小半徑曲線隧道盾構施工技術控制措施研究

摘 ?要：為了研究交通運輸行業中小半徑曲線隧道工作過程的施工難點及控制措施。筆者結合多年工作經驗，以隧道施工中小半徑曲線盾構施工技術為研究對象，運用理論與實際相結合的研究方法，就小半徑盾構施工過程技術要點及其控制難點進行系統總結，以期提供建設性意見。

關鍵詞：小半徑;曲線;隧道;施工技術

中圖分類號：U455.43 ???文獻標識碼：A ???文章編號：2096-6903（2019）02-0000-00

0 引言

隨著社會的進步與時代的發展，以高標準、高要求、短工期為代表的交通建設行業飛速發展。其中隧道橋梁施工以復雜地質情況下的多工藝、多設備快速施工將行業技術推向到一個新領域。

1 小半徑曲線隧道盾構施工技術難點

隧道施工需要根據環境變化以及巖土力學變化情況而動態調整。先期的地質勘探能為盾構施工過程中的小半徑曲線隧道工況環境提供工藝支持。在此對明確盾構機型號、管片楔形量以及工程細節參數后進行工程施工的施工技術難點進行探討。

（1）掘進過程中在多因素誘導下隧道曲線段軸線定位難控制問題探討：盾構機的工作理論是在定位器輔助作用下產生直線定向運動，而實際工作過程中由于操作進度和圍巖應力影響通常盾構機會成一定幅度的蛇形擺動。因此在工藝要求精度較高的曲線段施工過程中會對最終施工質量產生嚴重影響，甚至會發生工藝操作參數與預設單位曲線不匹配等問題，導致在施工后期形成斷續直線。相關技術人員必須基于當前工藝參數進行不同標段的曲線糾正，使隧道曲線轉彎段圓滑而合規。在技術控制層面需要在盾構曲線半徑變小的同時嚴格控制左、右兩側油缸壓差，防止管片受力不均勻導致的后續糾偏不利情況。但是最終的糾偏量需要結合盾構機長度而合理控制糾偏靈敏度，實現軸線的合理可控。

（2）不良水平力誘導下的管片位移探討：小半徑曲線段，由于在特殊夾角下的長時間施工會誘發水平分力的動態變化，最終在時間積累下造成隧道管片襯砌軸線向曲線外側偏移。因此盾構每掘進一階段剛性管片的端面就會產生軸線方向的平面夾角，而在設備油缸壓力差的影響下會增加襯砌管片水平方面應力，最終產生管片背向圓心一側的移動趨勢。在現場施工過程中由于工程間隙的存在（盾構機外殼與管片），導致在同步注漿過程中因填充缺陷產生的側向壓力造成向定弧線外側發生偏移。

（3）多因素下的管片錯臺、開裂和破損問題探討：盾構速度以及外在圍巖應力的影響會導致在管片拼裝過程中以及竣工后的內弧面不平整事件（如環向錯臺、縱向錯臺）。另外在水平力作用下會發展成為整段隧道襯砌管片偏移至一定限度后的錯臺式相對位移。在外觀質量遭受管片錯臺影響的情況下所產生的集中應力會破壞管片的完整度。

（4）土體擾動誘發的沉降量探討：盾構施工需要合適的盾構速度、壓力和刀盤旋轉量。在小半徑曲線中施工會造成盾構機糾偏狀態持續時間較長。此外相關仿形刀掘進也是持續進行的，開啟的仿形刀會導致盾構殼體與附件圍巖土體發生不同程度的單邊擠壓和剪切，因此導致挖斷面最終成形為橢圓形。從而造成開挖量的真實數據遠大于前期模擬的計算量。

2 小半徑曲線隧道盾構施工技術控制措施

2.1 曲線掘進糾偏與隧道軸線控制

（1）盾構姿態控制。不同施工前提下的小半徑曲線地段施工過程需要進行盾構姿態的動態調整，以此及時糾偏和實現最終施工質量的保證。相關操作人員在施工前應根據后續工作情況進行先期的準備與數據的輸入，保證施工過程的順利進行。通常盾構機掘進的轉彎位置已經確認，為減小盾構施工過程的偏向位置累積，需要不斷進行位置調整。

（2）掘進參數控制?？刂茀档闹贫然斎牖蛘甙胱詣拥目刂啤Ｔ诖_保施工設計完善的前提下進行預先輸入并利用密封艙內的土壓力實現土體挖掘的平衡與穩定。根據現場經驗盾構機掘進過程中保證98%～100%的持續出土量可以保證安全生產。

（3）糾偏量控制。糾偏量的核算需要基于當前土體壓力、盾構程度與偏轉角位置而時刻調整，所以實際操作中為避免錯誤應進行小參數、多批次的糾偏量調整，優化調整推進軸線的控制，保證盾構機當前所在位置點與遠方點的連線同設計曲線相切。不同工作區的情況需要先進行巖土力學調研，確保初始數據的準確性后方可開始施工。注漿工藝流程圖1所示。

2.2 管片位移控制

（1）保留偏移量。在盾構機掘進過程中，承受側向壓力后，管片將偏移至圓弧外側。當施工進入曲線段時，根據理論計算和施工實踐經驗的綜合分析，考慮曲線段的地層條件，小半徑施工段的預留偏移范圍計算為30～50毫米，為了減小盾構姿態相對于曲線外部的偏移，盾構的初始姿態可以偏移到曲線內部，進而形成反向預偏移，以此抵消一些段的外部偏移量。

（2）推力控制段選擇。為了減小小半徑曲線段施工引起的管片位移，在掘進過程中必須減小盾構推力。設計線段尺寸時，應選擇寬度較小的線段。研究發現1.2 m段用于半徑為300 m的小半徑曲線段及其相鄰的過渡曲線段，曲線段的總控制力控制在600～900kN。

（3）灌漿控制。在小半徑曲線隧道中，由于盾構糾偏量大，土體擾動和管片位移增大。因此，應實時監控灌漿壓力、灌漿質量和灌漿量。灌漿是主要的方法，根據灌漿時間可分為同步灌漿和二次灌漿。灌漿的材料、比例、參數和工藝是根據工程的具體地質、水文和環境條件，參照以往類似地質區灌漿的成功經驗確定的。

（4）減少地層擾動。施工前應根據相應安全措施及工藝要求進行監測點和相應設備的部署，通常選擇固定式沉降觀測點于建筑物距離地面20 cm處，切單點間距5 m及以上，墻體根據厚度進行全面化測斜儀傾角測量標定。同時需要進行系統工程框架下的施工區域地面沉降監測以防止各種參數誤差帶來的地面沉降以及隧道塌方等惡性事故。相應技術人員應注意分析地質勘探資料以避免沉降或隆起的產生。計算機模擬器會提供當前工藝下的改進建議，避免參數偏差累計而成的誤差事故，及時進行土筒倉、壓力、灌漿量、灌漿壓力、行駛速度等施工工藝的調整。在管理方面應根據安全細則及相應技術規范進行不同施工節點的連貫式監控。如根據工程需要在不同施工段進行軟硬區域劃分并優化盾構系統工作方式，實時進行盾構姿態的調整。

3 結語

由于狹長隧道施工作業面的有限性，在小半徑曲線部分該種情況更加突出。因此相應技術人員應該基于盾構機尺寸綜合優化隧道挖掘工作方式，在曲線半徑與轉彎方式方面進行一定的函數關系轉換，以形成數學模型式的操作規程和設備控制算法。根據前進軸線的曲折度和現場難以確定的操作細節進行施工方式的確定，以此來克服小半徑曲線惡劣施工環境帶來的施工誤差。盾構機是隧道施工的必備設備。為了在小半徑曲線施工過程中盡可能發揮其作用，在實際操作過程中，可以通過調整盾構機的管片寬度來滿足小半徑曲線隧道盾構施工要求。由于曲線部分的曲率和其他因素的影響，表面變形更加困難并且變形量更大，因此在小半徑曲線隧道盾構施工中，不可避免地會造成較大的地層損失，導致較大的地表變形。

參考文獻

[1] 陳開端.極小半徑曲線隧道盾構施工技術控制[J].福建建材，2015（4）：67-69.

[2] 張合海.軟土地質小半徑曲線隧道盾構施工技術控制研究[J].工程建設與設計，2018（06）：207-209.

[3] 范杰.大直徑泥水盾構施工小半徑曲線隧道的質量控制措施[J].隧道與軌道交通，2013（2）：1-3+60.

[4] 張志鵬，方江華，張智宏.小半徑隧道中盾構分體始發施工技術[C].2011中國盾構技術學術研討會論文集，2011.

[5] 胡小強.小半徑大縱坡條件下盾構法施工管片受力及拼裝技術研究[D].重慶交通大學，2017.

[6] 朱小海.大坡度小半徑曲線隧道盾構管片質量控制技術[J].科技創新導報，2018（5）：74-76.

收稿日期：2019-05-05

作者簡介：張曉勇（1985—），男，甘肅武威人，本科，工程師，研究方向：城市軌道交通施工技術與管理。

Study on Control Measures of Shield Construction Technology for Small Radius Curved Tunnel

ZHANG Xiaoyong

（CCCC Tunnel Engineering Bureau Co.， Ltd. Beijing Shield Engineering Branch ， Beijing 100102）

Abstract： In order to study the difficulties and control measures in the working process of small radius curve tunnel in transportation industry. Based on years of working experience， taking the development of small radius curve shield construction technology in tunnel construction as the research object， use the research method of combining theory with practice to solve problems systematically，?this paper systematically summarizes the technical points and control difficulties in the process of shield construction under the premise of small radius construction， in order to provide constructive suggestions.

Key words： small radius; curve; tunnel; construction technology