摘要：本文结合广州市轨道交通六号线工程【海珠广场～东湖盾构区间】土建工程分析小半径曲线隧道盾构法施工易发生的问题，介绍急曲线隧道的盾构法掘进技术。
关键词：盾构；小半径曲线；轴线控制；质量保证
1工程概况
广州市轨道交通六号线工程【海珠广场～东湖盾构区间】土建工程，共由【海珠广场～北京南站】盾构区间、【北京南站～越秀南站】盾构区间、【越秀南站～东湖】盾区间三个区间组成。盾构隧道双线总长3564.21米，为双孔圆形隧道。左线隧道里程为ZDK10+936.698～ZDK13+059.939，线路长度为2130.091m（其中两段长链长7.511m）；右线隧道里程为YDK10+986.201～YDK13+059.939.线路长度为2073.738m。由直线段和10段曲线构成，曲线半径R300m以下的曲线共有8段，最小曲线半径250m。
该工程右线选用日本三菱公司的φ6260土压平衡式盾构机，盾构机头部长度约为8625ｍｍ，铰接处离刀盘端面的长度为4990ｍｍ，水平张角±1.5°，垂直张角为±0.5°左线选用德国海瑞克公司的φ6280土压平衡式盾构机，盾构机头部长度约为8315ｍｍ盾构机头部长度约为8625ｍｍ，水平张角和垂直张角均为±2.5°。
2小半径平曲线上施工难点分析
轴线控制困难、整体隧道在水平分力下的位移、管片质量控制难度大一直都是小半径曲线施工中的难点。
2.1 轴线控制困难
在小曲率半径急转弯段，由于盾构机本身为直线形刚体，尽管设置了铰接系统，也不能与曲线完全拟合，曲线半径越小，盾构机身越长，则轴线控制的难度越大。
2.2 整体隧道在水平分力下的位移及隧道质量控制
曲线隧道在掘进时推进千斤顶与管片存在生一定的角度，在千斤顶的推力下产生一个侧向分力。管片脱出盾尾后，在侧向水平分力的影响下，隧道向曲线外侧偏移。管片位移容易增加隧道整体轴线控制及隧道质量控制的难度。
3监理控制要点
一般而言，施工中碰到的重难点往往也同样就是监理现场工作的控制要点。如何针对以上施工难点做好相应的监理控制便变得尤为重要。下面将结合实际施工顺序逐一阐述各阶段监理工作的控制要点。
3.1进入小半径曲线前的监理控制（事前控制）
（1）协同施工单位做好隧道内导线测量复核工作，审核施工单位盾构机姿态人工复核资料。
（2）认真审核施工单位报送的专项施工方案及技术交底，通过相关计算机以往经验分析相关施工参数的合理性。
由于铰接系统和超挖设置在盾构机中的普遍使用，小半径段轴线控制的重点逐渐体现在合理利用盾构铰接装置上。盾构机自身的铰接系统决定了隧道开挖曲线的最小半径，小曲线段施工的轴线控制主要取决于对两侧千斤顶行程差和铰接行程差的控制。根据隧道设计的曲线半径和管片半径，准确的计算出每段曲线的施工时千斤顶行程差的数值并在施工中准确执行是做好轴线控制的先决条件。
根据计算出的铰接角度，使得盾构机前体与后体的张角与曲线吻合，在圆曲线内铰接Ø大小计算公式为：
式中：Ø 为圆曲线内铰接应开角度
L1 盾构机前体长度
L2 盾构机后体长度
R 曲率半径
（3）提醒施工单位在进入小半径施工前进行盾构姿态预偏。在进入小曲率半径段时，为了使隧道轴线最终偏差控制在规范要求的范围内，一般情况下，盾构掘进时应考虑让盾构机在水平上向曲线内侧偏移一定量，将盾构沿曲线的割线方向掘进。依据本工程实际情况和以往实践经验，在250m小半径隧道掘进过程中，预偏量30～40mm。
（4）根据隧道的设计曲线，核算曲线段转弯环的理论用量是否与施工单位计算记过相同或是相近，可以为盾构机操作手提供必要的选型参考。
本项目在小半径曲线段，采用1.2m管片，该管片楔形量为41mm，利用此种管片拼装而成的隧道最小转弯半径为175米；缓和段采用1.2m与1.5m管片结合的方式，1.5m管片楔形量为38mm，拼装而成的隧道最小转弯半径为228米，完全满足线路半径需要。
根据以下公式可以计算出曲线段需采用的理论用量。
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
圆心角的计算公式：α＝180L/πR
3.2小半径曲线段的监理控制（事中控制）
（1）现场检查盾构掘进参数是否合理。
推进时速度应控制在20～30mm/min，避免因推力过大而引起的侧向压力的增大，减小盾构推进过程中对周围土体的扰动。
在小曲率半径盾构施工中，为了减少向外侧的水平分力，需减小内侧千斤顶的推力，但需要保证内侧管片的成型质量，内侧千斤顶的压力不能过小。各个分区选择合理的压力可以在保证隧道质量的前提下降低隧道轴线控制的难度。
严格控制盾构正面平衡压力。盾构在穿越过程中须严格控制切口平衡土压力，使得盾构切口处的地层有微小的隆起量（0.5～1mm）来平衡盾构背土时的地层沉降量。同时也必须严格控制与切口平衡压力有关的施工参数，如出土量、推进速度、总推力、实际土压力围绕设定土压力波动的差值等。防止过量超挖、欠挖，尽量减少平衡压力的波动。
（2）督促施工单位做好管片选型
管片选型要根据盾构机实时姿态、盾构千斤顶行程差和盾尾间隙进行管片选型，当管片拼装轴线与盾体轴线出现较大偏差时，在隧道曲线外弧盾尾间隙较小处，采用连续安装最大楔形量管片。
合理选择管片的安装点位，及时消除主推千斤顶的行程差，和进行盾尾间隙的调整。避免由于盾尾间隙过小，导致管片椭圆度超过标准，而造成管片错台和破裂。
（3）督促施工单位做好注浆控制
注浆质量的好坏很大程度上决定了隧道位移和管片质量的控制效果。有针对性地选用同步注浆和二次注浆相结合的施工措施，能有效提高隧道成型质量。同步注浆的使用能及时充分地填充管片外的环状空隙，避免地表沉降，并一定程度上降低侧向分力的影响。同步注浆要根据施工情况、地质情况对注浆量和注浆压力进行调整。一般情况下，每环注入量量控制在背后空隙的130％-180％，注浆压力约0.2～0.3Mpa。根据二、八号线延长线管片壁后注浆质量分析结果，在曲线段注浆施工时，可以适当加大曲线外侧的注浆压力及注浆量，来保证外侧填充厚度及防水效果，并可以初步控制管片位移。
同步注浆浆液由于填充凝固时间较长，在未凝固的情况下，受挤压后会往在管片四周串流，不能很好的起到填充偏向开挖间隙的作用和稳定管片的作用。采用双液浆加强外弧线侧向注浆，可以在较短的时间内将建筑空隙填充并达到一定的强度，与原状土共同作用，有效减小管片受侧向压力影响在建筑空隙范围内向弧线外侧的偏移量，防止较大偏移量造成管片大量错台和漏水，使得在小半径内的管片拼装质量达到良好的效果。同时也确保了盾构机的顺利转弯。
（4）监督做好测量工作
在小半径曲线施工中，为防止激光站每次前移的距离缩短，导致前移频率增大，对测量的精度会造成影响，小半径段采取的主要措施：1、加大测量移站及人工复测的频率，每掘进15～20环移站一次，每掘进10环对后视棱镜、测站和盾构机姿态进行人工复测。2、在二次补浆后对补浆环片进行及时监测。3、加强自动导向系统的维护。保证自动导向系统正常工作，密切注意导向系统的异常情况，经常人工校核TCA的坐标点及TCA本身的精度。
3.3出小半径曲线段后的监理控制（事后控制）
（1）管片修补质量控制
在小半径曲线段施工，或多或少会存在部分管片破损，对于破损管片需要做好修补处理。腰部或腰部以上部位采用涂膜外封闭法，刷改性环氧浆液，；腰部或腰部以下部位抹微膨胀环氧沙浆封堵基面，浆液颜色与管片同色。
4控制效果分析
通过以上措施的综合应用，在施工完成后，小半径段隧道轴线控制在±100以内，管片错台率在5%以内，最大错台值为14mm，隧道整体质量较好，各项控制指标均在允许范围内。
5结束语
在小半径曲线隧道施工中使用的技术措施基本类似，以下是结合本工程施工后的几点体会：
1、在小半径曲线隧道盾构法施工中，合理的利用铰接装置和小环宽管片，是克服盾构机轴线和管片轴线难以拟合隧道设计轴线的关键。
2、预留偏移量和隧道曲线外侧补注早强浆液是控制隧道轴线的重要手段。
3、保证测量精度的情况下，有效的利用好铰接、合理的管片选型，是小半径曲线隧道盾构法施工的主要技巧。
参考文献：
[1]刘晓文，袁志文.小曲线半径隧道盾构法掘进技术研讨[J].黑龙江科技信息.2008（1）：212.45.
[2]凌宇峰，李章林.小曲线半径盾构轴线控制技术[J].上海建设科技.2002（1）：34-36
论文作者:刘坤
论文发表刊物:《基层建设》2019年第9期
论文发表时间:2019/7/2
标签：盾构论文; 管片论文; 半径论文; 曲线论文; 隧道论文; 轴线论文; 千斤顶论文; 《基层建设》2019年第9期论文;