230米小半径曲线盾构隧道施工控制要点及措施分析

230米小半径曲线盾构隧道施工控制要点及措施分析

刘磊

中铁一局集团第四工程有限公司  陕西咸阳 712000

【摘要】本文所探讨的小曲线半径的盾构技术实际上是由于一些轨道交通的建设和区域为老城区，因此，在轨道路线上会出现小曲线半径的盾构隧道施工技术，而且230米的曲线半径，在长度上属于比较小的曲线半径。在具体施工中特别需要注意应结合工程项目所在区域的实际情况，科学地应用相关技术，并做好各个施工环节的控制和规范，保证这项施工技术的实施能够取得相应的建设效果。

【关键词】小曲线半径；盾构隧道施工技术；控制要点；措施分析

引言：

随着城市交通系统的建设不断完善和优化，基于最大程度地利用城市空间资源的要求，轨道交通建设成为了现阶段我国城市交通建设的主要类型和模式。由此，盾构技术就成为了应用于这类交通建设的一项主要技术类型。本文以具体的工程建设为背景，讨论在具体的施工过程中，需要做好的关于施工技术和进程控制和完善的问题。

一、工程背景介绍

本文所探讨的具体工程项目，是位于郑州市的轨道交通5号线中的一个标段的轨道交通建设。标段编号为09号。且从线路建设的性质上来讲，本工程属于区间性的项目建设，中州大道车辆段出入段线的线路长度情况如下，左线长度为2224.772单线延米（ZDK0+080.111～DZK2+304.883），右线长度为1755.076单线延米（YDK0+031.018～YDK1+786.094）。线路间距最小为5米，线路最大纵坡34.26‰，区间左右线各设置4处平曲线，曲线最小半径为230米，最大半径为800米。隧道顶端的最小埋深为6.7米。隧道建设的地质情况为，穿越了粉细砂（51层）、粘质粉土（32层）、砂质粉土（34层）。

二、工程施工方案探讨

下图1为本工程项目的具体施工流程图，从图中的流程可看出，本项目施工前的准备工作中，涉及到盾构机的型号选择、管片结构的形式选择两项关键的因素。本项目选择的是中铁装备220#、221#主动铰接盾构机，辐条式刀盘开口率50%，管片宽度采用1.2m双面楔形环，楔形量37.2mm。在施工中期的重点在于，对初次设计的盾构参数进行准确的把握[1]。只有在把握好盾构参数的基础上，才能实施好进一步的核心掘进施工。另外，一些辅助施工措施的采取也是必不可少的，包括了轴线的预偏程度设置、管片结构的注浆加固处理、设置纵向的加劲肋以及控制螺栓结构的复紧程度。

图1 小半径曲线的施工工艺流程图

三、控制要点及控制措施分析

（一）控制好盾构设备的选择

盾构机设备的选择一方面应当考虑其功能性，另一方面，应当结合具体的施工要求进行。在本次的工程项目中，由于盾构转弯半径的限制，使得常规的土压平衡盾构机在应用效果上达不到转角角度要求。另外，管片结构会与普通盾构机的外壳形成夹角，进一步对隧道半径造成限制。如半径达不到相关要求，则会直接影响管片的顺利安装。因此，在本文所讨论的工程项目中，主要应用的是主动铰接式盾构机，这种盾构设备与本文所讨论的230米小半径盾构隧道有很高的匹配应用性。且如果在实际施工中发生半径角度的偏移，也能够及时采取措施进行偏移的纠正。这种盾构机的前盾和后体能够独立呈现工作状态，前体需要按照隧道施工方向弯折时，后体可继续保持不变，避免了盾尾的盾壳与管片形成夹角，能保持管片与盾构机同一姿态，使得盾构出现夹角的现象消失。曲线施工依靠铰接千斤顶，不用推进千斤顶分组调整压力，管片容易安装且不易碎裂。有利于整个盾构机与管片结构保持较高的一致性[2]。另外，主动铰接结构形式的千斤顶较被动铰接形式的千斤顶更加省力，且不需要按照组别对压力进行调整。最后，主动铰接式的盾构设备，在整体的操作应用灵活性上都得到了提升。可有效提升对隧道轴线的控制力度。因此，在进行盾构设备的选择时，应当注意结合具体工程项目的要求选择适宜的设备进行施工。

（二）管片拟合排版

为满足曲线模拟和施工纠偏需要，专门设计了左、右转弯楔形环，通过与标准环的组合来拟合不同的曲线，楔形环为双面楔形，楔形量37.2mm（0.344°）。管片宽度采用1.2m比1.5m更有利于线路曲线的拟合，管片拼装更容易，也有利于减少管片的碎裂和隧道的整体防水。采用9环1.2m宽左转楔形环+1环1.2m宽右转环的排版方式很好的拟合了R=230m小半径圆曲线。

（三）控制好超挖量指标

在整体的施工过程中，掘进环节是最关键的施工环节。主要由盾构机上的仿形刀完成。由于曲线施工的特点，在应用盾构设备进行挖掘时，需要把握一定的超挖量。从理论上来讲，超挖量与曲线施工的难易程度是成正比的。但超挖量在一定程度上需要进行严格的控制[3]。因为超挖的幅度过大，会引发土体松动的问题。进而对同步注浆操作和曲线施工的反力推进工作遇到阻碍。这种问题最终产生的结果是，引起隧道变形问题的出现，并使得这种问题的严重程度加深。因此，控制好超挖量指标，是保障工程整体进度和质量顺利按照既定要求进行的一项重要前提。

超挖量的控制方法可以通过对整个项目工程的挖掘施工要求进行分析，通过专业技术人员的分析和计算，结合工程实际对超挖量进行合理的计算和预估，并参照相应的隧道施工标准要求将超挖量控制在合理的范围内。

（四）设备掘进参数的控制

在掘进参数实际上包括了多方面的因素，例如，设备的运行推进速度、设备的运行中的平衡压力、同步注浆操作的注浆操作与注浆量等。其中，要实现对设备作业速度的推进，应当结合工程实际需求和设备的作业额定速率，选择适当的作业速度开展施工。本文的工程项目中，适宜的设备推进速度为最小20mm/min，最大40mm/min。这一速度范围是对隧道周围土壤情况影响最小的一种掘进速度水平。另外，对于平衡压力的控制要求是，要求压力智能引起设备切口处的地层产生最多不得超过1mm的隆起幅度。另外，与切口平衡压力有关的其他参数也应当严格进行控制，例如出土量、总推力等[4]。本次研究的项目，土压（上部）应维持在最小1.0bar，最大1.3bar的范围内，土压（下部）应维持在最小1.8bar，最大2.1bar的范围内。出土量则最少不能低于49.6m3，最大不得超过52.7m3，对于推力指标而言，则最大不得超过21000KN，最小不得低于16000KN。除了以上所讲的几方面主要的掘进参数控制外，例如注浆操作、管片注浆加固等辅助控制做事的实施也是非常有必要的。可通过适当延长注浆凝结的时间，并及早固定管片结构来达到质量控制的目的。

（五）其他问题控制

除了上述的几方面核心的施工控制要点外，在盾构施工中还需要对一些细节问题加大控制力度。例如电瓶车与台车的碰撞。可通过加大铺轨操作的规范性，控制轨枕方向来进行控制。或者适当将电瓶车在托车内的运行速度减慢。另外，控制工作还包括了对沉降问题、裂缝问题、管片变形问题的控制。

四、结束语

总之，针对于小曲线半径的盾构隧道施工，存在多方面的施工控制要点，施工人员和管理人员应当结合具体工程项目的需求，并且参照相关的工程建筑标准，在施工的前期准备、中期施工的阶段做好工程实施进程中各个环节的控制，从而确保此类工程项目的顺利进行。

参考文献 ：

[1]高涵.长距离小半径曲线盾构法地铁隧道施工关键技术[J].建筑工程技术与设计,2016(12).

[2]郭易杰.盾构机穿越小曲线半径隧道施工技术[J].工程技术:全文版,2016(10):00141-00142.

[3]陈龙.小半径曲线盾构掘进施工技术[J].建材与装饰,2017(7).

[4]杨圆,王春松.主动铰接盾构在连续小半径曲线中风化泥岩的掘进控制技术[J].隧道建设(中英文),2017,37(s1):189-193.