小半徑曲線段盾構(gòu)施工隧道軸線偏差控制萬紹濤

1、小半徑曲線段盾構(gòu)施工隧道軸線偏差控制萬紹濤摘要：文章以上海市軌道交通12號線5標東蘭路站虹梅路站區(qū)間隧道的施工 為例，對盾構(gòu)在小半徑曲線段施工過程中軸線控制的重、難點進行分析，針對導 致軸線難以控制的原因提出并實施了一些解決方法，得到了一些效果。關鍵詞：盾構(gòu)；小半徑曲線；軸線；控制1刖言在我國現(xiàn)行上海市地鐵建設中，相應規(guī)范中盾構(gòu)施工時隧道軸線偏差規(guī)定為：水 平、高程偏差為正負50mm；盾構(gòu)掘進完成后隧道軸線偏差規(guī)定為：水平、高程 偏差為正負50mm。在小半徑曲線段隧道軸線情況下，盾構(gòu)施工對隧道軸線的偏 差控制是工程的重點、難點。由于盾構(gòu)機本體為一個圓柱形剛體，在隧道曲線段 施工時，盾構(gòu)機與曲線

2、不能重合，因此盾構(gòu)在推進過程中就要不停地糾偏，對于半 徑越小的曲線所需要糾偏的量就越大，在過程中糾偏的靈敏度就越低，軸線就越 難控制。在隧道平曲線為小半徑曲線時，往往還存在豎曲線或者坡度變化大等情 況，這更加大了軸線的控制難度。2工程概況上海軌道交通12號線5標東蘭路站一虹梅路站區(qū)間下行線盾構(gòu)隧道工程從東蘭 路站北端頭井始發(fā)至虹梅路站西端頭井接收，總長約512m。區(qū)間隧道為一條半 徑為350m的小半徑曲線，隧道縱斷面的最小坡度2%。，最大坡度11.7%。隧道 覆土最小為8.87m，最大為11.23m。3軸線控制重難點及原因分析在本標段工程顧戴路東蘭路區(qū)間盾構(gòu)施工后，區(qū)間隧道軸線控制不太理想：整

3、 個區(qū)間共計1375環(huán)，隧道軸線測量點每5環(huán)設一個點，共計275個測量點，每 個點有平偏和高偏兩個數(shù)據(jù)，共計550個樣本點，其中盾構(gòu)推進過程中軸線偏差 50mm個數(shù)為49個，比例為8.9%；貫通后成型隧道軸線偏差50mm個數(shù) 為59個，比列為10.7%；貫通后成型隧道軸線偏差100mm個數(shù)為3個，比列 為0.5%，且大部分軸線偏差點分布在小半徑曲線上。從以上數(shù)據(jù)可以看出軸線控制不理想，建設單位及監(jiān)理單位對本區(qū)間做出要求： 本區(qū)間盾構(gòu)推進中、貫通后軸線偏差的50mm比例必須分別控制在4%和5%， 成型后偏差100mm數(shù)量為0。在業(yè)主單位和監(jiān)理單位的監(jiān)督下，項目部人員從人、機、料、法、環(huán)、測量六個

4、 方面對顧戴路東蘭路區(qū)間盾構(gòu)施工軸線控制進行分析，總結(jié)出五個盾構(gòu)推進過 程中軸線控制的重難點，分別為：設計線路平曲線半徑小、微承壓水砂性土層、 管片與盾構(gòu)的中心夾角過大、盾尾與管片的間隙不均勻、管片錯臺過大，以下分 別對其進行原因分析。3.1設計線路平曲線半徑小盾構(gòu)機本體為一個圓柱形剛體，在隧道曲線段施工時與曲線不能重合。對于半徑 越小的曲線所需要糾偏的量就越大，在過程中糾偏的靈敏度就越低，對于軸線的 控制就越難。盾構(gòu)施工時，盾構(gòu)機的水平轉(zhuǎn)彎主要依靠左右兩邊的油缸形成行程 差來進行，半徑越小形成差越大；小半徑曲線段施工時，盾構(gòu)機左右側(cè)油缸行程 差很大，油缸的推力可調(diào)量很小，造成了盾構(gòu)機推進時偏

5、差調(diào)整困難，對軸線偏 差控制難度加大。盾構(gòu)在隧道曲線段中施工時，管片與盾構(gòu)機殼體會形成一個角度，曲線半徑越小， 夾角越大，千斤頂在頂住管片時，會對管片產(chǎn)生側(cè)向和垂直分力，垂直分力給盾 構(gòu)提供推力，側(cè)向分力方向為曲線外側(cè)，在管片拼裝好后會把管片向曲線外側(cè)擠 推，而在管片脫離了盾構(gòu)尾部之后，管片失去盾殼限制后受側(cè)向分力作用軸線偏 差加大。3.2微承壓水砂性土層東蘭路站虹梅路站區(qū)間下行線隧道為一條半徑為350m的小半徑曲線，隧道沿 線土層主要為1灰色淤泥質(zhì)粘土、2灰色粘質(zhì)粉土夾粉質(zhì)粘粉土、1a灰 色粉質(zhì)粘土、2灰色砂質(zhì)粉土土層，均屬于微承壓水層。在微承壓水砂性土層 中，由于開挖面土層土壓平衡難以建立

6、，土壓波動大，造成盾構(gòu)推力及四區(qū)壓力 波動大，盾構(gòu)油缸推進壓力不能及時合理地調(diào)整，造成軸線難以控制。3.3管片與盾構(gòu)中心夾角過大盾構(gòu)在小半徑曲線段推進時，管片與盾構(gòu)的中心會產(chǎn)生一個夾角，當這個產(chǎn)生的 夾角逐漸變大并過大時，盾殼與管片間隙逐漸減小并消失，盾殼就與管片接觸， 在盾構(gòu)推進時管片受到盾殼擠壓并碎裂，為了確保管片不碎，盾構(gòu)推進時要緩慢 糾偏，糾偏就導致盾構(gòu)軸線偏差逐漸偏大。3.4盾尾間隙不均勻本工程盾構(gòu)開挖直徑為6340mm，盾尾盾殼厚度為45mm，管片外徑6200mm， 所以在管片完全居中拼裝時盾尾間隙為25mm。當盾尾間隙不均勻時，盾構(gòu)在小半徑曲線推進時管片與盾尾易發(fā)生擠壓而造成管

7、片破碎，不利于盾構(gòu)轉(zhuǎn)彎，使盾構(gòu)軸線控制難度加大。3.5管片錯臺過大當錯臺超過規(guī)范及設計要求時，管片環(huán)與環(huán)之間的管片密封墊錯位或搭接過少以 及管片超前量難以控制。當管片超前量難以控制時，盾構(gòu)就要糾偏來確保管片的 拼裝，這就給軸線控制帶來難度。通過對軸線偏差較大的管片錯臺抽樣統(tǒng)計，發(fā) 現(xiàn)大部分都超過規(guī)范4mm的要求。4施工過程中導致軸線控制難的措施確定了施工過程中軸線制難的原因后，在東蘭路站虹梅路站區(qū)間下行線隧道盾 構(gòu)施工中，對各個原因采取針對性措施，確保施工過程中軸線控制滿足要求。4.1針對線路平曲線半徑小導致推進偏差控制措施（1）左右千斤頂行程差控制在小曲率半徑軸線推進過程中，調(diào)整左右油壓的差

8、 值是完成左右糾偏量的主要方法，在具體的糾偏過程中，操作員可根據(jù)左右千斤 頂?shù)拈L度差來判斷盾構(gòu)現(xiàn)狀是否將完成預計的糾偏量（根據(jù)上一環(huán)的報表、千斤 頂左右長度差及當前推進環(huán)的設計軸線變化），當盾構(gòu)切口剛由直線段進入曲線 段（緩和曲線段進入圓弧曲線段）時，由于盾尾管片還未進行曲線段管片的拼裝， 即管片還未作超前量調(diào)整，應通過增加左右千斤頂長度的差值來使盾構(gòu)正好處于 曲線段設計軸線的切線位置，而在同一曲線段推進時，管片的超前量調(diào)整正好起 到一個調(diào)整盾構(gòu)推進方向的作用，如盾構(gòu)姿態(tài)良好，保持原有的千斤頂差值即能 使盾構(gòu)保持良好姿態(tài)（如圖1）。圖1盾構(gòu)機左右行程差控制（2）超挖控制盾構(gòu)機在進行曲線段掘進時

9、，可以根據(jù)曲線段曲線半徑大小使用超挖刀對刀盤前 土層進行超挖控制，盾構(gòu)機超挖的土量越多，對于曲線段軸線控制就越好。雖然 超挖大增加了對軸線的控制，但是大面積超挖會造成同步注漿的漿液流入開挖面， 容易造成沉降；而且增大超挖容易增大隧道變形。所以，適量的超挖控制可以有 效地幫助軸線偏差控制。（3）鉸接控制本工程采用的盾構(gòu)機含有鉸接裝置，在中盾和尾盾之間。鉸接裝置能夠在曲線段 轉(zhuǎn)彎時可以設置一個合適的角度，讓盾構(gòu)機成為一個曲線體，在曲線段施工時對 盾構(gòu)機的姿態(tài)調(diào)整起到很大的幫助。通過計算轉(zhuǎn)彎半徑350m時鉸接左右度數(shù)為 0=0.45 （如圖 2）。圖2盾構(gòu)鉸接示意圖（4）盾構(gòu)機向曲線外側(cè)偏移盾構(gòu)機在

10、曲線段施工時，會有一個離心力，尤其是管片在脫離盾尾后，容易偏離 軸線，因此，在盾構(gòu)機進入曲線段施工前，可提前將盾構(gòu)機向軸線的曲線內(nèi)側(cè)預 偏移15-20cm，并在曲線外側(cè)方向的管片上采用二次注漿的方式增加注漿量，用 以抵抗管片的偏移。4.2針對微承壓水地層導致軸線偏差控制措施（1）根據(jù)地勘報告和設計軸線，由技術(shù)部提前計算出推進過程中盾構(gòu)機所處的 地層狀況和軸線狀況，制成管片排版表，以便中控室和盾構(gòu)操作室提前得知 盾構(gòu)機掘進過程中所將面臨的地質(zhì)環(huán)境。（2）當土壓出現(xiàn)波動時，螺旋機出土模式由自動模式轉(zhuǎn)化為手動模式。（3）通過對不良土體添加泡沫劑或者膨潤土泥漿液進行改良（如圖3）。圖3盾構(gòu)機正面注入泡

11、沫示意圖（4）適當增加土壓或降低土倉壓力來調(diào)整盾構(gòu)機姿態(tài)。4.3針對管片軸線與盾構(gòu)軸線夾角過大導致軸線偏差控制措施圖4盾構(gòu)與管片夾角圖（1）在拼裝臺拼裝管片前，將所有待拼裝管片清掃干凈，確保管片環(huán)縱縫以及 盾尾管片拼裝位置上無泥土或者其他雜物。（2）盾構(gòu)機推進時，各千斤頂均開啟，合理調(diào)整各千斤頂?shù)耐屏Γ尪軜?gòu)機在 糾偏過程中各千斤頂推力均勻。（3）施工過程中做到勤測量和勤糾偏，一旦發(fā)現(xiàn)與軸線偏差，及時進行糾偏。（4）合理通過調(diào)整直線環(huán)和曲線環(huán)順序來達到糾偏的效果。（5）本工程使用的盾構(gòu)機有鉸接裝置，利用本盾構(gòu)機的優(yōu)點，開出鉸接裝置， 水平角度0=0.47度。4.4針對盾尾間隙不均勻?qū)е螺S線偏差

12、控制措施（1）在每一環(huán)管片拼裝前，均需對前一環(huán)管片的盾尾間隙進行測量，在管片拼 裝前及時調(diào)整糾偏量。（2）通過以調(diào)整盾構(gòu)姿態(tài)為主，管片加貼楔子或者調(diào)換管片順序為輔的方式結(jié) 合調(diào)整管片間隙。圖5盾尾間隙6示意圖（3）盾構(gòu)糾偏必須在考慮盾尾間隙的基礎上才可糾偏，即盾構(gòu)軸線與管片軸線 夾角盡量小，且不斷采取采取措施使夾角歸零，否則造成一邊間隙越來越小直至 卡到盾殼，另一邊越來越大。圖6盾尾間隙不均勻示意圖4.5針對管片錯臺過大導致軸線偏差控制措施管片拼裝以上一環(huán)為基準，如果新拼裝管片與上一環(huán)管片錯臺過大，可輕 微調(diào)整管片位置，松動管片連接螺栓，調(diào)整錯臺量，并確保管片拼裝質(zhì)量。通過實驗確定同步注漿漿液

13、稠度，注漿量為開挖間隙的120%200%，確保 注漿量，利用漿液承托起管片，防止脫離盾尾管片下沉，減少管片錯臺量。盾構(gòu)機推進時時刻調(diào)整盾構(gòu)姿態(tài)，減少因盾構(gòu)機姿態(tài)調(diào)整造成的錯臺。對已拼裝好的前100環(huán)管片錯臺進行測量、統(tǒng)計、分析，并制定出相應的 處理方案，確保管片拼裝質(zhì)量。5米取措施后取得效果在東蘭路站虹梅路站區(qū)間下行線隧道貫通后，對整個區(qū)間隧道進行軸線復測。 整個區(qū)間共425環(huán)，隧道軸線測量點每5環(huán)設一個點，共計85個測量點，每個 點有平偏和高偏兩個數(shù)據(jù)，共計170個樣本點。采取以上控制措施后，取得以下 效果：盾構(gòu)推進過程中軸線偏差50mm個數(shù)為5個，比例為2.9%V4%；貫通后成型隧道軸線偏差50mm個數(shù)為8個，比列為4.7%V5%；整個區(qū)間沒有出現(xiàn)軸線偏差100mm樣本點。6結(jié)論在地下隧道施工時，面臨的是未知的環(huán)境，軸線控制是最基礎也是最重要的一個 關鍵，施工過程中軸線控制如果出現(xiàn)偏差未及時糾正，就可能出現(xiàn)失之毫厘謬以 千里的后果。在本次盾構(gòu)小半徑曲線施工中，從人、料、機、法、環(huán)、測量等基 本因素進行分析，采用QC質(zhì)量控制的方法，對小半徑曲線段盾構(gòu)隧道軸線偏差 進行控制，確保軸線偏差符合設計規(guī)范以及業(yè)主的要求，達到驗收標準。參考文獻：楊勇.軟土復