第1章小半径曲线盾构专项施工方案

第1章小半径曲线盾构专项施工方案

1.1．前言

1）盾构小半径曲线施工概述

目前，我国正处于大规模建设时期，基础设施，尤其是交通设施建设如火如荼。在城市中，以地铁为龙头的地下空间综合利用和建设，受既有建（构）筑物和有限空间的限制，出现了大量复杂线型（如小半径、大纵坡）或复合近接（小净距、下穿铁路、立交、叠交）的隧道工程。

小半径曲线盾构施工时盾构对外侧地层是挤压的状态，因盾尾空隙的发生会使地层向隧道内侧位移，回填压注压力也会使隧道产生位移，同时由于在小曲线地段的盾构，是用管片和地层反力掘进的，因此推进力的反力会使隧道向曲线外侧位移，如果隧道的纵向刚度和地层的刚度过小，可能引起管片和其外地层的过大位移，以及使土压超过土体的被动压力而过大扰动。因此小半径曲线地段的轴线控制难度较大，同时管片向外侧扭曲而挤压地层使地层和管片结构均受到复杂的影响。

2）适用范围

适用于软土地区土压平衡式盾构机小半径曲线掘进。

1.2．盾构小半径曲线施工工艺

1）工艺流程图

工艺流程如图2-1所示

图2-1 小半径曲线施工工艺流程图

2）盾构机的适用性

采用铰接式盾构进行施工。由于盾构增加了铰接部分，使盾构切口至支撑环，支撑环至盾尾都形成活体，增加了盾构的灵敏度，对隧道的轴线控制更加方便以及管片外弧碎裂和管片渗水等情况得以大大改善。

（1）、适当的超挖量

盾构大刀盘上安装有仿形刀,具有一定的超挖范围。在曲线施工时可根据推进轴线情况进行部分超挖，超挖量越大，曲线施工越容易。但另一方面，超挖会使同步注浆浆液因土体的松动绕入开挖面，加上曲线推进时反力下降的因素，会产生隧道变形增大的问题。因此，超挖量最好控制在超挖范围的最小限度内。

（2）、铰接角度满足要求

盾构机增加铰接部分，使盾构切口至支撑环，支撑环至盾尾都形成活体，增加了盾构的灵敏度，可以在推进时减少超挖量的同时产生推进分力,确保曲线施工的推进轴线控制。管片外弧碎裂和管片渗水等情况得以大大改善。铰接角度α=（L1+ L2）×180/π×R 其中L1、L2分别为铰接盾构的前体和后体，R为曲线半径，α为盾构机在小半径曲线上的铰接角度，此角度应小于盾构机自身的最大铰接角度。通过固定铰接千斤顶行程差来固定盾构机的铰接角度，从而使盾构机适应相应得曲线半径。铰接千斤顶行程差mm=千斤顶最大行程差×（左右铰接角度deg）/最大左右铰接角度deg。2.3管片的适用

性

对于小半径曲线地段，根据上海地铁类似工程的施工经验，采用宽1.0m管片。管片宽度采用1.0m比1.2m更有利于线路曲线的拟合，管片拼装更容易，也有利于减少管片的碎裂和隧道的整体防水。

对小半径曲线地段的管片楔形量检算：

以管片外径6.2m，曲线半径R=230m圆曲线段进行检算

L1/R1=L2/R2 即 L1/233.1=L2/226.9 得L1=1.027325L2

内、外弧长差值为：△L= L1- L2=0.027325L2

当管片宽度为1.0m时，L2≈1.0m时，△L=27.32mm

设计楔形量△L’=32.34mm＞△L=27.32mm

小半径圆曲线段设计管片排版采用6环1.0m宽楔形+1环1.2m宽直线环：

7.2△L=196.70mm，6△L’=194.04mm，7.2△L-6△L’=2.66mm

以上计算可知，6环 1.0m宽楔形+1环 1.2m宽直线环的排版方式很好的拟合了R=230m小半径圆曲线。

3）隧道辅助措施

（1）隧道管片壁后注浆加固

隧道每掘进完成2环，及时通过管片的预埋注浆孔对土体进行复合早凝浆液二次压注加固,范围为管片壁后2m。

（2）隧道内设纵向加强肋

针对小半径曲线上隧道纵向位移较大，在隧道靠近开挖面后50～60m范围管片设置加强肋以增强隧道纵向刚度，控制其纵向位移。加强肋采用双拼[22a槽钢用钢板焊接成型，用螺栓将其与管片的预留注浆孔进行连接，从而将隧道纵向连接起来，以加强隧道纵向刚度。加劲肋部位及构造详见加强肋构造图。

（3）加强螺栓复紧

每环推进结束后，须拧紧当前环管片的连接螺栓，并在下环推进时进行复紧，克服作用于管片推力产生的垂直分力，减少成环隧道浮动。每掘进完成3环，对10环以内的管片连接螺栓复拧一次。

4）推进轴线预偏设置

在盾构掘进过程中，要加强对推进轴线的控制。曲线推进时盾构实际上应处于曲线的切线上，因此推进的关键是确保对盾构机姿态的控制。

由于盾构掘进过程的同步注浆及跟踪补注的双液浆效果不能根本上保证管片后土体的承载强度，管片在承受侧向压力后，将向弧线外侧偏移。为了确保隧道轴线最终偏差控制在规范允许的范围内，盾构掘进时给隧道预留一定的偏移量。根据理论计算和和上海相关施工实践经验的综合分析，同时需考虑掘进区域所处的地层情况，在小半经曲线隧道掘进过程中，将设置预偏量20～40mm。如图2-2所示，施工中通过对小半径段隧道偏移监测，适当调整预偏量。

图2-2 小半径曲线段盾构推进轴线预偏示意图

5）盾构施工参数选择

1、严格控制盾构的推进速度

推进时速度应控制在1～2cm/min。即避免因推力过大而引起的侧向压力的增大，又减小盾构推进过程中对周围土体的扰动。

2、严格控制盾构正面平衡压力

盾构在穿越过程中须严格控制切口平衡土压力，使得盾构切口处的地层有微小的隆起量（0.5～1mm）来平衡盾构背土时的地层沉降量。同时也必须严格控制与切口平衡压力有关的施工参数，如出土量、推进速度、总推力、实际土压力围绕设定土压力波动的差值等。防止过量超挖、欠挖，尽量减少平衡压力的波动。其波动值控制在0.02MPa以内。

3、严格控制同步注浆量和浆液质量

由于曲线段推进增加了曲线推进引起的地层损失量及纠偏次数的增加导致了对土