摘要：目前我国盾构施工技术得到了迅速发展，但在硬岩地层中小半径曲线掘进施工技术方面仍然存在许多问题。小半径曲线隧道线形虽不属良好，但在应用上将会越来越多。本论文盾构掘进技术控制研究总结了复合地层条件下小半径大纵坡盾构掘进施工关键技术，可为类似地层的盾构施工提供参考。
关键词：小半径 大纵坡 复合地层 盾构掘进
一、小半径大纵坡复合地层盾构掘进施工难点分析
（一）曲线段轴线控制
盾构的壳体为线性刚体，在曲线段进行盾构掘进时，属于使用直线近似曲线。曲线半径与单位长度纠偏量成反比，曲线半径越小，轴线就越难控制。另盾构在曲线施工时，需要不断对盾构姿态进行调整，在调整过程中，两侧油缸必须形成推力差，且两侧推力差必须维持在一定范围内才能达到要求。则由于纠偏过程中用于纠偏的推力差调整范围将会变小，增加了隧道轴线控制难度。曲线段施工参数的最终确定还应结合施工段的水文地质条件等施工因素综合考虑。
（二）盾构管片横向位移控制
盾构掘进需要衬砌管片提供反作用力，在曲线段施工时，由于管片与掘进轴线存在夹角，油缸会给衬砌管片提供一个水平方向的力，从而促使管片有向背向圆心一侧移动的趋势。当推力油缸提供的水平作用力大于管片的摩擦力时，管片就会出现横向位移
（三）地层扰动大
盾构在曲线施工时，盾构的姿态在时时调整状态，超挖刀在掘进过程中不断进行着超挖掘进开挖断面实际是一个椭圆形断面，增加了地层扰动范围，致使地层失稳的可能性增大。曲线段掘进增加了地层扰动，致使地层趋于稳定的时间加长，后期沉降量以及时间均较直线段更长。
（四）管片破损增加
盾构在曲线段掘进时，盾构管片所受合力为斜向力，形成了前方管片内侧角和后方管片外侧角两个受力集中点，管片在受力集中点处出现破损。
二、施工中采取的主要控制措施
（一）盾构推进轴线预偏
在盾构掘进过程中，要加强对推进轴线的控制。曲线推进时盾构实际上应处于曲线的切线上，因此推进的关键是确保对盾构机姿态的控制。
由于盾构掘进过程的同步注浆及跟踪补注的双液浆效果不能根本上保证管片后土体的承载强度，管片在承受侧向压力后，将向弧线外侧偏移。为了确保隧道轴线最终偏差控制在规范允许的范围内，盾构掘进时给隧道预留一定的偏移量。根据理论计算和相关施工实践经验的综合分析，同时需考虑掘进区域所处的地层情况，在小半经曲线隧道掘进过程中，将设置预偏量20～40mm。施工中通过对小半径段隧道偏移监测，适当调整预偏量。
（二）盾尾间隙控制
（CET6250 120# )盾尾直径6230mm、盾尾厚度为50mm，本工程选用的是X-3型外径为6000mm的管片，经计算管片理论盾尾安装间隙为65mm，在实际施工中为保证隧道成型质量减少护盾对管片的摩擦力（拉力）、向下的压力及使管片受力均匀，盾尾间隙宜保持在60-65mm，根据隧道掘进经验当间隙在60-65mm时管片基本不会产生破损及错台现象。盾尾间隙经验：只要上下油缸行程差为75mm以上，上部盾尾间隙基本都在55-65mm之间。
（三）合理使用铰接装置
在小曲率半径盾构施工过程中盾构机姿态控制的原则是：调整铰接为主，千斤顶的选用为辅，尽可能全选盾构千斤顶来进行盾构推进。
在小曲率半径盾构施工中，千斤顶的选用是铰接控制盾构机姿态的一种辅助工具。当要使盾构机水平向左偏，则需提高右侧千斤顶分压的推力；反之，则需提高左侧千斤顶分压的推 力。当要使盾构机机头向上偏，则需提高下部千斤顶的推力；反之亦然。
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掘进过程的管片保护措施，在千斤顶选取时，应尽量全选。盾构机在小半径曲线段行走时，为了避免千斤顶在推进时造成管片的破损，可在每300mm～500mm推进后，适量收缩千斤顶，调整千斤顶靴板与管片的接触面，消除千斤顶对管片的侧向应，减少对管片损环，同时有利于盾构机方向的调整。
（四）管片选型
根据小半径曲线线路选择合适的管片宽度和管片楔形量，管片的环宽越小、楔形量越大管片所适用的曲线半径也就越小。根据目前国内小半径曲线的施工情况一般半径为250～400米可采用环宽1.2米、楔形量为41mm的管片。
（五）管片拼装
1.拼装前冲洗管片、检查止水条粘贴密实、盾尾清理干净后方可进行拼装。
2.油缸收缩与拼装管片同步，禁止油缸过多收缩影响管片成环质量。
3.K块止水条涂抹黄油，插入K块拼装机与推进油缸同时使用，严禁用力过大造成K块破损。
4.管片拼装预偏移
盾构掘进过程中，管片在承受侧向压力后将向弧线外部偏移，为了使成型隧道轴线的高标准要求，管片拼装水平姿态内侧预偏移5～10mm左右。
（六）同步注浆“量足压满”
曲线段提高同步注浆浆液强度，确保成型管片能够快速的稳固防止成型管片受不均匀推力侧移。
根据试验显示同步注浆砂浆地面初凝时间：220分钟左右，稠度91mm。同时要求监控室对每环掘进过程中的注浆压力进行截图、保存于监控室电脑上，确保注浆满足要求。注浆压力控制在（1.5～3.5）bar，注浆量根据开挖直径和管片外径计算，实行“量、压双控”制度。
（七）减小地层扰动
1.严格控制好姿态，避免大的纠偏而造成对土体的扰动。
利用导向系统对盾构姿态的实时监测显示， 根据地层的软硬分布情况，分区操作推进油缸， 设定推力和推进速度，实现对盾构姿态的实时控制，必要时一个掘进循环可分几次完成。
盾构掘进时，总是在进行蛇行，难免出现姿态偏差，蛇行修正以长距离慢慢修正为原则，盾构姿态调整（纠偏）方式有：①滚动纠偏：采用刀盘反转的方法进行滚动纠偏。②竖直方向纠偏： 盾构抬头时，可加大上部千斤顶的推度进行纠偏；盾构叩头时，可加大下部千斤顶的推度进行纠偏。③水平方向纠偏：向左偏时，加大左侧千斤顶推度；向右偏时，加大右侧千斤顶推度。
2.及时、充足地跟进同步注浆与二次注浆， 将管片与围岩之间地空隙填充密实，达到稳固管片和减少地表沉降的效果。
3.减小推力和掘进速度，同时选择合适地土仓压力保持模式，最大限度地减小地层扰动和保证掌子面的稳定，防止坍塌。
（八）隧道内设纵向加强肋
针对小半径曲线上隧道纵向位移较大，在隧道靠近开挖面后50～60m范围管片设置加强肋以增强隧道纵向刚度，控制其纵向位移。加强肋采用双拼[22a槽钢用钢板焊接成型，用螺栓将其与管片的预留注浆孔进行连接，从而将隧道纵向连接起来，以加强隧道纵向刚度。
总之，小半径大纵坡复合地层盾构掘进技术在施工中一定要牢牢把握技术要点，并在施工过程中不断思考、积累经验，做到多工种有效沟通合理配合互相协调才能进行措施控制，加快施工进度。
参考文献：
[1]廖鸿雁.复合地层盾构对硬岩的处理方案[J].现代隧道技术,2012,49(4):184-191.
[2]邓彬.上软下硬地层盾构施工技术研究[J].现代隧道技术,2012,49(2):59-64.
[3]付金海,大连地铁小半径曲线掘进盾构选型设计[J].盾构工程,2013.
论文作者:夏冰凉
论文发表刊物:《基层建设》2018年第21期
论文发表时间:2018/9/10
标签：管片论文; 盾构论文; 地层论文; 半径论文; 曲线论文; 千斤顶论文; 隧道论文; 《基层建设》2018年第21期论文;