地铁隧道穿越既有建（构）筑物施工和小曲线半径盾构施工方案设计

毕天龙

摘要：基于川黔上下行线铁路桥和贵昆铁路太慈桥特大桥相关资料，根据对川黔上下行线铁路桥和贵昆铁路太慈桥特大桥设计及施工文件进行调穿越既有建（构）筑物施工和小曲线半径盾构施工方案设计。

关键字：隧道线路、盾构施工、盾构纠偏量

1、盾构侧穿铁路桥施工基础情况

川黔上下行线铁路桥和贵昆铁路太慈桥特大桥相关资料，根据对川黔上下行线铁路桥和贵昆铁路太慈桥特大桥设计及施工文件进行调查。

四皂区间侧穿川黔铁路上行线铁路桥2、3#墩，对应区间隧道里程为YDK25+357.410～YDK25+384.410原设计为承台基础，下设6根钻孔灌注桩，2#墩桩基长8m，3#墩桩基长15m，花溪大道改造工程对桥墩进行了改造，扩大承台和加深桩基，桩基采用人工挖孔桩，2#墩桩长29m，3#墩桩长27.5m。区间穿越地层为中风化白云岩。

2、盾构穿越既有建（构）筑物施工

（1）严格控制盾构正面土压力

土仓中心土压力值根据埋深及土层情况设定，压力波动控制在±0.02MPa，在施工过程中根据地表监测结果，结合施工时总结的最佳参数来确定盾构穿越建构筑物的土压值。安装在土仓内的土压传感器可以适时将刀盘前部的土压值显示在控制室屏幕上，盾构主司机根据地面监测信息的反馈及时更改、设定土压力。施工中土压力与出土量紧密联系，及时总结最合理的土压力及出土量，减小对土体的扰动，使土体位移量最小。

（2）推进速度控制

盾构推进通过对土压传感器的数据来控制千斤顶的推进速度，推进速度控制在2～4cm/min，并保持推进速度、刀盘转速、出土速度和注浆速度相匹配;在推进过程中保持稳定，每日推进5环左右。

（3）出土量控制

出土量与土压力值一样，也是影响地面沉降的重要因素。在盾构机穿建构筑物时，将出土量控制在理论出值的98%，保证盾构切口上方土体能有微量的隆起（不超过1mm），以便抵消一部分土体的后期沉降量，从而使沉降量控制在最小范围内。

（4）同步注浆

盾尾通过后管片外围和土体之间存在空隙，施工中采用同步注浆来充填这一部分空隙。施工过程中严格控制同步注浆量和浆液质量，严格控制浆液配比，使浆液和易性好，泌水性小，为减小浆液的固结收缩，试验室定期取样，进行配合比的优化。同步注浆浆液选用可硬性浆液。

同步注浆量一般控制在建筑空隙的200%左右。注浆压力控制在0.3MPa左右。实际施工中浆液的用量及注浆压力结合前一阶段施工的用量以及监测报表进行合理选择，合理选择注浆孔位（一般为隧道底部两侧，减少注浆时瞬间压力对地层的抬升） ，同步注浆尽可能保证匀速、匀均、连续的压注，防止推进尚未结束而注浆停止的情况发生。

（5）严格控制盾构纠偏量

盾构进行平面或高程纠偏的过程中，必然会增加建筑空隙，造成一定程度的超挖。因此在盾构机进入建筑物影响范围之前，将盾构机调整到良好的姿态，并且保持这种良好姿态穿越建构筑物。在盾构穿越的过程中尽可能匀速推进，最快不大于4cm/min;盾构姿态变化不可过大、过频，控制每环纠偏量不大于4mm（高程、平面），控制盾构变坡不大于1‰，以减少盾构施工对地层的扰动影响。

（6）管片拼装

在盾构处于拼装状态下时，千斤顶的收缩会引起盾构机的微量后退，因此在盾构推进结束之后不要立即拼装，等待几分钟之后，待周围土体与盾构机固结在一起后再进行千斤顶的回缩，回缩的千斤顶数量尽可能少，满足管片拼装要求即可。在管片拼装过程中，安排最熟练的拼装工进行拼装，减少拼装的时间，缩短盾构停顿的时间;拼装过程中发现前方土压力下降，可以采用螺旋机反转的手段，将螺旋机内的土体反填到盾构机的前方，起到维持土压力的作用。拼装结束后，尽可能快地恢复推进。

3、小曲线半径盾构施工技术

本工程皂太区间隧道线路平面最小曲线半径R=340m。

根据施工经验认为小半径曲线段掘进存在以下问题：

在小曲线盾构掘进施工中，为了使盾构机行走路线与设计曲线相吻合，掘进中需要连续纠偏，曲线半径越小，纠偏量就越大，操作就越困难，可能引起管片错位，造成隧道渗漏水及安全隐患。

（1）适当的超挖量

盾构大刀盘上安装有超挖刀，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。

（3）推进轴线预偏设置

在盾构掘进过程中，要加強对推进轴线的控制。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8.6-1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。

（4）纠偏量

在盾构掘进过程中，要加强对推进轴线的控制，盾构的曲线推进实际上是处于曲线的切线上，因此推进的关键是确保对盾构机的控制，保证盾构隧道线型，做好管片测量与盾构掘进控制的信息沟通工作，保证盾构隧道线型。由于曲线推进盾构环环都在纠偏，因此必须做到勤测勤纠，而每次的纠偏量应尽量小，蛇行纠偏每环不超过4mm，确保楔形环面始终处于曲率半径的径向竖直面内，管片楔形量主要通过采用各种类型的曲线管片获得。

（5）出土量

在曲线推进过程中，为确保盾构沿设计轴线推进，必须严格控制盾构出土量，同时视监测情况合理调整出土量。

（6）注浆量

由于曲线段推进增加了曲线推进引起的地层损失及纠偏次数的增加导致了对土体的扰动的增加，在曲线段推进时必须严格控制同步注浆量。由于小半径掘进时隧道端面成椭圆形，应该适当提高注浆量，保证注浆饱满，每环推进时根据施工中的变形监测情况，随时调整注浆量及参数，从而有效的对轴线进行控制。在注浆过程中，必须严格控制浆液的质量及注浆量和注浆压力。根据施工中的实际情况及变形监测情况，随时调整注浆参数，从而有效控制轴线。

曲线段推进必然导致土体损失的增加。由于设计轴线为圆滑曲线，而盾构是一定长度的直线，故在实际推进过程中，实际掘进轴线必然为一段段折线，且曲线外侧出土量又大，这样必然造成曲线外侧土体的损失，并存在施工空隙。因此在曲线段推进过程中在进行同步注浆的工程中必须加强对曲线段外侧的压浆量，以填补施工空隙，加固外侧土体，使盾构顺利沿设计轴线推进。

⑦盾尾与管片间的间隙控制

小曲率半径段内的管片拼装至关重要，而影响管片拼装质量的一个关键问题是管片与盾尾间的间隙。合理的周边间隙可以便于管片拼装，也便于盾构进行纠偏。

根据盾尾与管片间的间隙，合理选择转弯环管片。小曲率半径段时，盾构机的盾尾与管片间间隙的变化主要体现在水平轴线两侧，管片转弯正常跟随盾构机，当盾构机转弯过快时，隧道外侧的盾尾间隙就相对较小;当管片因楔行量等原因超前于盾构机转弯时，隧道内侧的盾尾间隙就相对较小。因此，当无法通过盾构推进来调整盾尾间隙时，采用楔型管片排版拼装调整盾尾间隙。

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