盾構(gòu)機(jī)小半徑轉(zhuǎn)彎、大坡度始發(fā)施工技術(shù)

1、盾構(gòu)機(jī)小半徑轉(zhuǎn)彎、大坡度始發(fā)施工技術(shù)摘要：盾構(gòu)始發(fā)是盾構(gòu)法隧道施工的重點(diǎn)與難點(diǎn)，其成敗直接影響項(xiàng)目的安全、 質(zhì)量、進(jìn)度及經(jīng)濟(jì)效益，小半徑曲線、大坡度始發(fā)更是難上加難，在修建深圳國 際會展中心配套市政項(xiàng)目時(shí)，我標(biāo)段的會展北站區(qū)間會議中心站區(qū)間平面線形 為“S”型曲線，盾構(gòu)從會議中心站端頭以350m小半徑，28.33%。下坡成功始發(fā)， 各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)、線路控制及成型管片姿態(tài)均受控。關(guān)鍵詞：地鐵施工；曲線始發(fā)；技術(shù)控制一、工程簡介（一）基本概況深圳國際會展中心配套市政項(xiàng)目-10標(biāo)區(qū)間為會展北站會議中心站區(qū)間，區(qū) 間左線起止里程ZDK47+771.800ZDK48+702.398，里程ZDK48+600

2、.000處存在短 鏈 23.559m，長 907.039m；右線起止里程 YDK47+830.226YDK48+692.006，長 861.780m。區(qū)間平面最小曲線半徑為R=350m，線路最大縱坡28.33%，隧道埋 深約為10.74m23.09m，線間距68米。會展北站會議中心站區(qū)間盾構(gòu)機(jī)采用新購置的鐵建重工的兩臺6280mm 盾構(gòu)機(jī)，盾構(gòu)機(jī)從會議中心站東端頭吊裝下井始發(fā)（右線先始發(fā)，左線后始發(fā)）， 掘進(jìn)至?xí)贡闭竞蟮醭?。圖1-1區(qū)間線路圖圖1-2區(qū)間線路形象圖（二）水文地質(zhì)條件盾構(gòu)機(jī)始發(fā)段長度為100m，始發(fā)段隧道左線埋深為13.4m13.6m，隧道斷 面內(nèi)地質(zhì)為粉質(zhì)粘土2-2、淤泥質(zhì)粘

3、土3-1、中粗砂3-4、砂質(zhì)粘性土6-1， 始發(fā)段隧道右線埋深為14.6m14.8m，隧道斷面內(nèi)地質(zhì)為粉質(zhì)粘土2-2、淤泥質(zhì) 粘土3-1、中粗砂3-4、砂質(zhì)粘性土6-1。圖1-3區(qū)間右線始發(fā)段地質(zhì)情況圖1-4區(qū)間左線始發(fā)段地質(zhì)情況表1-1始發(fā)段地層情況二、盾構(gòu)機(jī)小半徑、大坡度始發(fā)的難點(diǎn)和重點(diǎn)盾構(gòu)始發(fā)段包括盾構(gòu)始發(fā)井全部處于R=350m的小半徑曲線、28.33%的下坡 始發(fā)段，而由于始發(fā)時(shí)外部條件的制約，盾構(gòu)始發(fā)托架、負(fù)環(huán)管片和反力架均難 以布置成相應(yīng)的曲線狀，始發(fā)盾構(gòu)始發(fā)時(shí)在始發(fā)托架上只能直線掘進(jìn)，軸線偏差 控制較為困難，因此始發(fā)路徑的合理選擇是盾構(gòu)小曲線、大坡度始發(fā)能否成功的 難點(diǎn)和重點(diǎn)。本

4、區(qū)間盾構(gòu)機(jī)采用的是鐵建重工生產(chǎn)的土壓平衡盾構(gòu)機(jī)（編號DZ318/DZ319），該盾構(gòu)機(jī)設(shè)計(jì)的最小轉(zhuǎn)彎半徑為250m，最大坡度為40%，盾 體長度為9m （含刀盤長度），盾構(gòu)機(jī)盾尾間隙為3cm，最大掘進(jìn)速度為 80mm/min，最大推力39914kN350bar，如果盾構(gòu)機(jī)垂直于端墻始發(fā)，當(dāng)盾構(gòu)機(jī) 盾體完全進(jìn)洞后（即掘進(jìn)9m），盾構(gòu)機(jī)軸線水平方向?qū)⑵x隧道中心線97mm， 垂直方向?qū)⒏哂谒淼垒S線252mm，超出規(guī)范要求（50mm），因此該區(qū)間盾構(gòu) 機(jī)始發(fā)采用割線下坡始發(fā)方案。三、盾構(gòu)機(jī)割線、下坡始發(fā)施工技術(shù)盾構(gòu)始發(fā)井口處于半徑R=350m的圓曲線、28.33%。下坡段上，屬于小半徑曲 線、下坡始

5、發(fā)，始發(fā)施工擬采用割線始發(fā)法，具體施工方案如下：（一）盾構(gòu)機(jī)割線始發(fā)盾構(gòu)始發(fā)采用直線的線型（曲線的割線），并且擬合隧道線路（在國家規(guī)范允許的 范圍內(nèi)）,始發(fā)時(shí)，盾構(gòu)機(jī)盾首位置與隧道中心線重合，盾尾向左偏離94mm，斜體 割線始發(fā)（盾構(gòu)機(jī)偏移角度0.6，盾體最大偏移量為33mm （曲線內(nèi)側(cè)），滿足規(guī) 范要求），始發(fā)采用直線始發(fā)。盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)9m后，盾構(gòu)機(jī)刀盤與隧道中心線偏移 量為4mm，盾構(gòu)機(jī)刀盤處于曲線內(nèi)側(cè)。該階段盾構(gòu)機(jī)盾體已經(jīng)完全脫離始發(fā)托架， 開始轉(zhuǎn)彎掘進(jìn)施工。圖3-1盾構(gòu)機(jī)始發(fā)示意圖（二）盾構(gòu)機(jī)下坡始發(fā)技術(shù)盾構(gòu)始發(fā)段處于28.33%的下坡段，盾構(gòu)機(jī)選擇下坡始發(fā)，安放始發(fā)托架前根 據(jù)隧道坡度

6、，提前在托架下面布置好鋼板和型鋼支撐，托架尾部墊起高度為 25cm，前部直接放于基坑底板，使托架形成25%的下坡趨勢，待盾構(gòu)機(jī)全部脫 離托架后，盾構(gòu)機(jī)高于涉及線路27mm，在線路偏差允許范圍內(nèi)。盾構(gòu)機(jī)盾體完全進(jìn)入土地后，開始調(diào)整盾構(gòu)機(jī)的水平和垂直姿態(tài)，使盾構(gòu)機(jī) 的姿態(tài)達(dá)到最優(yōu)情況。圖3-2盾構(gòu)機(jī)始發(fā)托架布置示意圖（三）負(fù)環(huán)管片拼裝及反力架安裝盾構(gòu)小曲線、下坡始發(fā)時(shí)，盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)反力的大小和方向都具有較大的不確 定性，負(fù)環(huán)管片全部采用閉環(huán)管片的方式，并且實(shí)行立體加固，確保負(fù)環(huán)管片具 有足夠的剛度，不發(fā)生管片上浮、下沉等情況。根據(jù)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)的調(diào)整，提前通 過管片的點(diǎn)位選擇達(dá)到轉(zhuǎn)彎的要求。因反力架受力

7、較為復(fù)雜，為了成功與安全，反力架采用具有足夠強(qiáng)度和剛度 的組合型框架結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)的反力架提供的最大反力為3900t。考慮到盾構(gòu)機(jī)割線 始發(fā)情況，反力架定位的時(shí)候跟隨著盾構(gòu)機(jī)軸線進(jìn)行偏轉(zhuǎn)，使盾構(gòu)機(jī)、負(fù)環(huán)管片、 反力架中心線重合。四、盾構(gòu)機(jī)始發(fā)參數(shù)控制（一）土壓力設(shè)定值水平側(cè)壓力按照太沙基土壓力理論計(jì)算公式以及日本村山理論，可以較為準(zhǔn)確的計(jì)算出 盾構(gòu)前方的松動土壓力。但在實(shí)際施工工程之中，可以根據(jù)隧道圍巖分類和隧道 結(jié)構(gòu)參數(shù)，按照我國現(xiàn)行的鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范中推薦的計(jì)算圍巖豎直分布松 動壓力的計(jì)算公式：Y一圍巖容重地層在產(chǎn)生豎向壓力的同時(shí)，也產(chǎn)生側(cè)向壓力，側(cè)向水平松動壓力由經(jīng)驗(yàn)公 式可得：水平側(cè)壓力系

8、數(shù)q的計(jì)算公式見下表Hq-施工坍方平均高度，S一圍巖類別，如III類圍巖，則S=33寬度影響系數(shù)，且s=1+i (B-5)B隧道凈寬度，單位以m計(jì)。i以B=5m為基準(zhǔn)，B每增減1m時(shí)的圍巖壓力增減率。當(dāng)B5m,取 i=0.1。查資料可知：圍巖等級為v類圍巖，水平側(cè)壓力系數(shù)q為1/31/2,隧道凈 寬度B為6m。圍巖容重r為1.86g/cm3，i為0.1。地下水壓力當(dāng)?shù)叵滤桓哂谒淼理敳浚捎诘貙又锌紫兜拇嬖?，從而形成?cè)向地下水壓。 地下水壓力的大小與水力梯度、滲透系數(shù)、滲透速度以及滲透時(shí)間有關(guān)。在計(jì)算 水壓力時(shí)，由于地下水在流經(jīng)土體時(shí)，受到土體的阻力，引起水頭損失。作用在 刀盤上的水壓力一般小

9、于該地層處的理論水頭壓力。在掘進(jìn)過程中，由于刀盤并非完全開口，而是中間有7080%的支擋結(jié)構(gòu)， 隨著刀盤的不斷往前推進(jìn)，土倉內(nèi)的壓力介于原始的土壓力值附近。加上水在土 中的微細(xì)孔中流動時(shí)的阻力。故在掘進(jìn)時(shí)地層中的水壓力可以根據(jù)地層的滲透系 數(shù)進(jìn)行酌情考慮。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)因故停機(jī)時(shí)，由于地層中壓力水頭差的存在，地下水必然會不斷的 向土倉內(nèi)流動，直至將地層中壓力水頭差消除為止。此時(shí)的水壓力為：q 一根據(jù)土的滲透系數(shù)確定的一個(gè)經(jīng)驗(yàn)數(shù)值。砂土中q = 0.81.0,粘性土中q = 0.3 0.5。Y 一水的容重h一地下水位距離刀盤頂部的高度。查資料可知：滲透系數(shù)q=0.5.水的容重r=1000kg/m3.h

10、=13.827m地下水壓力預(yù)備應(yīng)力根據(jù)不同的施工環(huán)境、施工條件、及施工經(jīng)驗(yàn)，考慮0.0100.020Mpa的壓 力值作為調(diào)整值來修正施工。土壓力初步設(shè)定值(二)其余掘進(jìn)參數(shù)擬采用以下指標(biāo):推進(jìn)速度3040mm/min；總推力控制在1100013000kN； 出土量5160m3(分區(qū)開啟超挖刀)；轉(zhuǎn)速設(shè)為1.11.3r/min；刀盤扭矩為 20002300kNm。盾構(gòu)機(jī)盾體進(jìn)入隧道后，開始同步注漿施工，同步注漿量根據(jù)施工情況逐步 增加至正常標(biāo)準(zhǔn)。同步注漿控制：設(shè)定注漿倍率為施工間隙的1.5-1.8倍。即 6m37m3,本項(xiàng)目注漿量設(shè)定為7m3,根據(jù)實(shí)際情況通過注漿壓力進(jìn)行調(diào)整注 漿量，注漿壓力一

11、般控制在3.0Bar-4.0Bar。施工過程中，不斷調(diào)整、優(yōu)化盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)施工參數(shù)。通過加強(qiáng)施工監(jiān)測，不斷地完善施工工藝，控制隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和地面沉降。五、割線下坡始發(fā)注意事項(xiàng)（1）盾構(gòu)機(jī)割線下坡始發(fā)，始發(fā)托架及反力架的中心線與車站基坑不是垂直 狀態(tài)，在安裝托架和反力架時(shí)，有充分的考慮反力架的側(cè)向力和始發(fā)托架的扭轉(zhuǎn)， 做好頂撐和加固工作，保證始發(fā)托架和反力架支護(hù)體系牢固。（2）下坡始發(fā)過程中，負(fù)環(huán)管片與反力架之間存在一定的夾角，在無法靠實(shí) 的情況下，在負(fù)環(huán)管片與反力架之間添加剛性支撐，防止負(fù)環(huán)管片上浮或者失穩(wěn) 情況發(fā)生。（3）曲線始發(fā)過程中控制盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)分區(qū)壓力，盡量做到提前轉(zhuǎn)彎，小 糾偏，分

12、區(qū)壓力差在滿足轉(zhuǎn)彎的前提下，盡量縮小（實(shí)際控制中，分區(qū)壓力差在 100bar以內(nèi)），保證成型管片質(zhì)量。（4）及時(shí)調(diào)整盾構(gòu)機(jī)皮帶系統(tǒng)，在轉(zhuǎn)彎的過程中皮帶處于偏心狀態(tài)，容易出 現(xiàn)漏泥及皮帶卡死等問題。（5）施工過程中，必須執(zhí)行勤糾偏、小糾偏，合理選點(diǎn)的原則，保證成型 管片質(zhì)量和姿態(tài)。（6）做好同步注漿和二次補(bǔ)充注漿管理，始發(fā)段的管片處于不穩(wěn)定狀態(tài)，及 時(shí)對管片進(jìn)行同步注漿和二次補(bǔ)充注漿，形成管箍，穩(wěn)定管片。六、結(jié)語通過本工程會展北站會展中心站區(qū)間盾構(gòu)施工對上述重點(diǎn)內(nèi)容控制及嚴(yán)格 按照施工交底執(zhí)行，使始發(fā)獲得了成功。盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)（50mm）和成型管片姿態(tài) （100mm）均在規(guī)范要求范圍內(nèi)，始發(fā)段60環(huán)范圍內(nèi)少數(shù)管片錯(cuò)臺量在8mm 左右，未出現(xiàn)較大錯(cuò)臺。通過同步注漿和二