高盾構區間盾構曲線始發技術

張軍榮

以成都地鐵8號線殷家林站～高朋大道站區間地鐵施工為例，工程地質及周邊環境較為復雜。其主要技術控制節點為始發、過站、到達、管片拼裝、掘進參數優化、穿越建筑物、穿越西環鐵路、下穿既有地鐵線路等幾項重點闡述。

一、工程概況

殷家林站～高朋大道站位于成都市武侯區科園大道路與南三環路五段之間，區間線路由殷家林站起往正北方向下穿至高朋大道站風亭。該段區間最小平面曲線半徑為350m，最大縱坡為24‰，隧道埋深8.40～25.09m。區間左線里程范圍為ZK29+193.259～ZK30+285.013，長鏈13.128m，區間左線長1104.881m。區間右線里程范圍為YK29+210.261～YK30+285.012，長鏈8.608m，區間右線長1083.359m。

二、盾構小曲線始發的難點關鍵點

1.地質條件復雜

始發段覆土埋深8.4m，全斷面穿越<2-5-2>稍密卵石地層，卵石約占55%～60%，卵石最大粒徑200mm，一般粒徑20～80mm。本段地處岷江水系Ⅰ級階地，無地表水經過。地下水主要有賦存于粘性土層之上填土層中的上層滯水、第四系砂、卵石層的孔隙潛水和基巖裂隙水。始發段地層具有穩定性差、透氣性大、地下水豐富、水位高、水壓力大等特點，推進時各參數的合理選擇成為關鍵。

2.始發線路的合理選擇

盾構始發井在平面位置為半徑R350m的圓曲線段，豎向位置在半徑R3000的豎曲線上。受盾構始發條件限制，盾構始發托架，負環管片和反力架難以布置成相應的曲線形狀。盾構機在始發托架上只能沿直線推進，掘進軌跡產生偏差后糾偏將十分困難。因此，盾構始發路徑的合理選擇是盾構曲線始發能否成功的一大難點和關鍵。

3.負環管片和反力架的設置

盾構曲線始發時，盾構掘進反作用力的大小和方向都具有較大不確定性和不均勻性。負環管片和反力架能否穩定可靠的提供反力，將盾構機成功推進至加固體，是始發成功的關鍵。

三、始發工藝

1.加固措施

盾構始發前將地下水位降至隧道底3m以下后，先采用袖閥管注漿對始發端頭范圍進行地面注漿加固(圖1)，后采用108大管棚對盾構洞門注漿加固（圖2），以上措施對地層既有空隙進行填充，并將地層固結，地層加固后無側限抗壓強度不小于1MPa。確保盾構始發地層的穩定，施工安全。

圖1 始發端袖閥管加固圖

圖2 洞門大棚管加固圖

2.始發線路設計

反力架與托架及支撐系統布置成一條直線，做圓曲線的割線布置（圖3），從始發洞門開始其中心路徑前10m沿隧道設計中心線（ R350m曲線）的割線（該割線通過始發洞門中心線）推進，待盾尾脫離基座后逐步調整盾構姿態使盾構沿隧道設計線路推進。

圖3 曲線始發布置圖

3.導向系統

殷家林站～高朋大道區間左線中鐵裝備62盾構機采用日本演算工坊導向系統(三棱鏡)，右線海瑞克S768盾構機采用德國VMT導向系統（激光靶）。熟悉了解這兩種導向系統特性，組成原理，確保盾構機掘進過程中導向系統數據正確，系統運行正常。

4.導臺

為防止盾構機始發時栽頭，在距離洞門鋼環內側0.45m（防水簾布0.4m）處施作混凝土導臺見圖4：

圖4 混凝土導臺示意圖

5.洞門鑿除

鋼環內掌子面的鑿除工作，洞門圍護結構為玻璃纖維筋圍護樁結構，刀盤長度0.8m、防水簾布0.4m，相加得1.2m，這是洞門所需凈長的最小值。如果根據刀盤長度加防水簾布的計算方法來計算所需鑿除混凝土厚度的話，會造成刀盤的左側已經抵達掌子面而右側還沒接觸到的情況，因為本工程盾構機軸線與設計軸線存在角度的問題，嚴重的可能會刀盤切口未全進入簾布內，轉動刀盤時會與折頁壓板發生碰撞，最終導致折頁壓板被損壞無法進行掘進，根據計算得右側需比左側多鑿除0.5m方可滿足盾構始發要求（圖5-1-2）。

圖5-1 洞門鑿除示意圖

圖5-2 洞門鑿除示意圖

四、盾構始發過程控制

1.反力架變形監測

（1）監測點布置：框架橫梁、立柱、各布設3個監測點。監測點所在位置為該反力架變形最大位置。

（2）反力架變形監測方法：在各測點貼上反光貼片，采用精密全站儀測設個測點的三維坐標，通過相鄰兩次觀測數據比較，就可得出各測點各方向的位移量。

（3）監測頻率及數據處理：監測負6～正30環，環環必測，盾構機掘進開始前觀測一次，盾構機掘進中觀測兩次，盾構機推進結束后觀測一次，每次觀測結束后，及時整理觀測記錄、計算當次變形量和累積變形量。

2.盾構始發過程控制

盾構始發時其交接角度為零，盾構中心軸線位于隧道設計中心線的外側，即處于盾構始發路徑的延長線上，坡度小于隧道設計坡度盾構機前點高于后點30mm。盾構機前點下沉，盾構機姿態還在控制范圍。盾構離開始發基座前基本沿著預定始發路徑直線前進，在此期間盾構需切割洞門加固體，以慢速、低壓為推進原則，以保證盾構姿態的穩定。

3.負環加固

負環采用7環1.5m標準環，正環采用1.2m管片，將標準環點位對拼形成直線環的方法布置，0環進入洞門鋼環0.7m，隧道貫通后將0環拔出，施工洞門后澆環梁。為防止曲線始發受力不均，受力方向復雜等問題，本工程負環加固采用多方面立體加固，兩側采用型鋼支撐、全環采用鋼絲繩花籃組合緊固。

圖6 殷家林站～高朋大道站區間右線-6環～50環盾構機姿態

4.實際掘進姿態數據

圖7 殷家林站～高朋大道站區間左線-6環～14環盾構機姿態

平面姿態在掘進6環后才做出調整，6環=9m，盾構機長度為9m，既盾構機全部進入土體后進行逐步調整，掘進10環已經緊貼設計軸線（圖6、圖7）。

左右線盾頭脫離托架后垂直姿態變化比較明顯，盾構機有掉頭趨勢，到正3環時才有所調整，盾構始發段為9‰～24‰變坡段，始發井處將盾構機前點抬高3cm仰頭始發防止掉頭的做法是有意義的。

五、 結語

本次始發盾構機姿態在控制范圍，根據專業測量單位檢測結果，本工程小半徑、大坡度盾構始發非常成功，管片成型姿態，水平偏差最大42mm、高程偏差最大46mm，管片錯臺在5mm以內，地面最大隆起1mm，最大沉降11mm，未出現房屋開裂和地下構筑物及管線破壞現象。