中国铁建大桥工程局集团有限公司 辽宁沈阳市 110015
摘要：杭州地铁SG5-4标盾构施工主要经过⑦号黏土层，地质较硬，盾构推进速度缓慢，盾构姿态不好调整，管片姿态控制与纠偏难度大，易出现连续碎裂情况，本文针对这一现象进行总结，强调了通用管片拼装及管片姿态对盾构机姿态的影响，对类似杭州盾构施工起到一定的指导作用。
关键词：杭州地铁；盾构施工；管片选型与纠偏；盾构姿态
1.工程概况
常二路站～五常站区间为单圆盾构区间。下行线（左线）起始里程DK6+503.889，终止里程DK8+029.357，在左DK7+904.081处设一4.081m长链，全长1529.549m。该区间线路自常二路站东端沿新建海曙路向东行进，接入位于海曙路、邱桥路口的五常站。
区间设置三处圆曲线，曲线半径分别为R=1200m、R=1000m和R=800m，线间距15.6～23.6m。区间纵断面采用V字坡，左线坡度依次为-23.000‰、-5.000‰、+5.000‰、+24.384‰。隧道埋深8.25～17.92m。
本工程采用错缝拼装，每环隧道衬砌由六块预制钢筋混凝土管片（1块小封顶块、2块邻接块和3块标准块）拼装而成，成环形式为小封顶纵向插入式。衬砌环面上设计有凹凸榫槽，分块面采用定位棒设计，块与块之间以薄榫的形式接触，可有效控制管片间的拼装定位，同时可以有效防止管片角部由于应力集中发生破损，减少人为因素造成的质量隐患，加快施工进度。
2.工程地质
根据设计图纸及勘察报告显示，本盾构区间主要穿越土层为⑤1粉质黏土、⑤2粉质黏土夹粉土、⑦1黏土、⑧1粉质黏土、⑧2含砂粉质黏土、⑨1粉质黏土层。
⑤1粉质黏土：灰黄、褐黄色，局部青灰色，硬可塑状，含少量云母碎屑，局部夹少量粉土薄层。无摇振反应，切面较光滑，有光泽，干强度高，韧性中等。
⑤2粉质黏土夹粉土：灰黄色，软可塑～可塑，薄层状，层间夹粉土薄层，单层厚度0.2～5mm，局部粉土含量稍高，呈砂质粉土状。无摇振反应，切面较粗糙，无光泽，干强度低，韧性低。
⑦1黏土：灰黄、青灰色，硬可塑状，多见铁锰质氧化斑，偶见兰灰条纹，局部为粉质黏土。无摇振反应，切面较光滑，有光泽，干强度高，韧性中等。
⑧1粉质黏土：褐灰色，软可塑状，含少量云母碎屑，局部偶见贝壳碎片，局部接近淤泥质黏土。无摇振反应，切面稍有光滑，有光泽，干强度中等，韧性中等。
⑧2含砂粉质黏土：褐灰色～绿灰色，软可塑，含20%～30%粉砂，局部为含黏性土粉砂。无摇振反应，切面略光滑，有光泽，干强度中等，韧性中等。
⑨1粉质黏土：杂色，有黄、棕红、兰灰、灰绿等色，硬可塑为主，下部粉粒含量明显，局部夹高岭土团块。无摇振反应，切面稍有光滑，有光泽，干强度高，韧性中等。
3.管片选型的原则
管片选型的原则有两个，第一：管片选型要适合隧道设计线路；第二：管片选型要适应盾构机的姿态。这两者相辅相成。
3.1 管片选型要适合隧道设计线路
以下均以杭州地铁5号线SG5-4标左线为例。根据图纸设计线路的要求，常五区间左线1275环管片，其中包括直线环、转弯环以及特殊环。管片具体参数如下表：
区间设置三处圆曲线，曲线半径分别为R=1200m、R=1000m和R=800m，盾构掘进方向为五常站端头井始发，常二路站端头井接收，所以先经过R=800m的圆曲线段。依照曲线的圆心角与转弯环产生的偏转角的关系，可以计算出区间线路曲线段的转弯环与标准环的布置方式。
转弯环偏转角的计算公式：
θ=2γ=2arctgδ/D
式中：
θ―――转弯环的偏转角
δ―――转弯环的最大楔形量的一半
D―――管片直径
将数据代入得出θ＝0.5167
根据圆心角的计算公式：α＝180L/πR
式中： L―――一段线路中心线的长度
R―――曲线半径，取800m
而θ＝α，将之代入，得出L＝7.2m
上式表明，在800m的圆曲线上，每隔7.2m要用一环转弯环，杭州地铁的通用管片长度为1.2m，就是说，在800m的圆曲线上，标准环与转弯环的拼装关系为5环标准环+1环转弯环。以此类推，可以算出R为1000m、1200m的拼装关系，结合线路就可以将管片大致排列出来。
3.2 管片选型要适应盾构机姿态
管片是在盾尾内拼装，所以不可避免地受到盾构机姿态的制约。管片平面应尽量垂直于盾构机轴线，也就是盾构机的推进油缸能垂直地推在管片上，这样可以使管片受力均匀，掘进时不会产生管片破损。同时也兼顾管片与盾尾之间地间隙，避免盾构机与管片发生碰撞而损坏管片。在实际掘进过程中，盾构机因为地质不均、推力不均等原因，经常要偏离隧道设计线路。所以当盾构机偏离设计线路或进行纠偏时，都要十分注意管片选型，避免发生重大事故。
4.管片选型
常五区间左线盾构刚出洞就开始变坡，竖曲线由+2‰至-24.384‰，73环变完，平面为直线段。常五区间出洞土层为④2、⑤1、⑤2层土，土体比较软，50环以后下部进入⑦号黏土层，硬可塑状，盾构掘进过程中盾构姿态跟不上坡度变化，盾构姿态容易出现偏差，且纠偏比较困难，竖曲线变坡全靠粘贴楔子来调整，楔子每环超前不得超过5mm。所以，在前100环碎裂比较多，且多为连续碎裂。在300环左右进入缓和曲线，开始左转弯，340环进入R=800m的圆曲线段，在此期间管片选型需要注意以下几点：盾尾间隙，千斤顶形成差，盾构掘进线路。
4.1 根据盾尾间隙进行管片选型
通常将盾尾与管片之间的间隙叫盾尾间隙。盾尾间隙是管片选型的一个重要依据。每次安装管片前后，对管片的上、下、左、右四个位置进行测量。如发现有一方向上的盾尾间隙接近20mm时，就要及时粘贴楔子对盾尾间隙进行调节（在盾构掘进过程中，应及时跟踪盾尾间隙，发现盾尾间隙有变小趋势，最好能通过千斤顶推力来调整间隙）。调整的基本原则：哪边的盾尾间隙过小，就粘贴哪边超前。如在转弯阶段粘贴楔子无法满足要求，则需要添加转弯环，调整的基本原则：哪边的盾尾间隙过小，就选择拼装反方向的转弯环。
4.2 根据千斤顶行程差进行管片选型
盾构机是依靠推进油缸顶推在管片上所产生的反力向前掘进的，川崎盾构推进油缸按上、下、左、右四个方向分成四组。而每一个掘进循环这四组油缸的行程的差值反应了盾构机与管片平面之间的空间关系，可以看出下一掘进循环盾尾间隙的变化趋势。通常我们以各组油缸行程的差值的大小来判断是否应该拼装转弯环，在两个相反的方向上的行程差值超过40mm时，就应该拼装转弯环进行纠偏，也就是拼装1环16点位左转弯环，可以使左、右两组的油缸行程差由+40减到-9.6mm。
4.3 根据盾构掘进线路进行管片选型
盾构机应尽量根据设计线路进行掘进，避免产生不必要的偏差，这样基本可以根据管片排版进行管片拼装，也有利于管片按计划进行生产。在盾构推进过程中基本原则为：盾构沿着轴线走，管片跟着盾构走。如果盾构机偏离设计线路，在纠偏过程中也不要过急，否则管片楔子的粘贴量或转弯环的偏移量跟不上盾构机的纠偏幅度，盾尾仍然会挤坏管片。盾构掘进纠偏原则：缓纠、慢纠、切忌修正过急。
5.施工经验总结
在杭州⑦号黏土层中，盾构掘进纠偏较困难，故采用先调整管片姿态，再调整盾构姿态。管片超前量调整好，通过千斤顶行程调整盾构姿态，且转弯过程中或盾尾间隙偏差较大时，可适当开启超挖刀。在推进过程中盾构姿态需要勤纠、缓纠，管片姿态超前谋划，遇到转弯或纠偏时，尽量先调整管片姿态，盾构姿态再跟上，这样调整在⑦号硬土中纠偏效果要好很多，会使碎裂情况明显减少。
论文作者:邢龙
论文发表刊物:《基层建设》2018年第10期
论文发表时间:2018/5/29
标签：管片论文; 盾构论文; 黏土论文; 间隙论文; 姿态论文; 曲线论文; 线路论文; 《基层建设》2018年第10期论文;