小半径曲线隧道盾构施工工艺

小半径曲线隧道盾构施工工艺

1 前言

1.1工艺工法概况

小半径曲线盾构隧道是指曲线半径在250～400米的曲线隧道，由于施工采用盾构法施工，盾构机的设计转弯能力直接影响到隧道的施工难易程度，目前使用较多的德国海瑞克Φ6280mm的土压平衡盾构机的最小水平转弯半径为200米、日本小松TM625PMD盾构机最小水平转弯半径为150米，可以满足小半径曲线的施工要求。但施工过程中需采用相应的辅助措施及加强施工各个方面的控制才能有力确保小半径曲线隧道施工质量。

1.2工艺原理

1.2.1盾构掘进过程中通过刀盘的超挖刀，推进油缸的压力、行程差、铰接油缸的行程差使盾构机根据隧道的设计曲线前行以完成曲线段的隧道施工

1.2.2通过增大每环管片的楔型量、减少环宽以增大管片转弯的能力来拟合隧道较小的设计曲线。

2 工艺工法特点

有效减小了建筑物密集区等特殊条件下隧道选线的难度，适用于较小半径曲线盾构隧道的施工，施工具有安全、经济、高效的特点。

3 适用范围

适用于小半径曲线盾构隧道。

4 主要引用标准

4.1《地铁设计规范》(GB50157)

4.2《地下铁道工程施工及验收规范》(GB50299)

4.3《混凝土结构设计规范》(GB50010)

4.4《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB50204)

4.5《地下防水工程质量验收规范》(GB50208)

4.6《建筑防腐蚀工程施工及验收规范》(GB50212)

5 施工方法

小半径曲线盾构隧道施工是在土压平衡的前提下，采用VMT导向系统控制掘进方向、通过刀盘的超挖刀扩挖掌子面、推进油缸压力差使盾构机沿曲线方向前行、盾构铰接油缸行程差使盾体与盾尾有效的拟合曲线，最后通过楔型量较大的管片拼装来拟合盾构机开挖的曲线形成小半径曲线隧道。

6 工艺流程及操作要点

6.1施工工艺流程

图1 施工工艺流程图

6.2操作要点

6.2.1施工准备

工程开工前了解隧道地质情况、地面建筑物情况，做好盾构机的选型工作，确保使用盾构机满足小半径曲线的施工能力。进入小半径曲线掘进前2个月前做好施工的各项准备工作，准备工作的重点为小半径曲线使用管片的生产。

6.2.2掘进控制

1进入小半径曲线启用超挖刀、仿形刀，使开挖空间满足盾构机转弯的能力。掘进过程中根据掘进参数选择合适的超挖量，一般超挖量20～50mm。装有超挖刀的刀盘如图2所示:

2在小半径曲线隧道中盾构机每推进一环，由于推进油缸与管片受力面不垂直，在油缸的推力作用下产生一个水平分力，使管片拖出盾尾后，受到侧向分力

的影响向曲线外侧偏移，因此盾构机提前进入小半径曲线掘进，盾构机水平姿态向曲线内侧偏20～40mm ，如图3管片受力分析图所示：

图2

图3 管片受力分析图

双刃滚刀

3采用VMT自动导向系统和人工测量辅助进行盾构姿态监测，采用分区操作盾构机推进油缸控制盾构掘进方向，被动铰接装置在曲线掘进过程中形成油缸行程差，使盾构机有效拟合曲线，小半径（250～400米）曲线段主要控制参数如下：

表1 小半径曲线段掘进控制参数

4小半径曲线段掘进严格做好渣土改良，采用加注水、泡沫剂、膨胀土等混合物增加渣土的和易性、降低渣温、减少盾体与地层的摩擦力使盾构掘进平稳、顺畅的进行。

6.2.3管片选型与拼装

1管片选型

根据小半径曲线线路选择合适的管片宽度和管片楔形量，管片的环宽越小、楔形量越大管片所适用的曲线半径也就越小。以通用管片为例可以计算管片理论上能实现的最小转弯半径：

管片每环宽度为B，管片外径为D，单面楔形量为△，纵向螺栓的分组数，即拼装点位总数n。采用错逢拼装，按照下列公式可计算出理论管片可满足的最小转弯半径R:

R=B*D/(2△(1-sin（n*π）))

由上公式可知：环宽B越大、R越大，单面楔形量为△越大、R越小。

根据目前国内小半径曲线的施工情况一般半径为250～400米可采用环宽1.2米、楔形量为41mm的管片。

2管片拼装

1)作业班组严格按照管片拼装操作规程执行，从管片的进场验收、下井、运输、吊运、拼装过程中严格要求。

2)拼装前冲洗管片、检查止水条粘贴密实、盾尾清理干净后方可进行拼装。

3)拼装过程中严格控制管片环缝、纵缝＜5mm。

4)油缸收缩与拼装管片同步，禁止油缸过多收缩影响管片成环质量。

5)K块止水条涂抹黄油，插入K块拼装机与推进油缸同时使用，严禁用力过大造成K块破损。

6.2.4同步注浆及二次注浆

曲线段提高同步注浆浆液强度，确保成型管片能够快速的稳固防止成型管片受不均匀推力侧移。在全断面硬岩、较软地层中同步注浆很难达到饱满、稳固成环管片的效果，及时采用二次注浆加固。

表2 同步注浆浆液配比

注浆压力控制在（1.5～3.5）bar。

根据开挖直径和管片外径计算：每环注浆量V=∏/4*K*L*（D1-D2）2=3.14/4×1.5×1.5×(6.282-6.02)2=6.1m3，因此确保注浆量大于6.1m3。

6.2.5施工测量

小半径曲线掘进重点做好地面沉降监测、管片姿态复测，主要监测项目见下表：

表3 施工监测项目

盾构施工技术要求高，专业性较强，要求工种多，且施工环境特殊，现场需配备专业技术人员。作业班组24小时白、夜班作业，人员配备见表4。

表4 盾构掘进所需劳动力

表5 主要机械设备

9.1易出现的质量问题

9.1.1管片易错台、开裂和破损

管片存在一个水平方向的受力，不但会使整段隧道管片发生水平偏移，还会导致管片之间发生相对位移，形成错台。由于管片的特殊受力状态。管片与管片之间存在着斜向应力，使得前方管片内侧角和后方管片外侧角形成两个薄弱点如图4 管片斜向应力分析示意图所示，同时相邻两环管片产生了相对位移，使得管片螺栓对其附近处混凝土产生前倾作用，使该处的混凝土破裂。

图4 管片斜向应力分析示意图

9.1.2管片渗漏水

1管片错台导致止水胶条衔接不紧密；

2管片外侧的混凝土开裂，裂缝绕过止水胶条，具体见图5 管片裂缝破损示意图所示：