b1-2可～硬塑粉質粘土，下部為③-2b2-3軟～可塑粉質粘土；右線上部為③-1b1-2可～硬塑粉質粘土，下部為③-2b2-3軟～可塑粉質粘土，底部極少部分為③-4e含礫粉質粘土。下穿秦淮新河段線型設計左右線均為左轉曲線，R =400 m，縱坡3‰上坡（見圖1）。

圖1　隧道穿越秦淮新河段縱斷面圖

2　施工難點

1）盾構穿越淺覆土河流時易造成河底塌陷，嚴重時甚至造成河水與隧道貫通。在曲線段盾構機掘進形成的線形為一段連續的折線，盾構機需要連續糾偏，滿足設計線路要求。盾構機處于糾偏狀態，造成超挖，實際超挖量超出理論超掘進量，糾偏量越大，對土體擾動的增加，易發生較大沉降，小曲線半徑下穿河流無疑增加了塌陷的風險。因此控制好各項施工參數（盾構機姿態、土壓、出土量、注漿量及壓力等）是本工程的難點。

2）整個穿越段長約181 m且該區間土質軟硬分布不均，給過河前刀具、盾尾刷檢修更換帶來了難度，同時長距離小曲線半徑對電瓶車輪的磨損也較大。因此在長距離的穿越過程中，確保機械性能穩定，保證盾構機連續掘進，快速穿越河道是工程的難點。

3）盾構在小半徑曲線上管片破損率遠大于直線緩和曲線上、大半徑曲線上的破損率，因此采取措施控制隧道上浮及管片破損滲漏是工程的難點。

4）經過施工調查，過河段共有地質探孔3個，其中1個探孔位于隧道范圍內，這些探孔的存在已對盾構掘進構成風險。

3　設備檢查及維護

3.1刀具檢修及更換

過河前要完成刀具的檢修并將刀具更換成軟土刀。該區間盾構始發時，地質為全斷面中風化泥質粉砂巖，因此按照硬巖掘進配置刀具，刀盤配置了6把邊緣雙刃滾刀、13把正面雙刃滾刀、68把齒刀、8把周邊刀。結合地質情況、地面狀況，在距離河道約450 m的K33 +950處存在唯一常壓換刀位置，在該處將刀具更換為6把邊緣雙刃滾刀、13把正面羊角刀、68把齒刀、8把周邊刀的以軟土刀為主的刀具配置，考慮到過河前還存在上軟下硬地層，因此該次換刀并未完全換成軟土刀具，事實證明該刀具布置形式順利的通過了過河前的上軟下硬復合地層及河底硬塑狀粉質粘土地層、流塑狀粉質粘土地層，并完成全部掘進施工任務（見圖2）。

圖2　宏勝區間地質分布圖

3.2尾刷檢修

該區間推進過程中盾尾較少出現漏漿情況，且管片背后油脂充盈，初步判定尾刷完好，穩妥起見該區間過河前在K33 +434處進行了尾刷檢查，該位置地層為硬塑狀粉質粘土地層，距離河堤90 m如錯過了這個位置，在向前掘進地質均為軟土，同時地面不具備加固條件，無正常檢查尾位置。停機前在離盾尾5環的位置及2號車架的位置各選兩環管片開孔注雙液漿，形成兩道環箍進行止水，提前算好第一道尾刷露出時油缸的伸長量，采用拼裝模式伸長油缸，當油缸伸長2 m時，將盾尾最前端管片逐塊拆除逐塊檢查（露出一道尾刷），檢查一塊拼裝一塊，外觀檢查尾刷鋼板有彈力，鋼絲無損壞缺失，油脂管道通暢，因此立即拼完管片，用時半天，恢復掘進。

保證盾構機無故障地進行24 h連續掘進，快速通過河道，其余主要檢修項目如下：1）螺旋輸送機倉門及控制系統。2）鉸接密封。3）盾尾密封。4）對電瓶車、龍門吊、拌漿系統等配套設備做好維護保養，保證完好率。

4　盾構參數設置

4.1土倉壓力

加強壓力設定與實時土倉壓力的控制。在穿越前，計算出每環掘進時的理論土壓力，給盾構司機以及管理人員一個直觀的認識。

每小時派人對秦淮新河面進行人工觀察，發生冒泡等異常現象立即通知施工班組及現場管理人員。對異常現象分析，必要時停止盾構掘進，防止上部覆土被擊穿。根據盾構推進情況及類似地層100 m試驗段經驗，推進過程中1號倉體土壓力：1.9 bar～2.3 bar；停機后1號倉體土壓力為2.5 bar。

4.2出土量

試驗地設在南昌市南昌工程學院生物技術實驗基地。南昌工程學院位于南昌市東部，緊鄰艾溪湖濕地公園和瑤湖森林公園。南昌市地處江西中部偏北，贛江、撫河下游，瀕臨鄱陽湖西南岸，位于東經115°27′～116°35′、北緯28°09′～29°11′，屬亞熱帶濕潤季風型氣候，氣候濕潤溫和，日照充足，降雨量充沛，夏季多偏南風，冬季多偏北風，年無霜期長、冰凍期短。

每環理論出土量為38.48 m3。盾構推進出土量控制在理論值的96%～98%之間，即36.6 m3～37.7 m3。

在穿越階段，應做好理論出土量與實際出土量的記錄，每車出土的掘進里程數也應做好記錄，將出土量精確到每箱，即推進25 cm～30 cm要出一箱土。

4.3盾構同步注漿

穿越過程中的同步注漿控制，也是保證盾構順利通過秦淮新河的重要因素。其目的在于控制盾構通過后的沉降，防止管片上浮。

1）同步注漿配比。保證漿液具有良好的流動性、和易性、密度、泌水率等要求時，必須確保其初凝時間不大于6 h，通過現場多次試驗和總結，本次漿液初凝時間控制不大于5 h。

2）注漿量及注漿壓力。考慮到曲線段可能超挖，實際注漿量為理論值的1.5倍～2倍，即壓漿量控制在3.9 m3～5.2 m3，進入河床底部后，及時調整注漿量。

在穿越過程中的注漿壓力，上部（1號、4號）不得超過2.5 bar，下部（2號、3號）不得超過2.6 bar。

為防止掘進后的后期沉降，在盾構機整體（包括設備臺車）通過穿越段后，立即對管片后的建筑孔隙進行二次注漿。二次注漿的注漿量和注漿壓力根據監測數據動態調整。

5　盾構機姿態控制

1）盾構糾偏時應提前擬合好糾偏路線，使盾構機沿平滑、緩和的曲線前進，避免過猛糾偏和盾構機的蛇行掘進。

2）在盾構推進中，根據統計的隧道管片拼裝后的位移經驗值，將盾構機掘進進軸線盡可能偏向隧道圓心附近15 mm～30 mm，使成型的隧道盡可能地接近設計軸線。

3）控制導向系統偏差。及時人工復測全站儀、后視棱鏡的坐標。根據統計分析的隧道管片拼裝后的位移經驗值，盡可能將全站儀、后視棱鏡固定在注過雙液漿、遠離盾尾等比較穩定的管片上。

4）鉸接千斤頂行程控制在40 mm～80 mm，行程差控制在0 mm～40 mm。

5）盾構掘進過程中，坡度不能突變，隧道軸線和折角不能超過4‰。

6　管片選型控制

盾構隧道是用管片（直線形式）來擬合隧道線路，在曲線地段即用直線來擬合曲線。由于線路轉彎，盾構機左右兩側的推進千斤頂分別沿著不同半徑的曲線前進，由于弧長（其實是弧的割線，近似認為是弧長）的差異，推進千斤頂的行程會各不相同。推進油缸行程差的存在會產生兩個造成管片破損的因素，一是外側盾尾間隙過小，盾體擠壓管片，二是小半徑轉彎時千斤頂撐靴產生側向分力，這個分力隨著盾構掘進增大，擠壓管片造成破損。為了保證盾構機正常推進，確保隧道成型質量，減少隧道滲漏點，必須通過管片來調整這個形成差。

由于線路轉彎，盾構機推進時要相對于推進前旋轉一定角度，這就造成推進后盾構機盾尾間隙相對于推進前變化一定值。必須通過合理的管片選型保證上、下、左、右側盾尾間隙均勻。所以在曲線段推進時盾構管片選型考慮以下幾個因素：

1）盾尾間隙。管片選型最理想的是管片拼裝完成后，盾尾間隙達到均勻，使盾構機在推完下一環后盾尾間隙仍然在合理范圍內。

2）推進千斤頂伸縮量。應考慮掘進千斤頂伸縮差值，并明確伸縮量，根據推進千斤頂伸縮差值對后安裝管片的影響，應盡量減小推進千斤頂伸縮差值。

3）確定直線環、轉彎環比例：對于線路存在水平曲線的路段，管片選型前首先要根據線路情況進行擬合線路計算，確定直線環、轉彎環大致比例，將這個比例作為參考進行管片選型，本工程直線環與轉彎環比值約為2∶1。

7　電瓶車車輪磨損的控制

由于該區間隧道曲線半徑小、距離長，使得電瓶車在運行時車輪由于受離心力的作用會造成一側加速磨損。為了保證電瓶車的正常運行，采取了以下措施：

1）提高軌道鋪設質量，加強軌道的維護管理。按照不同曲線段軌道鋪設的要求，合理設置軌道高差、軌距，在軌道接合處必須放置軌枕，軌道安裝完成后用Ф14的鋼筋連接軌枕，提高軌道的整體性，定期檢軌道高差、軌距及螺栓情況及時修復。

2）加強列車的檢修維護，發現車輪磨損到一定程度及時更換。穿越前對施工過程進行針對性的難點分析，采取了合理的技術措施和管理措施很好的解決了施工難點，確保了盾構機安全順利的穿越河流，為今后施工積累了施工經驗。

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The construction technology of shield small curve radius underpass shallow overburden soil rivers

Jiang Chunyang
（China Railway Third Group East China Construction Limited Company，Nanjing 211106，China）

Abstract：Combining with the engineering example，this paper elaborated the construction difficulties of shield small curve radius underpass shallow overburden soil rivers，from the equipment inspection and maintenance，shield parameter settings，shield attitude control，segment selection and other aspects，introduced the quality control key points in construction，had certain reference significance for similar construction.

Key words：shield，small curve radius，segment selection，tunnel

中圖分類號：U455.43

文獻標識碼：A

文章編號：1009-6825（2016）06-0171-02

收稿日期：2015-12-08

作者簡介：姜春陽（1984-），男，工程師