大连地铁盾构300m小半径曲线始发施工技术概要
地铁盾构300m小半径曲线始发施工技术
摘要:文章针对大连地铁2号线盾构工程300m半径曲线始发段的测量控制问题,从盾构机始发姿态控制、掘进控制、管片姿态控制三个方面进行技术总结。
关键词:盾构;小半径曲线隧道;曲线始发
1工程概况
大连市地铁二号线西安路站~交通大学站区间,本区间隧道起讫里程为
DK16+803.630~CK18+462.893。本区间主要采用盾构法施工,在靠近交通大学站一端采用矿山法。本盾构区间隧道起讫里程为DK16+803.630~DK18+130.000,右线全长1326.370m,区间在DK16+796.63处设盾构始发井,在DK18+135.5处设盾构接收井。
西安路站至交通大学站区间平面线路出西安路站后沿南北向向南,通过半径为300m的曲线转入偏东西方向,再通过半径450m曲线接入黄河路,到达交通大学站。区间纵断布置形式呈“V”字形,最大纵坡为25‰。区间为双线地下隧道,左右线路为上下重叠至区间终点左右线逐渐分离并行。
图1 西安路站至交通大学站区间平面图
2 盾构机始发姿态
盾构始发时,为提供足够的推力并保持反力架、负环管片稳定,盾构机必须沿直线推进。从始发洞门开始其中心路径前10m 沿隧道设计中心线(R300m 曲线的割线(该割线通过始发洞门中心线推进,待盾尾脱离基座后逐步调整盾构姿态使盾构沿隧道设计线路推进。
盾构沿内弦线掘进最大偏移量:
mm m
l 7.4100417.53003002
2==--=
盾构机轴线与始发井轴线夹角:∠θ=∠a+∠b=2.6°
其中∠a=arcsin(8625.1/299916=1.65°,∠b=arcsin(5000/299916=0.95°
图2割线与始发井结构中心线角度计算图
图3 盾构曲线始发示意图
由于在盾体离开始发架前盾构不宜或不能转向,只能直线推进,因而小半径曲线段盾构机始发主要是通过对盾构机始发轴线向曲线内侧的旋转和偏移在盾构机长度范围内直线推进,该直线段后用比设计转弯半径小的实际推进曲线来拟合设计曲线,因此盾构应采用割线姿态始发。经计算盾构机按偏转2.6°始发,最大偏差为41mm,小于50mm,满足规范要求。盾构进入洞门即采用扩挖刀进行扩挖,以便留出初始转向空隙,在盾尾完全进入洞门后即开始转向,保证盾构由直线掘进状态顺利进入曲线状态掘进。避免在曲线外侧超挖。本工程盾构选型采用被动铰接结构,具备260m半径转向能力,同时配置扩挖刀,其伸缩量可以调节。
3 盾构机掘进控制技术
盾构机沿小半径曲线掘进时,会在掘进方向的垂直方向产生一个较大的侧向分力。为将隧道轴线最终偏差控制在规范要求范围内,盾构掘进时应给隧道预留一定
的偏移量。盾构机沿曲线的割线方向掘进,管片拼装时轴线位于弧线内侧,以使管片出盾尾后受侧向分力,向弧线外侧偏移时留有预偏量。在本工程隧道掘进过程中预偏量为15~25 mm,可根据管片姿态监测情况作适时调整。
盾构机在岩层中掘进时,由于隧道顶部同步注浆浆液流失及地下水浮力作用,管片在脱出盾尾后会有一定量的上浮。因此在盾构掘进时垂直方向上也预留上浮量,即将盾构机按设计线路下压一定量,以保证管片上浮后隧道高程不超出规范要求。本工程盾构机下压量为
20~30 mm,在不同的地层中,可根据管片姿态监测情况作适时调整。
为了保证盾构机按设计轴线掘进,首先要将设计轴线数据(DTA 表单输入到导向系统的电脑中,同时输入全站仪、后视棱镜所在测站的三维坐标,并根据人工对盾构姿态的复测结果修正盾构姿态。
图4 隧道设计轴线数据(DTA表单
图5 根据人工复测结果修正盾构机姿态设置
4管片姿态控制技术
在300m半径曲线上推进时,由于隧道曲率大,前方的可视距离短,导致盾构ZED 导向系统测量移站频繁。本工程中,在R=300m的圆曲线隧道上,平均约16环(19.2m 换站一次。
每次换站完成后,进行一次测量复核,调整ZED系统的数据。由于测量距离短,测量站安装在尚未完全稳定的管片上,所以每次换站完成后,高程数据都会有一定的变化。为了保证测量数据准确,建议每天进行一次复核,及时调整ZED系统的数据。
为了第一时间掌握成型隧道的情况,及时优化掘进参数,需每隔10环测量一次管片的姿态,每环管片从拼装完成到最后稳定至少测量3次;根据测量数据,对管片的侧移、上浮规律进行分析,选择最优的掘进参数和最合适的二次注浆位置。根据监测数据,本工程始发段的管片已经稳定,其最终水平、垂直姿态均符合规范要求,管片没有崩边、裂角情况,最大错台为5mm,也未出现接缝漏水现象,施工效果良好。
水平尺
环片铝合金尺
反射片
图 6 管片姿态测量示意图
图7 施工现场管片姿态测量图
5总结
本工程实施效果表明:在300m半径曲线隧道盾构始发施工中,要抓住轴线曲率大、半径小、盾构机姿态难控制、成型隧道水平位移大的特点,选择好合适的始发方向来控制盾构机
的姿态，管片拼装过程中及时复测盾构机姿态，在管片拼装完成后，结合同步注浆、二次注浆来稳定成型隧道，通过加强管片姿态监测来及时调整掘进参数，
确保隧道施工质量满足设计和规范要求。参考文献 [1] 《城市轨道交通工程测量规范》GB50308—2008 [S]； [2] 《工程测量规范》BG50026—2007 [S]； [3] 洪开荣，吴学松.盾构施工技术.人民交通出版社. 2009-05