浅析盾构过小半径曲线段施工技术

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1、浅析盾构过小半径曲线段施工技术浅析盾构过小半径曲线段施工（中铁十一局城市轨道工程有限公司胡军凯邮编：430074）【内容提要】：以广州地铁6号线大坦沙～如意坊盾构区间500m半径转弯为例，分析和探讨盾构掘进过小半径曲线段的技术要点和措施，形成一篇盾构施工技术总结，以便对今后盾构施工进行借鉴和参考。【关键词】：盾构施工土压平衡管片选型小半径曲线1引言盾构施工是以盾构机盾壳为临时支撑，对土体进行开挖，同时用钢筋混凝土管片对围岩进行衬砌的一种机械化隧道施工方法。大如盾构区间采用的是海瑞克土压平衡盾构机，其原理是：刀盘开挖切削下来的渣土进入土仓积累起来，形成土

2、压作用在掌子面上，当渣土积累到一定的数量时，这个压力与开挖面的土压力、地下水压力平衡，从而使掌子面保持稳定而不坍塌。此时只需维持土仓的进土量与螺旋输送机从土仓的输出的渣土量相等，就能持续稳定掘进。盾构施工有一个很重要的技术要求就是控制盾构掘进姿态符合符合设计线路，而小半径转弯更是盾构施工技术控制的一个难题。小半径转弯会对盾构掘进施工带来诸多的难题，下面就以大如盾构区间的500m半径转弯为例，分析一下小半径转弯的难点和解决措施。2工程概况大如区间右线盾构掘进于里程YDK5+509.704～881.205(右线约208环～457环)、范围内通过500m小半

3、径往如意坊站方向为左转弯的圆曲线；左线盾构掘进于里程YDK5+505.400～845.839范围内为转弯半径为700m的左转弯曲先段。左右线坡度均为30‰，左右线往如意坊站方向均为下坡。盾构隧道主要穿过<7>、<8>、<9>地层，隧道下部以<9>地层为主。其线路平面图及剖面图如图1：图1大如区间500m半径转弯线路平面图及剖面图第7页，共7页　　　　　　　　　　　　浅析盾构过小半径曲线段施工技术3难点分析3.1盾构机掘进时隧道轴线控制难度大，纠偏困难。盾构机本身为直线形刚体，不能与曲线完全拟合。曲线半径越小则纠偏量越大，纠偏灵敏度越低，轴线就比较难于控

4、制。而且由于拐弯弧度大，需要左侧油缸和右侧油缸形成一个很大的推力差才能满足盾构机转弯的要求，致使左右两侧的油缸推力可调范围很小，从而可用于姿态调整的油缸推力调整量很小，这就更加大了隧道轴线控制和纠偏的难度。转弯段盾构施工参数需要经过计算并结合地质条件、施工经验等因素综合考虑后方可确定。曲线上盾构机掘进过程中所穿越的孔洞将不再是理论上的圆形（实际为椭圆形），需要配套使用超挖刀装置进行超挖。3.2管片容易在水平分力作用下发生较大的位移，造成管片侵限现象。隧道管片衬砌轴线因推进水平分力而向圆曲线外侧（背向圆心一侧）偏移，如图2。在小半径曲线隧道中盾构机每掘进

5、一环，由于管片端面与该处轴线产生夹角，在千斤顶的推力作用下产生一个水平分力，使管环脱出盾尾后，受到侧向分力的影响而向曲线外侧偏移。图2转弯处管片受盾构机推力分解示意图3.3对地层扰动大，容易产生较大的地面沉降。由于纠偏时的超挖，对土体扰动增大而发生较大沉降。小曲线隧道的施工除了有直线段隧道施工的地层变形因素外，还有以下二个因素的影响：①由于盾构机处于纠偏状态，超挖刀也不断进行超挖掘进，开挖断面为一椭圆形，实际挖掘量超出理论挖掘量，增加了地层不稳定因素；②由于纠偏量较大，对土体的扰动也大，地层损失量也增加，容易造成较长时间的后期沉降。3.4管片之间易发生

6、错台，管片易产生开裂和破损。第7页，共7页　　　　　　　　　　　　浅析盾构过小半径曲线段施工技术管片存在一个水平方向的受力，不但会使整段隧道衬砌管片发生水平偏移（即前面所叙的侵限现象），还会导致管片之间发生相对位移，形成错台。由于管片的特殊受力状态，管片与管片之间存在着斜向应力，使得前方管片内侧角和后方管片外侧角形成两个薄弱点如图3，使得相当多的管片因此破裂。还有一个破裂原因就是因为相邻两环管片产生了相对位移，使得管片螺栓对其附近处混凝土产生剪切作用，使该处的混凝土开裂。图3转弯处管片因斜向受力破损示意图3.5漏水现象严重过小半径曲线段漏水现象严重的原

7、因大致如下：①管片错台导致止水胶条衔接不紧密；②拼装效果不好和止水胶条的破坏；③管环外侧的混凝土开裂（转弯段因盾尾间隙减小过多，使得管片被盾尾钢环刮坏），裂缝绕过止水胶条（如图4）。图4管片背后开裂导致漏水示意图4解决方案对于小半径转弯的难点，主要是从盾构机掘进参数、盾构设备（超挖刀、铰接装置）、管片选型和拼装等施工措施方面来解决，特别是要采取了同步注浆和二次双液注浆相结合的措施，以保证小半径圆曲线段成型管片不出现侧向移动，以及及时填充围岩空隙保证土体稳定。下面对上叙难点逐一进行分析并探讨解决措施：4.1纠偏与隧道轴线控制。第7页，共7页　　　　　　　

8、　　　　　浅析盾构过小半径曲线段施工技术4.1.1中盾和尾盾采用铰接连接，有效地减少了盾构的长