盾构连续小曲线施工质量控制技

盾构连续小曲线施工质量控制技

陈旭泉 中铁五局电务城通公司

摘要:过程中盾构连续小曲线施工质量控制过程中管片成控制的重难点，结合公司对项目部实际经验，对曲线段施工中管片儿成型过程中出现的一系列问原

进行了分析，并提出了对策及防御措施。

关键词: 盾构、原因，管片管理

一、引言

目前，随着我国经济的迅速发展，城市化进程越来越快，随之而来的问题是地面交通日益堵塞，在地面空间无法满足需求的时候，城市发展最终迈出了向地下发展的步伐，如北京、上海、广州、南京、武汉、西安、郑州、深圳等多线城市及沿海城市开始修筑地铁，作为新的交通工具，由于地铁隧道采用盾构法铸造，在工期质量安全等诸多方面有明显的优势，所以地铁，隧道修建基本都采用盾构法施工。

二、工程建设

2.1、工程概况

管廊33#～34#井区间由33#井始发，沿着芳村大道南大致向南前行，到达34号井。区间最小半径R=230m；区间最大线路纵坡40‰，区间埋深为19.04-29.97m。盾构区间隧道基本位于<8-2>粉砂质泥岩中风化层、<8-3>泥质粉砂岩中风化层，局部位于<7-2>粉砂质泥岩强风化层、<7-3>泥质粉砂岩强风化层、<9-3>泥质粉砂岩微风化层。基岩稳定水位埋深0.85～7.2m，标高为4.62～10.16m。

2.2、工程重难点

本区间平面线形设计半径较小，其中最不利线形为33#~34#区间的半径300m，左转接半径230m，右转再接半径235m的连续“S”型小曲线转弯，且无缓和曲线，夹直线也很短，并伴随有纵断面40‰的“V”型变坡。

管片拼装质量难以控制，在小曲线上管片受力将会有较大的垂直管片向外的分力，如果浆液不能及时凝固，管片壁后不能有效得到填充，在垂直向外分力作用下将会导致管片往曲线外侧横向位移，从而导致管片出现错台，严重的将会导致出现管片破损和渗漏水。另外，测量控制点也极易发生位移，导致导向系统数据失真。

2.3、盾构机概况

整机概述：中铁装备381盾构机属于土压平衡盾构机，主要包括刀盘、前盾、中盾、盾尾、螺旋输送机、皮带机、拼装机、喂片机、桥架、1#-6#台车及桥架.

主机外形尺寸：盾体总长8793mm，前盾直径6250mm，中盾直径6240mm，盾尾直径6230mm。

盾构机最大开挖直径为6280mm，最大推力为3500t，最大推进速度为80mm/min，最小水平转弯能力为R=250m，最大爬坡能力为50‰。

三、小曲线施工控制措施

3.1盾构机控制措施

针对连续”S”型小曲线转弯，控制盾构机的有限开挖直径尤为重要，若刀具出现磨损，则可能引起开挖直径变小，就很难做到盾构机小曲线转弯。为了保证能顺利过弯，在进入小曲线转弯前进行开仓检查刀具，根据检查情况确定采用更换刀具等措施，保证小曲线段通过时刀具良好。必要时可采用大一号刀具或者将边缘刀垫高，并可使用耐磨性好的刀具过小曲线段。

3.2技术控制措施

（1）提前设计好管片排版，使其能满足小曲线转弯段的要求，主要管片排版设计思路如下：

管片排版，取第二个R=230m曲线为例，L曲线长度为143.091。

计算式如下：θ=2γ=2*arctan(δ/D)

式中 θ——通用环环的偏转角

δ——通用环最大楔形量的一半（20.5）

D——管片直径（6000）

可得θ=0.391519636528

根据圆心角计算公式 α=180L/（πR）,由α=θ，求L

θ =180L/（π*230）=0.391519636528

L =1.571660551034

由L/41=1.2/β可知，β=31.3mm9

即R=230m的圆曲线上每环所需的楔形量为31.3mm

根据计算结果做好管片排版。

（2）管片选型、拼装点位及纠偏量控制

在小曲线转弯上，管片选型尤为重要，需综合考虑盾尾间隙、油缸行程、铰接行程，选取最佳的拼装点位。且管片拼装点位的选择应与盾构机转弯相匹配，不能出现管片超前的情况，否则将严重影响管片拼装质量。纠偏过程中应采用勤纠、少纠、适度的原则，不能盲纠。

3）曲线段成型管片加强措施

小曲线段盾构掘进，尤其是“S型”转弯段，推力的反作用力作用在成型管片上将形成向曲线外的分力，导致成型隧道管片二次错台、破损，宜在小曲线段管片设置纵向加强肋，以增强隧道纵向刚度，控制其横向位移。

图一：曲线段受力分析示意图

3.3掘进参数控制措施

在小曲线掘进过程中，前中盾与尾盾之前必然存在一个角度，经过计算，小曲线R=250m的铰接行程差为11.2cm，结合现场实际施工经验，经过综合考虑，铰接行程差一般控制在7~12cm之间，这样既可以拟合小曲线上盾构机转弯，也能较好的保证管片拼装质量。

3.4同步注浆控制措施

为有效控制小曲线转弯及管片上浮，区间同步注浆采用A、B料同步注浆工艺，能大大缩短水泥砂浆凝结时间、提高早期强度、减小体积收缩，达到紧固管片目的。

（1）减短浆液初凝时间。常规水泥砂浆的浆液初凝时间为240分钟，而掺加AB料的浆液初凝时间只要30分钟；

（2）减小体积收缩。常规水泥砂浆的收缩率为5％，而掺拌AB料水泥砂浆的收缩率为0.3％左右；

（3）提高早期强度。通过试验，常规水泥砂浆凝结后浆液表面存在轻微泌水现象，并有一定的强度，而掺拌AB料水泥砂浆凝结后浆液表面无泌水现象，且浆液强度明显高于水泥砂浆浆液。

3.5管理控制措施

（1）盾构进入小曲线转弯段前，应提前推出转弯趋势，并在水平姿态规范允许范围内（±100mm）尽可能的贴近曲线内侧，便于盾构机转向时的姿态控制。

（2）盾构机进入小曲线转弯段后，测量每10环左右换一次站，保证测量参数准确无误，每次换站均严格按照管理办法执行，以经过闭合的控制点为准，严格控制顶台坐标及高程准确性，每五环测一次管片姿态，通过实测管片姿态与导向系统对比，将成型隧道管片严格控制在允许误差范围内。

（3）盾构机进入小曲线转弯段后，若盾构机轴线与设计要求偏差超出±50mm，则应停机并组织项目部相关人员召开技术会议进行分析，制定纠偏处理方案，经批准后方可恢复掘进，且纠偏严禁急纠，应采取缓慢纠偏。

四、结论

在工程项目管理的质量控制，主要表现为施工组和施工现场的质量控制，控制内容包括工艺质量控制和产品质量控制，影响这些控制的主要因素，有人，材料，机械，方法等五大环境，所以说这五大方面的因素必须严格控制，是确保工程质量的关键。我们必须采取更严谨的技术来完成施工的主要任务，解决了小半径曲线，挖掘和下穿物建筑的两大施工难题，确保建筑的安全隧道的工程实体质量均在设计和规范允许范围内，这一类将对以后的工程设置有一定的参考。而且盾构姿态对隧道成型质量的影响很大，在连续曲线隧道进行式盾构及姿势不容易控制，容易偏离轴线，引起广泛破损，故需合理调节各项参工施工参数，及时发现问题并解决问题，制定有效的措施，保证隧道成型的质量和设计符合。连续曲线挖掘时，盾构姿态飘移轴线难于控制，整体隧道因分项弧线进行偏离等特殊情况，必须通过分析地质条件图压力推力锥结角度，千斤顶程度和钱盾水平趋向，在序曲小半径曲线的风化泥中和合理控制方法，使盾构姿态与管片姿态相匹配。

参考文献：

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[2] 张成龙.大坡度并小半径曲线软土隧道连续穿越建筑群盾构法施工技术研究[J].石家庄铁道大学，2017，（15）：88.

[3] 王振振.小曲率半径连续曲线双盾构施工隧道特性研究 [J].天津大学，2016，（21）：37.