小半徑曲線盾構隧道管片錯臺控制技術研究

吳發展 尹粵 宋仕雄 陳亞憲

摘 要：小半徑曲線盾構隧道工程，管片向外側扭曲擠壓地層，使地層和管片結構均受到復雜的影響。可見，管片安裝好壞直接影響隧道的質量和使用壽命。由此，本文依托小半徑曲線盾構電纜隧道調查管片拼裝錯臺超標統計情況，對超標原因進行分析，并針對性地提出具體的控制措施，提高管片拼裝質量。

關鍵詞：小半徑曲線;盾構;管片;錯臺

中圖分類號：U455.49 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）02-0086-03

Research on Control Technology of Slice Stagger in Small?Radius Curved Shield Tunnel

Abstract： In the small radius curve shield tunnel project， the segments twist and squeeze the stratum outward， which makes the stratum and segment structure suffer complex influence. It can be seen that the installation of segment directly affects the quality and service life of the tunnel. Therefore， this paper relied on the statistics of small radius curve shield cable tunnel to investigate the over-standard of segment assembling staggered platform， analyzed the reasons for the over-standard， and put forward specific control measures to improve the quality of segment assembling.

Keywords： curve in small radius;shield;segment;step

城市地下空間利用和建設，受地面既有建筑物和地下空間的限制，出現了大量小半徑曲線隧道工程。小半徑曲線盾構外側呈擠壓狀態。管片向外側扭曲擠壓地層，使地層和管片結構均受到復雜的影響。管片安裝好壞直接影響隧道的質量和使用壽命。蒙曉蓮[1]以廣州地鐵4、5號線直線電機盾構隧道工程為背景，針對直線電機隧道大坡度和小曲線半徑的顯著特性，采用理論分析、數值計算、現場實測對比分析等方法，對小半徑、大坡度線路條件下盾構隧道施工開挖面穩定性和管片受力相關問題進行研究探討。薄帥帥[2]運用數值模擬研究管片結構受力等效應力和管片接頭的力學狀態等情況。劉建國研究了盾構隧道管片拼裝質量控制技術，分析管片拼裝錯臺的原因，并提出相應的防治措施。本文依托電纜隧道，研究小半徑曲線盾構隧道管片錯臺控制技術。

1 工程概況

深圳電網北環110kV架空線改造入地電纜隧道工程土建I標南線隧道位于深圳市福田區，從筆架山公園南側坡腳開始，向南穿行筍崗西路、中心公園，至深南東路轉向西行，沿深南大道經福田河、深南皇崗立交至深南彩田立交，沿彩田路西側南行，至終點為220kV福華變電站，南線主要長度為4 044m，其中盾構隧道全長3 965.956m。盾構隧道設5處曲線，其中3處最小半徑為250m（見表1），設置4個區間，最長區間為1 456m（見圖1）。

工程地質情況如下。隧道沿線范圍內上覆人工素填土、沖洪積粉質黏土、粗砂、黏土及殘積土，下伏基巖為燕山期花崗巖。隧道局部地段洞身穿越中、微風化巖層或隧道開挖面上軟下硬。地下水主要表現為松散土層孔隙水、孔隙潛水及基巖裂隙水。隧道埋深在28～32m，沿線地下水穩定水面埋藏深度0.60～18.00m，標高介于0.05～9.00m，且有一定承壓性。

2 管片拼裝情況

設計管片外徑4.6m，內徑4.0m，管片寬度1.2m，管片厚度0.3m，混凝土強度等級C50P10。

2.1 管片拼裝要求

本工程管片拼裝允許偏差滿足《盾構法隧道施工與驗收規范》（GB 50446—2008）和《地下鐵道工程施工質量驗收標準》（GB/T 50299—2018）規定，成型隧道相鄰管片徑向錯臺大于10mm、相鄰管片環向錯臺大于15mm的超標率≤5%。為打造精品優質工程，超標率控制在4%以內。

2.2 管片拼裝調查

項目部調查第一段小半徑曲線第352—401環共400處點位，其中有40處點位發生錯臺超標的現象（見表2）。

2.3 調查結果

調查結果顯示，曲線段管片錯臺超標率高出驗收允許值（5%），且超標率還在繼續擴大。

3 調查分析

根據管片超標統計情況，對超標原因進行調查分析。

3.1 管片糾偏幅度過大

通過查找第364環的掘進記錄（左轉），盾構水平姿態為+51mm。此時，盾構司機為了防止盾構機進一步偏離中線，采取了加大左右油壓差的方式進行糾偏。但是，在操作過程中，糾偏幅度過大，造成連續3環的盾尾間隙過小，從而造成盾尾尾刷擠壓管片導致管片錯臺超標。

3.2 管片拼裝點位選取錯誤

通過查找第378環的掘進記錄（左轉），盾尾間隙左側為75mm，右側為56mm，根據盾尾間隙、掘進油缸行程差及鉸接油缸行程差，選擇了時鐘1點位，管片點位選取不當，故而造成拼完之后的第379環出現盾尾間隙小，從而導致在下環掘進過程中盾尾尾刷臺階擠壓管片造成錯臺超標。

3.3 管片拼裝操作不當

調閱第380—384環的掘進記錄表及拼裝時間發現：當天白班完成掘進12環。根據以往經驗，管片調運+拼裝時間應在15～20min。翻閱拼裝記錄，發現當天拼裝時間平均為13min。現場值班人員反映，為了趕工，管片拼裝時只進行了粗調。在拼裝環節，其錯臺量已超標。可見，源頭上把控不到位導致錯臺量超標。

4 控制措施

通過調查分析，制定針對性的控制管片錯臺對策（見表3）。

4.1 理論計算與實際操作結合，確定最大糾偏量

技術人員對小半徑曲線左右油缸行程差進行了理論計算，其理論值為20.64mm。

[Δ=l×R+r2R-l×R-r2RmmΔ=1 200×4.3250=20.64mm] ? ? ? ? ? （1）

式中，[Δ]表示油缸行程差;[l]表示每環掘進長度;[R]表示曲線半徑;[r]表示油缸安裝直徑。

曲線盾構推進每環都在糾偏，通過盾構千斤頂行程差控制糾偏量，逐環小量糾偏，防止過量糾偏對已拼裝管片和盾尾密封的損壞，糾偏量控制在2～3mm/m。每次糾偏量需保證楔形塊環面處于曲線半徑的徑向豎直面內。管片與盾尾的間隙影響管片拼裝質量及盾構糾偏，通過盾構方向調整使四周間隙基本相同。

在實際掘進過程中，連續三環油行程缸差在26mm時，發現盾尾間隙逐漸減小，鉸接油缸壓力上升。通過調整油缸行程差及管片拼裝位點后使其降低到標準范圍，經多次試驗后，左右油缸行程差控制在24mm時，對盾尾間隙無影響。此時，鉸接壓力為180bar，鉸接油缸位移差為80mm。

后續每環掘進油缸行程差控制在24mm。此時，可以保證盾尾間隙每環的變化量能適應刀盤的開挖輪廓，否則超過該值后易造成盾尾與管片擠壓形成錯臺。

4.2 技術人員對管片拼裝點位選取進行技術交底

第一，技術人員對盾構掘進人員下發管片拼裝點位選取施工技術交底并進行培訓。通過進行交底培訓，讓現場人員了解管片構造、楔形量控制以及管片超前量如何計算。

第二，現場進行管片拼裝點位選取指導，結合理論數據，確認選擇的管片是否超前或者滯后，管片安裝順序從底部標準塊開始向上拼裝相鄰塊，在隧道頂部拼裝封頂塊。

通過加強技術培訓，合理進行管片拼裝點位的選擇，糾偏后盾尾間隙均大于45mm。

4.3 選聘經驗豐富的管片拼裝工現場示范

第一，加強現場控制，對盾構掘進技術人員下發管片拼裝施工技術交底并進行培訓。通過進行交底培訓，讓現場人員熟悉管片構造、管片拼裝的操作要求。

第二，拼裝工進行現場示范交底，并講述關鍵部位的把控。

管片拼裝后允許偏差相鄰管片的徑向錯臺不超過5mm，相鄰環管片的環面錯臺不超過6mm。

5 效果驗證

控制錯臺措施在第2段小曲線段實施后，共檢測點位400處，累計錯臺點位為17處，錯臺超標率為17/400=4.25%，達到驗收要求（不超過5%），但未達到當初確定的目標（4%）。第二段250m小半徑曲線錯臺超標調查表見表4。從后半段25環的錯臺超標率來看，達到4%的目標是可以實現的，需要進一步控制。

6 底部錯臺控制

通過對第二段250m小半徑曲線管片記錄進行分析與總結，發現錯臺部分在成環管片的底部較多。這主要是因為未考慮雨季施工因素。通過現場核對試驗，將現場細砂的含水率調整為與雨季一致，其他配合比數據不變，實測初凝時間為10h，不符合方案要求的為6h。對此，提出以下控制措施。

計算施工配合比，合理進行含水量的調整。對每次進場的細砂進行含水量測定，通過現場試拌確定砂漿漿液初凝時間。

調整配合之后測定砂漿漿液。漿液初凝時間為6h，滿足方案要求的同步注漿初凝時間在4～6h。

控制錯臺措施在第3段小曲線段實施后，共檢測點位400處，累計錯臺點位為14處，錯臺超標率為14/400=3.5%，符合《盾構法隧道施工與驗收規范》（GB 50446—2008），且符合當初制定的質量控制目標，實現了錯臺超標率4%以內的目標（見表5）。

7 控制效果及鞏固措施

7.1 控制效果

管片拼裝質量得到顯著改善，二次注漿費用、管片修補費用大幅降低，管片破損頻率大幅下降，平均日掘進環數增加1.5環，施工效率提高，施工進度加快，為企業帶來了顯著的經濟效益（見表6）。

7.2 鞏固措施

編制《盾構隧道施工安全質量管理手冊》下發到現場管理人員和操作人員手中，結合現場情況，制作幻燈片，舉辦學習班，深入施工現場監督指導，不斷提高施工人員素質，保證施工質量。

8 結論

在具體施工中，要注意：理論計算與實際操作結合，確定最大糾偏量，每次糾偏量需要保證楔形塊環面處于曲線半徑的徑向豎直面內;雨季每工作班應測定細砂含水率，通過現場試拌確定砂漿漿液初凝時間。

對施工成型的盾構隧道管片拼裝質量進行抽查，管片拼裝質量有很大的改善，管片錯臺大于10mm的比例降低到3.5%，提高了管片拼裝質量。

參考文獻：

[1]蒙曉蓮.大坡度小半徑線路情況對盾構法施工開挖面穩定性及管片受力影響的研究[D].北京：北京交通大學，2011.

[2]薄帥帥.盾構施工對管片結構受力的影響分析[D].北京：北京交通大學，2010.