急曲线盾构施工控制技术要点

何振华 申纪鹏 韩月旺

0 引言

盾构隧道施工技术可在极少干扰城市正常功能的前提下，安全快速的完成隧道施工，已成为城市修建地铁隧道及穿越江河隧道的首选施工方法。然而，由于地铁车站设置、穿越上覆建筑物等条件制约，隧道的设计轴线在空间上不可能全部为直线或缓和曲线。一般的城市地铁线路正线最小曲线半径在300 m～600 m之间，困难条件下可设置为250 m～300 m之间的急曲线，目前已有曲线半径小于250 m的施工工况，如广州地铁5号动物园站—杨箕站的曲线半径已达到200 m。因此，研究盾构在急曲线半径条件下的盾构施工控制技术，对于提高盾构隧道施工质量，降低施工风险具有重要意义。

1 盾构施工控制技术

1.1 盾构设备选型

盾构机作为最重要的隧道开挖设备，其设备选型及构造决定了能否顺利完成隧道开挖使命。由于盾构机自身为直线形刚体，在施工过程中并不能与隧道设计曲线完全拟合。在曲线段盾构掘进只能为一段连续的折线，呈现“蛇形”线路。盾构机体越长，与设计曲线拟合的难度就越大，隧道轴线越难控制。因此，当盾构机体长度不能满足急曲线施工的情况下，选用具有铰接装置的盾构机。铰接装置通过液压油缸行程的不同，可以使盾尾和中前盾中心线之间形成一定夹角，从而让盾构机预先推出弧线姿态，与隧道设计曲线趋于吻合，为管片提供良好的拼装空间。

1.2 井下水平运输设备

井下水平运输设备主要由电瓶车、渣土车、浆液车和管片车组成，并在铺设的轨道上行驶。隧道曲线半径越小，水平运输设备的穿行能力就越小。因此选用的单节车体长度和宽度应较小，必要时可使用转向装置等措施增加其通行能力。

1.3 管片选型及姿态控制

盾构隧道最终是由管片分块成环，继而由环间纵向连接成衬砌。因此在曲线段需选用楔形管片。利用管片楔形量和管片拼装的旋转角度进行隧道转弯和纠偏。隧道曲线半径越小，需要的管片楔形量越大。然而楔形量过大，则衬砌拼装后隧道容易产生渗漏水现象。因此，为保证隧道拼装质量，应合理选择管片的楔形量，应减小管片宽度，使成型隧道轴线与设计线形尽量保持吻合。

盾构在急曲线段掘进过程中，曲线外侧盾尾间隙很小，曲线内侧盾尾间隙很大，造成曲线外侧管片拼装困难和隧道轴线难以控制。在盾构掘进过程中，应采取措施使左右两侧盾尾间隙接近正常值，让管片保持较好的姿态，使管片姿态和盾构机状态保持一致。若通用环形式管片，必要时可采用几环通缝拼装来替代错缝拼装，来弥补错缝拼装后楔形量不足的问题，从而实现管片衬砌顺利转弯。

1.4 施工测量

在盾构施工中，测量是决定盾构姿态控制的重要环节。在盾构进入缓和曲线前、在缓和曲线上、进入急曲线段前必须分别进行隧道贯通联系测量。即通过地面控制网复测、竖井联系测量和隧道内导线测量对盾构的掘进方向进行复核，为盾构在曲线段施工时姿态控制提供依据。同时，在急曲线上要加强测量频率，了解盾构掘进状态，调整掘进参数，使盾构在急曲线段施工完全处于受控状态。由于急曲线段的曲线半径小，隧道内可视距离变短，导致盾构VMT导向系统测量移站频率增加，且测量站安装在尚未稳定的管片上，测量数据极易变动，更应增加测量频率，及时调整VM T系统数据。

1.5 设备检修

盾构在进入曲线段前，尤其是急曲线段前，应对设备进行全面检测及维修，特别是刀具磨损、损坏检修，从而为曲线段一次性通过创造条件。同时在曲线段掘进过程中，密切注意掘进速度、刀盘扭矩等参数变化，确保各种刀具特别是边缘仿形刀的正常使用。

1.6 曲线拟合

由于盾构在曲线段施工时，隧道轴线与管片端面法线会形成一定角度，使推进油缸顶力产生侧向分力。曲线半径越小，侧向分力越大。受侧向分力影响，当管片环脱出盾尾后，会向曲线外侧产生一定的偏移。因此，为使隧道轴线最终偏差处于要求范围内，需在曲线段掘进时向曲线内侧预留一定偏移量，即盾构机应沿设计轴线的割线方向掘进。预偏量的确定需要依据理论计算和施工经验综合分析得出。

1.7 掘进参数控制

在急曲线段施工时，应降低盾构机掘进速度，减小总推力。盾构掘进速度越快，盾构机总推力就会越大，管片所受侧向分力就越大。同时，为减小侧向分力对管片姿态的影响，可分次间隔地完成一环掘进。即每掘进一定距离，停止掘进并分批收回全部千斤顶，再让千斤顶重新顶压管片，然后继续掘进，多次循环完成一环的掘进。从而改变了千斤顶顶靴和管片接触位置，调整千斤顶推力方向，减小千斤顶推力与管片端面法线的夹角，从而减小了千斤顶侧向分力。

1.8 壁后注浆控制

在急曲线段进行盾构施工，宜采取不平衡同步注浆与双液注浆相结合的方案，控制成型隧道轴线，减少管片错台和破损现象。即关闭轴线内侧壁后注浆泵，利用外侧注浆孔进行注浆，甚至二次注浆，防止管片环在侧向分力作用下向外偏移。

2 结语

盾构在急曲线段施工时，最为重要的是如何处理盾构姿态、管片姿态、隧道轴线之间的关系。因此，在盾构设备和管片选型确定后，盾构施工过程中的控制方案决定了成型隧道的质量。通过系统阐述急曲线段的施工控制措施，以期更好地为指导盾构施工提供借鉴。

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