地鐵隧道超小半徑曲線盾構始發施工技術研究

□文/耿生春 秦 林 黃求新 周偉善 張 笛 張 杰

隨著我國城市化進程的不斷加快，交通擁堵問題日益嚴重，為突破城市交通瓶頸，改善城市交通狀況，發展便捷、高效的地鐵已成為各城市首選。地鐵線路的規劃會受到周邊復雜環境的影響及既有建（構）筑物的制約，不可避免地出現小半徑曲線盾構始發的線路；與常規盾構法施工技術相比，小半徑盾構法具有施工難度大、風險高的特點，因此，研究小半徑曲線盾構施工技術，可有效避免小半徑曲線內施工容易超限、管片容易出現錯臺、漏水等問題的出現。

1 工程概況

某地鐵盾構區間為兩條單洞單線圓形隧道，長700 m，區間頂部覆土厚9.76～17.6 m，線間距為11～15.3 m，區間最大縱坡度為-25‰，最小半徑300 m，采用盾構法施工，割線始發。設計管片外徑6.2 m、內徑5.5 m、厚度350 mm，采用通用型管片錯縫拼裝，雙頭螺母M30 彎螺栓連接。始發端采用三軸攪拌樁加三重管高壓旋噴樁加固。

2 地質條件

盾構穿越地層土質主要為：第Ⅰ海相層⑥4粉質黏土層、⑥5黏質粉土層、⑥6粉質黏土層；第Ⅱ陸相層⑦1、⑧1粉質黏土層及⑧2砂質粉土層、第Ⅲ陸相層⑨1粉質黏土層及⑨2粉砂層、第Ⅱ海相層⑩1粉質黏土層。隧道埋深自始發站至接收站由淺到深，洞身通過范圍由⑥4粉質黏土層逐漸進入⑩1粉質黏土層。

3 施工重難點分析

1）盾構始發軸線在300 m 小半徑曲線上，與洞門不垂直，導致盾體與鋼環左右側壁不平行，結構間隙左右不均，直接影響橡膠簾布的止水效果，增加了始發過程中的安全風險。

2）受盾體長度限制，按照常規的切線始發方案進洞后無法進行糾偏，只能采取直線進洞，待盾體完全進洞后需進行急彎段掘進，此時刀盤存在較大偏差，糾偏難度較大；同時，盾構機在掘進方向的垂直方向產生一個較大的側向分力，掘進軸線易出現較大偏差。

4 施工技術要點

4.1 盾構機選型

為滿足300 m 小半徑曲線上始發要求，盾構掘進施工采用一臺中鐵裝備CRE6440盾構機，最小水平作業轉彎半徑為250 m，整機總長80 m，盾體采用被動鉸接式，后配套車架6個。為減少割線長度，盡量縮短復位設計曲線距離，避免臺車卡洞門，采取盾構機分體始發，先把最后一節裝載電纜后配套車架（長9.51 m）進行分離，等待步入到設計曲線后，再將后配套臺車拖入隧道，與盾構機及其他后配套臺車相連。

4.2 端頭井加固區長度調整

設計始發端頭加固長度11.5 m，盾構機在加固區內不宜調整姿態。為了減小切線與軸線偏差，在始發加固段4.2 m 水平長，盾構外皮兩側各3 m 寬，盾構外皮上下各3 m 深范圍內，采用42.5 普通硅酸鹽水泥的φ800 mm@500 mm 高壓旋噴樁和φ850 mm@600 mm三軸攪拌樁進行加固。

4.3 割線始發

盾構機在小半徑始發時，采取常規的切線始發受盾構機盾體長度的影響，無法進洞后進行糾偏，只能沿直線推進。故盾構機在曲線段始發時，選擇割線方式確定盾構始發中心線[1]。

由于洞門尺寸及后配套限制，在始發刀盤位置向外偏離隧道中心線34 mm，在始發井后端盾尾位置向外偏離隧道中心線243 mm，通過計算，盾構始發中心線（割線）在始發井洞口環端面位置尺寸向內偏離隧道中心線約30 mm。盾構機完全出洞時，刀盤偏移量為206 mm[2]。見圖1和圖2。

圖1 盾構機始發姿態偏移

圖2 盾構機完全進洞刀盤偏移

盾構機完全進洞時進行急彎段掘進，刀盤存在較大偏差。應及時調整盾構機姿態、糾正偏差。

1）分區操作推進油缸，合理設定行程差來調整盾構機姿態，糾正偏差，將盾構機的方向控制調整到符合要求的范圍內[3]。

2）急彎段必要時可利用盾構機的超挖刀進行局部超挖來糾偏。

3）當滾動超限時，盾構機會自動報警，此時應采用盾構刀盤反轉的方法糾正滾動偏差[4]。

4.3 增加小鋼箱

盾構機需割線始發，盾構機與洞門防水裝置不垂直，夾角約8°11′24.20″，導致盾構刀盤左右側到達洞門防水裝置行程相差1 m且盾構機與洞門鋼環左右間隙不均勻，洞門密封難以保證，故將洞門鋼環延伸，使鋼環斷面與盾構機始發方向垂直；再在延伸鋼環上增加鋼箱雙簾布防水裝置。洞門延伸鋼環長度達到1 142 mm，不但保證了洞口密封，同時很好地保證了盾構機割線始發提前復位。

4.4 管片設計

該區間管片為通用楔形環，外徑6 200 mm、內徑5 500 mm。曲線段采用環寬為1.2 m、強度等級C35、抗滲等級P10、楔形量為36.4 mm的雙面楔形管片，直線段采用1.5 m、楔形量為30.3 mm 雙面楔形管片，合理地選用管片，可以避免錯臺。

4.5 盾構掘進

小半徑曲線始發時，盾構機在掘進方向的垂直方向產生一個較大的側向分力，為了避免隧道軸線偏差較大，應在盾構掘進時在隧道內預留一定的偏移量。盾構機沿曲線的切線方向掘進，管片拼裝時軸線位于弧線內側，以使管片出盾尾后受側向分力，向弧線外側偏移時留有預偏量[4]。

5 結語

本盾構隧道始發段的管片已經穩定，其最終水平、垂直姿態均符合規范要求，管片未出現崩邊、裂角情況，管片縱縫和環縫錯臺均≯5 mm[5]，也未出現接縫漏水現象，施工效果良好。通過對小半徑曲線始發研究和應用，系統的策劃出一套適合小半徑曲線盾構始發的施工技術，成功解決了本工程小半徑盾構始發線路軸線曲率大、半徑小、盾構機姿態難控制、水平位移大等難題，從而確保了施工線形，管片錯臺、漏水等滿足規范要求，同時降低了施工成本，為以后小半徑始發提供了寶貴的經驗。