大坡度、小半徑盾構施工技術分析

岑立輝

Construction Technology of Large Slope and Small Radius Shield

CEN Li-hui

（ Nanjing Branch of CCCC Tunnel Engineering Company Limited， Nanjing 210000， China）

【摘? 要】隨著地鐵建設的高速發(fā)展，盾構施工工況多種多樣，對盾構施工技術及管理要求越來越高。論文重點介紹了大坡度、小半徑盾構施工技術的一些要點及相關措施。

【Abstract】 With the rapid development of subway construction， there are many kinds of shield construction conditions， and the requirements for shield construction technology and management have become higher and higher. This paper mainly introduces some key points and related measures of the construction technology of large slope and small radius shield.

【關鍵詞】盾構施工;大坡度、小半徑;措施

【Keywords】 shield construction; large slope and small radius; measures

【中圖分類號】TU7;TU2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻標志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2020）03-0130-03

1 工程概況

廣州市地鐵四號線南延段西出入場線盾構施工段為單線隧道，起訖里程為RDK0+340.201～RDK1+440.6，長1100.39m，管片734環(huán)。盾構段線路出加油站南側的明挖段盾構始發(fā)井后，沿環(huán)市大道西南行，然后以270m半徑繞過寡涌橋和下穿寡涌，再進入環(huán)市西大道南行，最后下穿廣隆涌（下穿廣隆橋）后到達廣隆站北端接收井。線路平面最小轉彎半徑為270m，里程為RDK1304.956～RDK1079.844，環(huán)號為91～241，長度225.112m，縱面設置1處V形坡，最大坡度45‰，坡長76.07m，環(huán)號為0～51，為始發(fā)段下坡，另一較大坡度為39.5‰，坡長220.5m，為到達段上坡。本區(qū)間盾構重難點為大坡度、小半徑曲線施工。

2 施工重難點控制措施

西出入場線盾構區(qū)間施工重難點主要有小半徑曲線施工時的盾構姿態(tài)及成形隧道軸線控制，以及大坡度（45‰）施工電瓶車防溜車控制。

2.1 小半徑曲線施工控制措施

①小半徑曲線段工程概況

小半徑曲線段里程為RDK1+304.956～RDK1+079.844，長度225.112m，半徑為270m，順掘進方向線路縱坡為19.5‰（長126.556m，下坡）接4.8‰（長98.556m，下坡），隧道埋深10.48～13.147。根據管片排版，本段環(huán)數為91～241環(huán)。

本段隧道范圍內地層為<2-1A>、<2-1B>、<2-2>、<2-3>淤泥質中粗砂層、<2-4>和<3-2>，隧頂為<1>人工填土層、<2-1A>淤泥層、<2-1B>淤泥質土層和<2-3>淤泥質中粗砂層。本段淤泥層采用三軸攪拌樁和旋噴樁進行了地面加固。

本段主要位于環(huán)市西大道西側人行道下，周邊建筑物有濱海城酒樓（2層，？準500靜壓預應力管樁，樁基與隧道最近距離為2.44m）、寡涌橋（？準1000混凝土灌注樁，樁基與隧道最近距離為3.22m）和濱海水晶灣（2層，？準500預應力管樁，樁基與隧道最近距離為3.94m）。隧頂上方主要有通訊管線、電力管線、給水管線和雨污水管線，小半徑曲線段地質圖見圖1。

②制定大坡度、小半徑曲線施工專項方案

為控制小半徑曲線掘進時盾構姿態(tài)超限，按方案擬提前進入曲線段及預留偏置量。

根據類似工程施工實踐經驗的綜合分析，同時需考慮掘進區(qū)域所處的地層情況，在R270m小半經曲線隧道掘進過程中，擬將設置預偏量80mm，施工中通過對小半徑段隧道偏移監(jiān)測，適當調整預偏量。

預留偏移量應在盾構進入緩和曲線段時開始進行姿態(tài)調整，在進入曲線段時盾構姿態(tài)達到預留偏移量，在曲線段時調整盾構資料逐步減小預留量，直至出緩和曲線時恢復至設計軸線。緩和曲線長50m，共34環(huán)，各點姿態(tài)和預留偏移量如下表1。

進入緩和曲線后每5環(huán)進行一次管片軸線測量，與設計軸線進行對比，同時與當環(huán)盾尾姿態(tài)記錄進行對比;當掘進5環(huán)后，盾尾姿態(tài)達不到理論要求時，需加大盾構姿態(tài)趨勢;當實測管片軸線在曲線內側，可適當減小盾尾姿態(tài)從而減小預留偏移量，當實測管片軸線在曲線外側，需緩慢加大趨勢，調整盾尾姿態(tài)增加預留偏移量。

③嚴格控制盾構糾偏量

盾構的曲線推進實際上是處于曲線的切線上，推進的關鍵是確保對盾構的頭部控制，由于曲線推進盾構環(huán)環(huán)都在糾偏，須做到勤測勤糾，而每次的糾偏量應盡量小，確保管片的環(huán)面始終處于曲率半徑的徑向豎直面內，盾構推進的糾偏量控制在2～5mm/m。

④施工過程控制

掘進過程中及時根據實測管片姿態(tài)進行分析研究，不斷優(yōu)化調整盾構姿態(tài)，剛進緩和曲線和圓曲線時，即在77環(huán)和115環(huán)時盾尾水平姿態(tài)曾分別達到最大值-112mm和-120mm，對應的管片脫出盾尾后水平偏差為-63和-107。

通過試掘進和幾次姿態(tài)糾偏的摸索和總結，在該地層中盾構姿態(tài)水平趨勢小于6時，姿態(tài)即開始整體左偏，垂直趨勢小于5時，姿態(tài)開始整體下偏。糾偏措施如下：

加大向右的趨勢至12～14（左右側推進油缸壓差基本為0），此范圍內管片錯臺不至于太大，此時盾頭向右擺的快;

逐漸減小趨勢（右側油缸推力>左側油缸推力，壓差約40～100bar不等，視姿態(tài)變化速率而定），此時盾尾姿態(tài)向右走得快，盾頭姿態(tài)仍向右較慢變化，直至趨勢減小到6～8，若姿態(tài)偏差還較大，則重復上述兩步，直至姿態(tài)回到合適值，綜上，對于此類地層中姿態(tài)超限，主要利用盾頭、盾尾姿態(tài)變化速率差來實現(xiàn)姿態(tài)調整糾偏;

對于管片姿態(tài)偏移超-10cm的，集中在左側注雙液漿，并加大注漿壓力至3.5～4.0bar，同時盾尾采取防漏漿措施，加大油脂注入量，必要時在盾尾塞海綿，以保證注漿量和注漿壓力，控制沉降;

根據之前方案確定預留的-8cm偏移量較大，控制不好盾尾姿態(tài)很容易超-10cm，趨勢調大后使脫出盾尾的管片再一次較盾尾姿態(tài)左偏，另外測量轉站后盾構姿態(tài)有時還會左偏1～2cm，趨勢也會發(fā)生變化，導致實際控制有偏差，因此后期改為預留-4～-6cm偏移量，盾尾姿態(tài)超過-80就要開始向右加大趨勢進行調整，使盾尾盡量在-60～-90范圍內。

⑤ 管片姿態(tài)

在圓曲線段，每次換站（約6～7環(huán)左右）同時即對管片姿態(tài)進行人工測量，及時為后續(xù)盾構掘進設置參考數據提供指導，同時利用環(huán)片姿態(tài)對盾構導向系統(tǒng)工作的可靠性進行監(jiān)控，當最后拼裝的環(huán)片（即與推進油缸鄰接的環(huán)片）姿態(tài)值與盾構姿態(tài)后參考點偏差值較大時，可以懷疑導向系統(tǒng)工作的可靠性，并及時進行相關的人工檢測工作，通過測量人員的人工復測管片姿態(tài)，目前盾構已順利通過小半徑曲線段，成型管片的水平偏差最大值為-107mm，超過-100的共計5環(huán)，豎直偏差最大值為-65mm，錯臺量超過設計規(guī)范的環(huán)數不超10環(huán)，其余均在設計要求范圍內。

2.2 大坡度施工控制措施

盾構施工在大坡度條件下，水平運輸設備極易發(fā)生溜車、制動失靈、動力不足等現(xiàn)象。為防止以上情況的發(fā)生主要從以下幾點進行考慮加強措施：

①設備進場前，充分考慮了西出入場線盾構掘進的坡度問題把原來兩個110kW驅動電機換成了兩臺132kW電機，增大牽引力，并根據廠家提供的大坡度上牽引力計算書合理進行列車編組，使整機重量控制在安全范圍之內。

根據廠家計算結果牽引重量為150T，在電瓶車牽引能力范圍內合理的進行電瓶車編組，提高施工功效。電瓶車及其后配套參數如表2。

本區(qū)間盾構施工考慮2列電瓶車編組，第一列編組為1電瓶車+3渣土車+1砂漿車+2管片車，運輸最大重量為31.5+31.8*3+5+2*3=137.9T，另一列編組為1電瓶車+2渣土車，運輸最大重量為31.5+31.8*2=95.1T，均能滿足電瓶車在50‰坡度下的牽引力要求。每列車裝滿土出來后先在始發(fā)井口吊土，吊完后再開進標準段換下一列車進去。

②制造時在電瓶車車頭前部加裝了兩個氣壓控制的鐵鉤，在電瓶車停車時鐵鉤放下勾住軌枕或預先焊好的固定裝置，防止溜車。

③編制大坡度防溜車專項方案，過程中嚴格按方案控制實施。

④在1號臺車前端設置固定式防撞欄桿，在5號臺車尾部加裝可開關式防撞欄桿，電瓶車開出臺車后馬上關上，進入臺車前打開。

⑤制作活動鐵鞋，連接橋下防撞欄桿后軌道上安裝兩個，隨著軌道向前延伸隨時跟進。始發(fā)井處常備活動鐵鞋若干，停車時專人負責塞好，動時拿開。

⑥雨天派人在軌道上撒沙，增大摩擦力，防止溜車。

⑦每天安排專人對設備進行巡檢，尤其是剎車系統(tǒng)和電壓，電壓降至510V必須更換電瓶，同時對安全裝置是否及時安裝也進行檢查，并制定獎罰辦法，杜絕安全隱患。

⑧電瓶車機車、渣斗車、砂漿車均采用雙氣路制動系統(tǒng)，可縮短供氣及制動時間，并設有手剎和腳剎等雙制動裝置，提高行車和制動的可靠性。

⑨在隧道內增設限速標識，提醒電瓶車司機在特殊路段（轉彎處和岔道處）采用適當的速度。

⑩軌道保養(yǎng)和隧道清理，軌枕采用12鋼筋焊接連接，各軌枕連接成整體。

通過采取上述種種施工技術及措施，本標段盾構施工順利完成，隧道成型質量滿足設計要求，且未出現(xiàn)電瓶車溜車等安全事故。