1、. 年度論文盾構法施工小曲率轉彎隧道管片成環質量控制摘要：盾構法施工小曲率半徑隧道時，掘進施工軸線控制較難，很容易造成盾構偏離軸線以及糾偏困難等問題，影響隧道施工速度及管片拼裝及隧道結構質量。針對這一施工技術與質量控制難點，本文以武漢軌道交通二號線洪中區間為例深入探究小曲率轉彎隧道施工技術與管片成環質量控制要點。關鍵詞：盾構施工 小曲率半徑 管片錯臺 管片碎裂 防治措施 正文：0 前言在盾構施工中，盾構管片是盾構施工的主要裝配構件，是隧道的最外層屏障，承擔著抵抗土層壓力、地下水壓力以及一些特殊荷載的作用。盾構管片質量直接關系到隧道的整體質量和安全，影響隧道的防水性能及耐久性能。在盾構施工中，常

2、常會遇到盾構管片結構上浮、隧道軸線偏移和管片錯臺等問題。此類問題除了會影響隧道走向、凈空外，還會引起管片破裂并破壞管片結構，從而給隧道的防水帶來隱患。地鐵成型隧道管片的上浮和錯臺以及由其引起的管片破裂一直是困擾盾構隧道施工的技術難題。本文以武漢市軌道交通二號線一期工程18B標洪中區間小曲率轉彎施工時出現的管片碎裂和錯臺為研究對象，就產生管片碎裂和錯臺原因進行了總結分析，并就避免管片破損碎裂和錯臺的應對措施進行了探討研究。1 工程概況 武漢市軌道交通二號線一期工程洪中區間隧道結構采用預制裝配式鋼筋混凝土單層內襯，錯縫拼裝，環片內徑5.4米，厚度0.3米，寬1.5米。管片強度等級C50、螺栓強度等

3、級8.8級。管片為通用型管片，單環楔形量45mm。管片縱向和環向均采用單排彎螺栓(達克羅六角螺栓)連接。管片襯砌體接頭面采用平面式，在環縫和縱縫靠近外弧側設止水條槽，在內弧側設嵌縫槽。 洪山廣場站中南路站區間二號線隧道左線703.258、右線700.24。全線最小平曲線半徑為R350m（國內通常認定R<500m的平曲線為小曲率），縱斷面呈節約型“V”坡，最大縱坡為-28.350，區間隧道頂部埋深在8.224.6m之間。本工程洪山廣場站中南路站區間左右線從洪山廣場站始發后便是一段R350m曲線推進。本隧道主要穿越土層有：洪山廣場站中南路站區間二號線主要穿越（10-2）層碎石粘土、(11-1

4、) 粉砂、(11-2a) 粉質粘土、(16a-3)石灰巖、（18b-2）泥灰巖、（18c-2）泥巖、（18d-2）石灰巖、（18b-4）溶洞。2施工與質量控制難點分析2.1小曲率半徑轉彎推進軸線控制較難，糾偏較難 本工程所采用的盾構機為德國海瑞克S601土壓平衡式盾構機，盾構機外徑6250mm，管片拼裝后平均盾尾間隙約為75mm，采用被動連接式鉸接油缸拉伸控制轉彎時盾尾間隙。盾構機本身為直線形剛體，不能與曲線完全擬合，曲線半徑越小則糾偏量越大，糾偏靈敏度越低，軸線就比較難于控制；盾構機掘進時，總是在進行蛇行，難免出現姿態偏差；由于拐彎弧度大，需要左側油缸和右側油缸形成一個很大的推力差才能滿足盾

5、構機轉彎的要求，致使左右兩側的油缸推力可調范圍很小，從而可用于姿態調整的油缸推力調整量很小，所以加大了隧道軸線控制和糾偏的難度。同時，轉彎段盾構施工參數需要經過計算并結合地質條件、施工經驗等因素綜合考慮后方可確定。2.2管片在千斤頂推力水平分力作用下易產生垂直軸線位移 隧道管片襯砌軸線因推進水平分力而向圓曲線外側（背向圓心一側）偏移，如圖1。在小半徑曲線隧道中盾構機每掘進一環，由于管片端面與該處軸線產生夾角，在千斤頂的推力作用下產生一個水平分力，使管環脫出盾尾后，受到側向分力的影響而向曲線外側偏移。千斤頂推力圖1 轉彎處管片受千斤頂推力示意圖盾構開始推進狀態，管片在盾尾中 盾構推進方向 推進完

6、成管片即將脫出盾尾 圖2 轉彎時盾構機與管片位置示意圖 如圖2所示，千斤頂開始推進時,管片受到來自盾構機的作用力有：A 點的接觸力( 因此時管片剛安裝上, 雖然有作用力, 但較小)；左、右部分鋼絲刷的作用力及油脂壓力, 由于盾尾間隙右部遠大于左部, 所以左部鋼絲刷作用力較大，此時測量盾尾間隙右側應大于左側。隨著盾構機掘進1 環完成，千斤頂開始回收，此時管片受到盾構機作用力為：C 點的接觸力,此時由于管片抵御盾構機的偏離, 導致機殼對管片產生極大的作用力；由于右部盾尾間隙減小,管片此時脫出盾尾，這也是造成C點作用力的垂直于軸線的主要原因，此原因主要造成了管片環向錯臺。在小曲率轉彎時錯臺外弧線向內

7、，而內弧線向外錯臺。 圖3 外弧線向內錯臺 內弧線向外錯臺 2.3 管片之間易發生錯臺，管片易產生碎裂管片存在一個水平方向的受力，不但會使整段隧道襯砌管片發生水平偏移，還會導致管片之間發生相對位移，形成錯臺。由于管片的特殊受力狀態，管片與管片之間存在著斜向應力，使得前方管片內側角和后方管片外側角形成兩個薄弱點，使得相當多的管片因此破裂。還有一個破裂原因就是因為相鄰兩環管片產生了相對位移，使得管片螺栓對其附近處的混凝土產生了剪切作用，使該處的混凝土開裂。如圖4:圖4 千斤頂頂推管片掉角破損 螺栓連接部位管片開裂破損3 預防方案與應對措施對于小曲率轉彎的施工與質量控制難點，主要是從盾構機掘進參數、

8、盾構千斤頂推力分配、管片選型、被動鉸接的使用和螺栓復緊等施工措施方面來解決，特別是要采取同步注漿及時填充圍巖空隙保證土體穩定的措施。下面對上述難點逐一進行分析并探討：3.1 小曲率半徑隧道軸線與糾偏控制3.1.1 盾構姿態控制 盾構機的姿態可通過左側和右側千斤頂推力的調整來控制，本工程對右轉曲線的調整可采取的方式主要為通過左右側推進油缸的推力差實現行程差從而實現轉彎。這是盾構施工轉彎的基本方法，在小曲率半徑施工時應控制左右油缸推力差，一般以不超過40bar為限，過大的推力差會導致水平分力過大的管片錯臺，推力差過小則不能實現盾構機轉彎。推進時應注意觀察千斤頂撐靴的位置，使撐靴中心與管片環中線重合

9、，減小千斤頂頂推垂直軸線的分力。3.1.2 糾偏控制 當出現姿態偏差超過20mm時必須進行及時糾偏，否則難以保證規范要求的軸線偏差50mm。通過調整區域油壓來進行盾構糾偏時，上下與左右分別計算推力差，油壓差應控制在50bar以內，油壓具體數值要根據情況調整。糾偏應及時并且單環糾偏量不應大于10mm。 控制盾構姿態的主要目的為控制好盾尾間隙，通常若盾尾間隙差超過20mm則會出現不同程度的錯臺，當盾構姿態良好時管片在盾尾內拼裝將更容易。3.1.3 轉彎段起點前預先轉彎根據本工程地質情況和線路走向趨勢，應使盾構機提前進入相應地預備姿態，使得盾構機掘進至轉彎位置時已調整到預定的設計軸線上，無需在該點急

10、轉。由于緩和曲線與小半徑曲線350 m的切線角存在較大差距，在切點處再進行轉向，初始偏轉量較大，這在盾構機使用被動鉸接裝置的情況下較為困難。故一般情況應提前5環就進行盾構機的預偏轉，同時調整管片平面軸線與盾構機一致。3.1.4 加強測量施工因本工程轉彎半徑較小，通視長度僅有約40 m，測站間距離較小，盾構機后第一個測站距離也較近，應根據通視情況盡量減少個數。隨盾構轉彎及時進行跟進測量。本工程測量時主要控制盾構機的偏差，所以按照地鐵盾構施工測量方法，要以控制盾構機的姿態和偏差值來控制隧道姿態和偏差。測量內容為：盾尾軸線和高程，并計算出與設計軸線偏差值，另外還包括管片坡度，管片與盾尾間隙實測數據等

11、，盾尾間隙應每環測量。測量成果要用表格報盾構司機和項目部技術人員用于糾偏。3.2 管片選型拼裝控制3.2.1 管片選型施工過程中要嚴格管片選型程序，以保證管片拼裝質量。為滿足小曲率轉彎施工要求，本工程管片標準環寬1.5m，單環楔形量為45mm。管片選型應綜合盾構姿態、預期盾構姿態、千斤頂行程、盾尾間隙等因素考慮。本工程每環封頂塊可選點位為U1-U16，考慮錯縫拼裝則可選點位數為5，為充分利用管片楔形量，轉彎時一般選用靠轉彎半徑內側的點位進行拼裝，這樣可以平衡推進千斤頂行程與盾構姿態的矛盾，減少糾偏量。3.2.2管片拼裝管片拼裝前應清理盾尾雜物，確保管片與管片連接螺栓孔無雜物，管片與管片間軟木襯

12、墊傳力無阻礙，管片與盾尾間無大塊雜物。這是管片拼裝操作的前提。拼裝時應嚴格按照由下至上，左右交叉的順序拼裝，減少螺栓穿插難度，使管片均勻擺布，減少由于螺栓變形導致的管片錯臺、碎裂。成環時應檢查管片間隙、管片錯臺情況，務必使管片錯臺量小于規范要求的環向6mm，徑向5mm的要求。在此基礎上當管片脫出盾尾時才有保證管片錯臺量滿足成型要求的環向15mm，徑向10mm的可能。3.3 被動鉸接使用 海瑞克S601盾構機采用被動鉸接的形式調節盾尾姿態。在小曲率轉彎施工時，務必要注意鉸接油缸壓力與各油缸伸縮量。本工程R=350m轉彎鉸接油缸行程差不宜大于40mm，最小伸縮量不宜低于10mm，最大伸縮量不宜大于

13、60mm，油缸壓力不宜大于80bar。在隧道左線小曲率半徑轉彎施工時，項目部采取上述鉸接油缸參數控制取得了良好效果，管片成型錯臺量環向平均值為9mm，無嚴重碎裂情況。3.4 螺栓復緊的控制螺栓是管片與管片間連接的唯一配件，螺栓是否緊固到位直接影響管片脫出盾尾時的受力狀態。本工程采用的達克羅六角螺栓弧線長度為518mm，管片螺栓孔凈距464.6mm，墊片厚度8mm，螺帽厚度22mm，螺紋的螺距為2.8mm，管片間隙2mm，螺栓密封圈1mm。518-464.6-8*2-22-2-1*2=11.4/2.8=4.07取整為4絲經計算，螺栓露出螺帽長度理論值為11.4mm，故日常檢查中以螺栓露出螺帽3-4絲為緊固標準，露出長度小于2絲的螺栓認為緊固不到位。在日常檢查的10處環向錯臺嚴重的部位，發現有6處螺栓未擰緊或螺栓墊片下有泥塊。這表明螺栓緊固程度與管片錯臺有直接聯系。因此項目部要求所有管片螺栓必須用氣動扳手上緊到300N·m，在千斤頂推進過程中和推進后應對最新安裝的3環管片進行復緊，確保管片環脫出盾尾整體受力。4 結語 本工程