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(hào)線5標(biāo)東蘭路站虹梅路站區(qū)間隧道的施工 為例，對(duì)盾構(gòu)在小半徑曲線段施工過程中軸線控制的重、難點(diǎn)進(jìn)行分析，針對(duì)導(dǎo) 致軸線難以控制的原因提出并實(shí)施了一些解決方法，得到了一些效果。關(guān)鍵詞：盾構(gòu)；小半徑曲線；軸線；控制1刖言在我國(guó)現(xiàn)行上海市地鐵建設(shè)中，相應(yīng)規(guī)范中盾構(gòu)施工時(shí)隧道軸線偏差規(guī)定為：水 平、高程偏差為正負(fù)50mm；盾構(gòu)掘進(jìn)完成后隧道軸線偏差規(guī)定為：水平、高程 偏差為正負(fù)50mm。在小半徑曲線段隧道軸線情況下，盾構(gòu)施工對(duì)隧道軸線的偏 差控制是工程的重點(diǎn)、難點(diǎn)。由于盾構(gòu)機(jī)本體為一個(gè)圓柱形剛體，在隧道曲線段 施工時(shí)，盾構(gòu)機(jī)與曲線

2、不能重合，因此盾構(gòu)在推進(jìn)過程中就要不停地糾偏，對(duì)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(shí)，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(hào)線5標(biāo)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(zhǎng)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(diǎn)及原因分析在本標(biāo)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(gè)區(qū)間共計(jì)1375環(huán)，隧道軸線測(cè)量點(diǎn)每5環(huán)設(shè)一個(gè)點(diǎn)，共計(jì)275個(gè)測(cè)量點(diǎn)，每 個(gè)點(diǎn)有平偏和高偏兩個(gè)數(shù)據(jù)，共計(jì)550個(gè)樣本點(diǎn)，其中盾構(gòu)推進(jìn)過程中軸線偏差 50mm個(gè)數(shù)為49個(gè)，比例為8.9%；貫通后成型隧道軸線偏差50mm個(gè)數(shù) 為59個(gè)，比列為10.7%；貫通后成型隧道軸線偏差100mm個(gè)數(shù)為3個(gè)，比列 為0.5%，且大部分軸線偏差點(diǎn)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(shè)單位及監(jiān)理單位對(duì)本區(qū)間做出要求： 本區(qū)間盾構(gòu)推進(jìn)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(xiàng)目部人員從人、機(jī)、料、法、環(huán)、測(cè)量六個(gè)

4、 方面對(duì)顧戴路東蘭路區(qū)間盾構(gòu)施工軸線控制進(jìn)行分析，總結(jié)出五個(gè)盾構(gòu)推進(jìn)過 程中軸線控制的重難點(diǎn)，分別為：設(shè)計(jì)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(cuò)臺(tái)過大，以下分 別對(duì)其進(jìn)行原因分析。3.1設(shè)計(jì)線路平曲線半徑小盾構(gòu)機(jī)本體為一個(gè)圓柱形剛體，在隧道曲線段施工時(shí)與曲線不能重合。對(duì)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(duì)于軸線的 控制就越難。盾構(gòu)施工時(shí)，盾構(gòu)機(jī)的水平轉(zhuǎn)彎主要依靠左右兩邊的油缸形成行程 差來進(jìn)行，半徑越小形成差越大；小半徑曲線段施工時(shí)，盾構(gòu)機(jī)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(jī)推進(jìn)時(shí)偏

5、差調(diào)整困難，對(duì)軸線偏 差控制難度加大。盾構(gòu)在隧道曲線段中施工時(shí)，管片與盾構(gòu)機(jī)殼體會(huì)形成一個(gè)角度，曲線半徑越小， 夾角越大，千斤頂在頂住管片時(shí)，會(huì)對(duì)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?yàn)榍€外側(cè)，在管片拼裝好后會(huì)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?xùn)|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(dòng)大，造成盾構(gòu)推力及四區(qū)壓力 波動(dòng)大，盾構(gòu)油缸推進(jìn)壓力不能及時(shí)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(jìn)時(shí)，管片與盾構(gòu)的中心會(huì)產(chǎn)生一個(gè)夾角，當(dāng)這個(gè)產(chǎn)生的 夾角逐漸變大并過大時(shí)，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(jìn)時(shí)管片受到盾殼擠壓并碎裂，為了確保管片不碎，盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)要緩慢 糾偏，糾偏就導(dǎo)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(shí)盾尾間隙為25mm。當(dāng)盾尾間隙不均勻時(shí)，盾構(gòu)在小半徑曲線推進(jìn)時(shí)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(cuò)臺(tái)過大當(dāng)錯(cuò)臺(tái)超過規(guī)范及設(shè)計(jì)要求時(shí)，管片環(huán)與環(huán)之間的管片密封墊錯(cuò)位或搭接過少以 及管片超前量難以控制。當(dāng)管片超前量難以控制時(shí)，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(duì)軸線偏差較大的管片錯(cuò)臺(tái)抽樣統(tǒng)計(jì)，發(fā) 現(xiàn)大部分都超過規(guī)范4mm的要求。4施工過程中導(dǎo)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(duì)各個(gè)原因采取針對(duì)性措施，確保施工過程中軸線控制滿足要求。4.1針對(duì)線路平曲線半徑小導(dǎo)致推進(jìn)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(jìn)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(zhǎng)度差來判斷盾構(gòu)現(xiàn)狀是否將完成預(yù)計(jì)的糾偏量（根據(jù)上一環(huán)的報(bào)表、千斤 頂左右長(zhǎng)度差及當(dāng)前推進(jìn)環(huán)的設(shè)計(jì)軸線變化），當(dāng)盾構(gòu)切口剛由直線段進(jìn)入曲線 段（緩和曲線段進(jìn)入圓弧曲線段）時(shí)，由于盾尾管片還未進(jìn)行曲線段管片的拼裝， 即管片還未作超前量調(diào)整，應(yīng)通過增加左右千斤頂長(zhǎng)度的差值來使盾構(gòu)正好處于 曲線段設(shè)計(jì)軸線的切線位置，而在同一曲線段推進(jìn)時(shí)，管片的超前量調(diào)整正好起 到一個(gè)調(diào)整盾構(gòu)推進(jìn)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(jī)左右行程差控制（2）超挖控制盾構(gòu)機(jī)在進(jìn)行曲線段掘進(jìn)時(shí)

9、，可以根據(jù)曲線段曲線半徑大小使用超挖刀對(duì)刀盤前 土層進(jìn)行超挖控制，盾構(gòu)機(jī)超挖的土量越多，對(duì)于曲線段軸線控制就越好。雖然 超挖大增加了對(duì)軸線的控制，但是大面積超挖會(huì)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(jī)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(shí)可以設(shè)置一個(gè)合適的角度，讓盾構(gòu)機(jī)成為一個(gè)曲線體，在曲線段施工時(shí)對(duì) 盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)調(diào)整起到很大的幫助。通過計(jì)算轉(zhuǎn)彎半徑350m時(shí)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(jī)向曲線外側(cè)偏移盾構(gòu)機(jī)在

10、曲線段施工時(shí)，會(huì)有一個(gè)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(jī)進(jìn)入曲線段施工前，可提前將盾構(gòu)機(jī)向軸線的曲線內(nèi)側(cè)預(yù) 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(duì)微承壓水地層導(dǎo)致軸線偏差控制措施（1）根據(jù)地勘報(bào)告和設(shè)計(jì)軸線，由技術(shù)部提前計(jì)算出推進(jìn)過程中盾構(gòu)機(jī)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(jī)掘進(jìn)過程中所將面臨的地質(zhì)環(huán)境。（2）當(dāng)土壓出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，螺旋機(jī)出土模式由自動(dòng)模式轉(zhuǎn)化為手動(dòng)模式。（3）通過對(duì)不良土體添加泡沫劑或者膨潤(rùn)土泥漿液進(jìn)行改良（如圖3）。圖3盾構(gòu)機(jī)正面注入泡

11、沫示意圖（4）適當(dāng)增加土壓或降低土倉(cāng)壓力來調(diào)整盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)。4.3針對(duì)管片軸線與盾構(gòu)軸線夾角過大導(dǎo)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(tái)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(jī)推進(jìn)時(shí)，各千斤頂均開啟，合理調(diào)整各千斤頂?shù)耐屏?，讓盾?gòu)機(jī)在 糾偏過程中各千斤頂推力均勻。（3）施工過程中做到勤測(cè)量和勤糾偏，一旦發(fā)現(xiàn)與軸線偏差，及時(shí)進(jìn)行糾偏。（4）合理通過調(diào)整直線環(huán)和曲線環(huán)順序來達(dá)到糾偏的效果。（5）本工程使用的盾構(gòu)機(jī)有鉸接裝置，利用本盾構(gòu)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，開出鉸接裝置， 水平角度0=0.47度。4.4針對(duì)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(duì)前一環(huán)管片的盾尾間隙進(jìn)行測(cè)量，在管片拼 裝前及時(shí)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?yàn)檩o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(chǔ)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(duì)管片錯(cuò)臺(tái)過大導(dǎo)致軸線偏差控制措施管片拼裝以上一環(huán)為基準(zhǔn)，如果新拼裝管片與上一環(huán)管片錯(cuò)臺(tái)過大，可輕 微調(diào)整管片位置，松動(dòng)管片連接螺栓，調(diào)整錯(cuò)臺(tái)量，并確保管片拼裝質(zhì)量。通過實(shí)驗(yàn)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(cuò)臺(tái)量。盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)時(shí)時(shí)刻調(diào)整盾構(gòu)姿態(tài)，減少因盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)調(diào)整造成的錯(cuò)臺(tái)。對(duì)已拼裝好的前100環(huán)管片錯(cuò)臺(tái)進(jìn)行測(cè)量、統(tǒng)計(jì)、分析，并制定出相應(yīng)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(duì)整個(gè)區(qū)間隧道進(jìn)行軸線復(fù)測(cè)。 整個(gè)區(qū)間共425環(huán)，隧道軸線測(cè)量點(diǎn)每5環(huán)設(shè)一個(gè)點(diǎn)，共計(jì)85個(gè)測(cè)量點(diǎn)，每個(gè) 點(diǎn)有平偏和高偏兩個(gè)數(shù)據(jù)，共計(jì)170個(gè)樣本點(diǎn)。采取以上控制措施后，取得以下 效果：盾構(gòu)推進(jìn)過程中軸線偏差50mm個(gè)數(shù)為5個(gè)，比例為2.9%V4%；貫通后成型隧道軸線偏差50mm個(gè)數(shù)為8個(gè)，比列為4.7%V5%；整個(gè)區(qū)間沒有出現(xiàn)軸線偏差100mm樣本點(diǎn)。6結(jié)論在地下隧道施工時(shí)，面臨的是未知的環(huán)境，軸線控制是最基礎(chǔ)也是最重要的一個(gè) 關(guān)鍵，施工過程中軸線控制如果出現(xiàn)偏差未及時(shí)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(jī)、法、環(huán)、測(cè)量等基 本因素進(jìn)行分析，采用QC質(zhì)量控制的方法，對(duì)小半徑曲線段盾構(gòu)隧道軸線偏差 進(jìn)行控制，確保軸線偏差符合設(shè)計(jì)規(guī)范以及業(yè)主的要求，達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。參考文獻(xiàn)：楊勇.軟土復(fù)