小半徑曲線盾構施工技術前言盾構小半徑曲線施工概述目前，我國正處于大規模建設時期，根底設施，尤其是交通設施建設如火如荼。在城市中，以地鐵為龍頭的地下空間綜合利用和建設，受既有建〔構〕筑物和有限空間的限制，消滅了大量簡單線型〔如小半徑、大縱坡〕或復合近接〔小凈距、下穿鐵路、立交、疊交〕的隧道工程。小半徑曲線盾構施工時盾構對外側地層是擠壓的狀態，因盾尾空隙的發生會使地層向隧道內側位移，回填壓注壓力也會使隧道產生位移，同時由于在小曲線地段的盾構，是用管片和地層反力掘進的，因此推動力的反力會使隧道向曲線外側位移，假設隧道的縱向剛度和地層的剛度過小，可能引起管片和其外地層的過大位移，以及使土壓超過土體的被動壓力而過大擾動。因此小半徑曲線地段的軸線掌握難度較大，同時管片向外側扭曲而擠壓地層使地層和管片構造均受到簡單的影響。適用范圍適用于軟土地區土壓平衡式盾構機小半徑曲線掘進。盾構小半徑曲線施工工藝工藝流程圖施工預備盾構機選型施工預備盾構機選型初設盾構參數關心措施管片選擇滿足小半徑曲線掘進要求掘進監測隧道〔沉降、位移、收斂〕優化盾構施工參數小于基準NoYes小半徑曲線施工完成軸管縱加線片向強預注設螺偏漿加栓設加勁復置固肋緊盾構機的適用性

圖2-1小半徑曲線施工工藝流程圖承受鉸接式盾構進展施工。由于盾構增加了鉸接局部，使盾構切口至支撐環，支撐環至盾尾都形成活體，增加了盾構的靈敏度，對隧道的軸線掌握更加便利以及管片外弧碎裂和管片滲水等狀況得以大大改善。1、適當的超挖量超挖，超挖量越大，曲線施工越簡潔。但另一方面，超挖會使同步注漿漿液因土體的松動繞入開挖面，加上曲線推動時反力下降的因素，會產生隧道變形增大的問題。因此，超挖量最好掌握在超挖范圍的最小限度內。2、鉸接角度滿足要求盾構機增加鉸接局部，使盾構切口至支撐環，支撐環至盾尾都形成活體，增加了盾構的靈敏度，滲水等狀況得以大大改善。鉸接角度α=〔L1+L2〕×180/π×R其中L1、L2和后體，R為曲線半徑，α為盾構機在小半徑曲線上的鉸接角度，此角度應小于盾構機自身的最大鉸接角度。通過固定鉸接千斤頂行程差來固定盾構機的鉸接角度，從而使盾構機適應相應得曲線半徑mm=千斤頂最大行程差×〔deg〕/最大左右鉸接角度deg。管片的適用性對于小半徑曲線地段，依據上海地鐵類似工程的施工閱歷，承受寬1.0m管片。管片寬度承受1.0m比1.2m更有利于線路曲線的擬合，管片拼裝更簡潔，也有利于削減管片的碎裂和隧道的整體防水。對小半徑曲線地段的管片楔形量檢算：6.2m，曲線半徑R=230mL1/R1=L2/R2 即L1/233.1=L2/226.9得L1=1.027325L2內、外弧長差值為：△L=L1-L2=0.027325L21.0m，L2≈1.0mL=27.32mm設計楔形量△L’=32.34mm＞△L=27.32mm61.0m+11.2m7.2△L=196.70mm，6△L’=194.04mm，7.2△L-6△L’=2.66mm1.0m+11.2mR=230m曲線。隧道關心措施隧道管片壁后注漿加固隧道每掘進完成22m。隧道內設縱向加強肋針對小半徑曲線上隧道縱向位移較大，在隧道靠近開挖面后50～60m范圍管片設置加強肋以增加隧道縱向剛度，掌握其縱向位移。加強肋承受雙拼[22a槽鋼用鋼板焊接成型，用螺栓將其與管片的預留注漿孔進展連接，從而將隧道縱向連接起來，以加強隧道縱向剛度。加勁肋部位及構造詳見加強肋構造圖。加強螺栓復緊每環推動完畢后，須擰緊當前環管片的連接螺栓，并在下環推動時進展復緊，抑制作用于管片310推動軸線預偏設置在盾構掘進過程中，要加強對推動軸線的掌握。曲線推動時盾構實際上應處于曲線的切線上，因此推動的關鍵是確保對盾構機姿勢的掌握。由于盾構掘進過程的同步注漿及跟蹤補注的雙液漿效果不能根本上保證管片后土體的承載強度，管片在承受側向壓力后，將向弧線外側偏移。為了確保隧道軸線最終偏差掌握在標準允許的范盾構推動中心線向曲線內側預偏20～40mm盾構機曲線設計中線同時需考慮掘進區域所處的地層狀況，在小半經曲線隧道掘進過程中，將設置預偏量20～40mm。如盾構推動中心線向曲線內側預偏20～40mm盾構機曲線設計中線2-2小半徑曲線段盾構推動軸線預偏示意圖盾構施工參數選擇1、嚴格掌握盾構的推動速度推動時速度應掌握在1～2cm/min。即避開因推力過大而引起的側向壓力的增大，又減小盾構推動過程中對四周土體的擾動。2、嚴格掌握盾構正面平衡壓力〔0.5～1mm〕來平衡盾構背土時的地層沉降量。同時也必需嚴格掌握與切口平衡壓力有關的施工參數，如出土量、推動速度、總推力、實際土壓力圍繞設定土壓力波動的差值等。防止過量超挖、欠挖，盡量削減平衡壓力的波動。其波動值掌握在0.02MPa3、嚴格掌握同步注漿量和漿液質量由于曲線段推動增加了曲線推動引起的地層損失量及糾偏次數的增加導致了對土體的擾動的增加，因此在曲線段推動時應嚴格掌握同步注漿量和漿液質量，在施工過程中承受推動和注漿聯動的方式，確保每環注漿總量到位，確保盾構推動每一箱土的過程中，漿液均勻合理地壓注，確保漿液的配比符合質量標準。通過同步注漿準時充填建筑空隙，削減施工過程中的土體變形。注漿未到達要求時盾構暫停推動，以防止土體變形。每環的壓漿量一般為建筑空隙的200％～250％，為2.7～3.2m3/環，承受可硬性漿液，漿液稠度9～11cm，泵送出口處的壓力不大于0.5MPa左右。具體壓漿量和壓漿點視壓漿時的壓力值和地層變形監測數據選定。依據施工中的變形監測狀況，隨時調整注漿參數，從而有效地掌握軸線。土體損失及二次注漿由于設計軸線為小半徑的圓滑曲線，而盾構是一條直線，故在實際推動過程中，實際掘進軸線必定為一段段折線，且曲線外側出土量又大。這樣必定造成曲線外側土體的損失，并存在施工空隙。每拼裝兩環即對后面兩環管片進展復合早凝漿液二次壓注，以加固隧道外側土體，保證盾構順當沿設計軸線推動。漿液配比承受：水泥:氯化鈣:水玻璃＝30:1:1，水灰比為0.6。二次注漿壓力掌握在0.3Mpa10～15L/min0.5m3/環。嚴格掌握盾構糾偏量盾構的曲線推動實際上是處于曲線的切線上，推動的關鍵是確保對盾構的頭部的掌握，由于曲線推動盾構環環都在糾偏，須做到勤測勤糾，而每次的糾偏量應盡量小，確保楔形塊的環面始終處于曲率半徑的徑向豎直面內。除了承受楔型管片，為掌握管片的位移量，管片糾偏在適當時候承受2～3mm/m。針對每環的糾偏量，通過計算得出盾構機左右千斤頂的行程差，通過利用盾構機千斤頂的行程差來掌握其糾偏量。同時，分析管片的選型，針對不同的管片需有不同的千斤頂行程差。盾尾與管片間的間隙掌握小曲率半徑段內的管片拼裝至關重要，而影響管片拼裝質量的一個關鍵問題是管片與盾尾間的間隙。合理的周邊間隙可以便于管片拼裝，也便于盾構進展糾偏。施工中隨時關注盾尾與管片間的間隙，一旦覺察單邊間隙偏小時，準時通過盾構推動方向進展調整，使得四周間隙根本一樣。在管片拼裝時，應依據盾尾與管片間的間隙進展合理調整，使管片與盾尾間隙得以調整，便于下環管片的拼裝，也便于在下環管片推動過程中盾構能夠有足夠的間隙進展糾偏。依據盾尾與管片間的間隙，合理選擇楔型管片。小曲率半徑段時，盾構機的盾尾與管片間間隙的變化主要表達在水平軸線兩側，管片轉彎正常跟隨盾構機，當盾構機轉彎過快時，隧道外側的盾尾間隙就相對較小；當管片因楔子量等緣由超前于盾構機轉彎時，隧道內側的盾尾間隙就相對較小。因此，當無法通過盾構推動和管片拼裝來調整盾尾間隙時，可考慮承受楔型管片和直線型管片互換的方式來調整盾尾間隙〔可結合管片選型軟件指導〕盾構糾偏及測量姿勢調整盾構及管片糾偏盾構掘進中，由下述方法保證盾構推動軌跡和隧道設計中心線的偏差在設計允許范圍內。承受調整盾構千斤頂的組合來實現糾偏盾構千斤頂按上、下、左、右四個扇形分布，推動千斤頂的油泵為變量泵，當盾構需要調整方向時，可通過比例閥調整四個區域的油壓，來調整千斤頂的頂力。如盾構偏離設計軸線，而需糾偏時，可在偏離方向相反處，調低該區域千斤頂工作壓力，造成兩千斤頂的行程差，也可承受停開局部千斤頂獲得行程差。但這樣易造成襯砌局部區域受力不勻，使管片損壞。盾構糾偏時要使千斤頂各區域壓力分布呈線性狀態，如盾構要向右糾，除左區要較右區有一個較大的壓力差外，上、下區域的壓力也要適當，一般可取左、右區域壓力的平均值。同理，如需上、下糾偏時，可造成上、下區域千斤頂的壓力差。承受微量楔形料進展隧道管片糾偏在曲線段承受管片環面上粘貼楔形低壓棉膠板的方法，使直線段管片成為微量楔形軸線和設計軸線擬合。石棉橡膠板的壓縮率為12%，分段粘貼好的石棉橡膠板經推動過程中千斤頂壓縮后，成一平坦楔形環面。管片在制造中，會存在微小的誤差〔特別是環寬的誤差些誤差的積存和進展會導致盾構雖未偏離設計軸線，但盾尾的管片變得越來越難拼裝，測量管片的偏差，會覺察管片中心線已呈偏離設計軸線的趨勢，實行以下預防措施：a、在每一環管片拼裝時，測量上一環管片與盾構內殼上、下、左、右各點的間隙，假設各點間隙均在1cm1cm，則可視作管片已開頭偏離盾構軸線，此時可用微量石棉橡膠楔形料進展糾偏，將最大楔形量貼于間隙小處的襯面上。b、一次最大楔形量不得大于5mm，假設超過5mm，管片橡膠止水條的壓縮量變小，會失去止水效果。所以在曲線段掘進時當安裝楔形管片后仍需粘貼糾偏條時，應分數環粘貼，不應一環粘貼過厚。c、假設最大楔形量為5mm〔經壓縮后為4.10mm〕一次可糾偏斜率為千分之零點六六。測得管片與盾構的偏差斜率后，即可算得糾偏的環數。盾構測量與姿勢掌握盾構機的測量是確保隧道軸線的根本，在小曲率半徑段是盾構機的測量極為重要。同時，可以通過測量數據來反響盾構機的推動和糾偏。在施工時，如有必要可以實施跟蹤測量，促使盾構機形成良好的姿勢。由于隧道轉彎曲率半徑小，隧道內的通視條件相對較差，因此必需屢次設置的測量點和后視點。在設置的測量點后，應嚴格加以復測，確保測量點的準確性，防止造成誤測。同時，由于盾構機轉彎的側向分力較大，可能造成成環隧道的水平位移，所以必需定期復測后視點，保證其準確性。由于線路的急轉彎，間距20～30環布置測量吊籃，每推動5環復測一次導線點。盾構機推動承受2-3min盾構機拼裝后，應進展盾構縱向軸線和徑向軸線測量，其主要測量內容包括刀口、機頭與機尾連接中心、盾尾之間的長度測量；盾構外殼長度測量；盾構刀口、盾尾和支承環的直徑測量。盾構機掘進時姿勢測量應包括其與線路中線的平面偏離、高程偏離、縱向坡度、橫向旋轉和切口里程的2-1測量工程測量誤差測量工程測量誤差測量工程測量誤差測量工程測量誤差平面、高程偏離值〔mm〕±5縱向坡度〔‰〕±1里程偏離值〔mm〕里程偏離值〔mm〕±5切口里程〔mm〕±10橫向旋轉角〔“〕±3固定的螺桿〔X，Y，Z〕AOC〔X，Y，Z〕坐標圓點〔前參考點〕O1盾尾后參考點XY軸、Z點。在刀盤后面固定螺桿盾構姿勢的測量前點。利用激光站支架置鏡在盾構主機支架上設一個支導線點、然后置鏡支導線點后視激光站導線點測出A、B、CA、B、C三點相對O1O坐標軸有固定關系，依據A、B、CO1O固定的螺桿〔X，Y，Z〕AOC〔X，Y，Z〕坐標圓點〔前參考點〕O1盾尾后參考點監控量測及信息反響施工監測內容針對該區間隧道沿線的建〔構〕筑物及地下管線設施，結合盾構推動施工中引起地面沉降的機理承受如下監測內容：地表環境沉降監測地表沉降地下管線沉降建〔構〕筑物沉降在建隧道沉降監測施工監測范圍及點位布置1、地表沉降點布設建立地面沉降監測網，即在現場布置平行于隧道軸線的沉降監測點和垂直于隧道軸線的沉降監5100249246121236平行于隧道軸線的地面監測點主要用于觀測盾構施工時對地面的影響程度；垂直于隧道軸線的地面監測點主要用于觀測盾構施工時對地面的影響范圍。203030～100次，對100環外全部完成區間監測點每月觀測一次。在整個區間隧道施工完成后對該區間地表軸線點再測量一次看后期變化量。2、地下管線沉降施工前與各種管線單位聯系，摸清地下管線的準確位置，并將管線落到具體的布點圖上，按管線單位要求進展監測點的埋設，并做好監測點的保護工作。同時加強沿線巡察，并把監測信息準時反響給各管線單位。本著即能全面把握信息，又要經濟安全地完成整個隧道工程的原則，對常規管線的監測利用地表沉降監測網。但為了更直接地了解盾構施工對管線的影響程度，對軸線兩側各5米范圍內各種管線的設備點〔如閥門井、抽氣井、人孔、窨井等〕進展直接監測，在管線單位的監控下確保管線的安全，并掌握管線的沉降在容許的范圍內。3、建筑物沉降30m內涉及的建筑物進展監測。4、隧道沉降監測沿著隧道推動方向在隧道的管壁上布設沉降監測點，在進、出洞50環范圍內，每隔5環布設一點，在其他部位每隔10環布一沉降監測點。每次監測范圍為施工區段100環，前期已完成區段100監測技術要求及監測頻率1、監測精度在監測工作中，監測精度應滿足以下要求：沉降位移監測誤差≤0.5mm；2、監測頻率對影響范圍內的監測對象，合理安排施工監測頻率：22/30～1001/周，13mm/的要求。建筑物沉降：監測頻率2次/天，準時了解建筑物的變化狀況，在盾構穿越危房時要增加監測頻率，依據沉降量及沉降速率準時調整監測頻率，保證監測信息準確準時。隧道〔環片〕20m1/20m50m1/250m1/周；隧道貫穿后1/月，沉降穩定后改1/2監測資料的分析、處理及資料報送1、監測測量結果在測量工作完畢后22、監測資料每日以報表形式提交，報表要對應工況，工況要以圖表反映，說明施工時間及相應施工參數。這樣有利于對監測報表進展綜合分析，提高報表的有用性和牢靠性。3、每周提交有數據、有分析、有結論〔沉降變化曲線〕的周報小結；4、全部工程完畢后一個月，提交監測總結報告。勞動力組織3-13-1勞動力配置表盾構司機2起重工2電瓶車司機4電工3桁車司機2焊工3反挖司機2防水工4盾構修理人員3注漿工6測量工2碴土車司機6機修工4普工6合計492～3機具設備配置4-1蓄電池組4與電瓶車配套蓄電池組4與電瓶車配套與地質、盾構有關機械設備名稱型號規格數量備注土壓平衡盾構機1帶有鉸接裝置和超挖刀龍門吊32t/5t1龍門吊24t16t1依據場地需要電瓶機車18～25t2依據牽引負荷選取碴土車8～18m35～6運漿車5～7m31用于同步注漿運漿車5～7m31用于改進直流充電機2與蓄電池配套始發反力架移動始發托架800～1500t6400～500t6與盾構配套砂漿攪拌機3m31惰性漿液漿液攪拌系統25m3/h1水泥砂漿通風機2×37KW1密封運碴車15t4～6自卸汽車1潛水泵3～6卷揚機5t2卷揚機1t1砂輪機1臺鉆1電焊機2～4質量掌握要點1、在曲線段推動過程中，為確保盾構沿設計軸線推動，必要時使用仿形超挖刀，使內側的出土量要大于外側的出土量。此時同步注漿量要準時跟上。2、在曲線推動過程中，為確保盾構沿設計軸線推動，嚴格掌握盾構出土量。并在掘進過程中開啟仿形超挖刀，使曲線內側的出土量要大于外側的出土量。3、在盾構推動過程中，加強對軸線的掌握，推動時必需做到勤測勤糾，而每次的糾偏量應盡量小，確保管片環面始終處于曲線半徑的徑向豎直面內。4、由于曲線段推動增加了曲線推動引起的地層損失及糾偏次數，加大了對土體的擾動。在曲線段推動時應嚴格掌握同步注漿量。每環推動時依據施工中的變形監測狀況，隨時調整注漿量。注漿過程中，必需嚴格掌握漿液的質量及注漿量和注漿壓力，注漿未到達要求時盾構暫停推動。5、拼裝完成覺察環面嚴峻不平的管片，拆下重拼；通過傳力襯墊調整管片受力，對產生碎裂的管片進展修補等。安全留意事項洞內運輸對運輸機具、軌道必需定期進展安全運行檢查和維護。電瓶車輛在隧道內曲線段行駛以及進出臺車，必需緩慢通過。隧道內工作人員必需在人行走道板上通行，走道板必需綁扎結實。電瓶車、平板車嚴禁載人運輸。做好例行保養，剎車片準時更換。長距離大坡度地段：電瓶車增設電動制動剎車裝置及配置行車閃光示警燈具，定期準時檢查剎車裝置，保證其良好性；將鋼軌軌枕牢靠固定連接，不允許松動；工作面鋼軌末端設置行駛止動裝置，垂直運輸盾構工作井四周設立安全欄桿及安全擋板，防止發生井邊物體墮落打擊事故。起吊設備必需有限位保險裝置，不得帶病或超負荷作業。起重專職指揮，加強責任心，預防發生碰撞事故。管片配專用吊具及鋼絲繩，要定期檢查，覺察缺陷，準時調換。滿載土斗起吊前，必需進展處理，防止泥塊墮落傷人。夜間施工井口必需有足夠的光照度。起重指揮持證上崗。起重用索具、夾具須有產品合格證和質保書。管片拼裝12、機械手舉起管片后，嚴禁該斷面區域站人，以防吊耳脫落，引起管片墜落傷人。3、機械手轉動前小腳應撐住管片，不得晃動。4、小腳調定油壓≤6Upa，以免吊耳、預埋件受損傷。5、機械手的聲、光警報裝置齊全。6、機械手由專人操作。7、吊耳絲扣擰到底。工程實例工程簡介出入段線是上海市軌道交通9號線一期工程進出地面車輛段的兩個單線盾構隧道，包括西出入段線和東出入段線，呈“八”字形分布。其中，西出入段線起點西岔道井(里程L1DK0+119.64，終點西工作井〔里程L1DK0+629.54，全長509.894，線路最小曲率半徑為250m；東出入段線起點東岔道井(里程L2DK0+153.67，終點東工作井〔里程L2DK0+434.，全長296.297，線路最小230m。出入段線隧道承受裝配式鋼筋砼管片Φ5.5mΦ6.21.2m1.0m斷面的三元乙丙橡膠與遇水膨脹橡膠鑲嵌的復合形框形彈性密封墊。環、縱縫間設置承壓防水丁晴8°〔6°〔6°、一塊封頂鍥形塊1°。出入段線隧道埋深9.42～1.91m，主要穿越土層為③-1灰色粉質粘土、⑤-1a灰色粘土。飽和軟粘土具較高的觸、流變特征，在水動力條件下可能產生流砂、涌砂現象。東出入段線最小半徑為230m，立交線長102.273m，從下行線上方呈19°斜交穿過，穿插處覆2.72m2.05m32.5‰的上坡淺覆土進入東工作井。如圖7-1西出入段線最小半徑為250m，立交線長105.709m，從下行線上方呈18°斜交穿過，穿插處覆3.88m2.58m32.5‰的上坡淺覆土進入西工作井。如圖7-27-1圖7-1東出入段復合立交段重難點分布圖 圖7-2西出入段復合立交段重難點分布圖7-1重難點 里程 長度m西出入段線兩線立交、小半徑曲線L1DK0+499.061～L1DK0+51