200 m曲線半徑盾構(gòu)施工技術(shù)

王輝

（中鐵十四局集團(tuán)隧道工程有限公司，濟(jì)南 250000）

1 引言

20世紀(jì)90年代后，隨著我國(guó)地鐵建設(shè)的發(fā)展，尤其是上海、北京、廣州等地相繼大規(guī)模地鐵建設(shè)的展開，盾構(gòu)施工技術(shù)在我國(guó)得到了迅速發(fā)展。受外部環(huán)境限制，盾構(gòu)曲線半徑也越來越小，但與日本等國(guó)家相比，我國(guó)小曲線半徑盾構(gòu)施工經(jīng)驗(yàn)較少，加之我國(guó)地域廣闊，工程地質(zhì)條件差異大，在地鐵小曲線半徑盾構(gòu)工程設(shè)計(jì)與施工過程還存在許多問題需要研究解決。目前國(guó)內(nèi)已建成地鐵盾構(gòu)最小曲線半徑為250 m，且實(shí)例極少，本工程最小曲線半徑為200 m，為國(guó)內(nèi)首例[1]。

2 工程背景

2.1 工程概況

太原地鐵2-1號(hào)線聯(lián)絡(luò)線區(qū)間由2號(hào)線大南門站南端引出后，以半徑200 m的平面圓曲線下穿迎澤公園后接入1號(hào)線大南門站東端。盾構(gòu)段長(zhǎng)148.29 m，全線呈上坡，坡度為33‰，區(qū)間埋深13.5~17.2 m。

2.2 外部環(huán)境

太原地鐵2-1號(hào)線聯(lián)絡(luò)線區(qū)間位于迎澤公園范圍內(nèi)。周圍主要建筑物為下穿2017年新建仿古建筑群（木結(jié)構(gòu)）。聯(lián)絡(luò)線區(qū)間出2號(hào)線端頭后，先后下穿桂聚軒（單層建筑）和回廊→側(cè)穿迎澤閣（3+2層建筑）→下穿回廊，迎澤閣與聯(lián)絡(luò)線區(qū)間最小水平凈距約6 m。

回廊基礎(chǔ)采用0.4 m厚筏板+0.3 m厚砂卵石墊層；桂聚軒基礎(chǔ)采用0.4 m厚筏板+0.3 m厚砂卵石墊層；迎澤閣基礎(chǔ)采用0.4 m厚筏板+0.3 m厚砂卵石墊層+長(zhǎng)度8.8~9.7 m直徑0.5 m攪拌樁（井字形1.2 m×1.2 m）基底土改良。

2.3 水文、地質(zhì)情況

本工程所揭露巖土地層分布較為穩(wěn)定，均為第四系地層。地表多為第四系人工填土，其下由第四系全新統(tǒng)沖洪積黏質(zhì)粉土、砂（粉）類土、圓礫土及上更新統(tǒng)粉質(zhì)黏土、砂類土等組成。聯(lián)絡(luò)線區(qū)間主要穿越地層：拱部為粉質(zhì)黏土層，下半斷面主要穿越粉細(xì)砂層。水位位于地面以下2.2~3.7 m，標(biāo)高約為780.06~781.64 m。

3 分部分項(xiàng)工程施工技術(shù)分析

盾構(gòu)施工主要包括盾構(gòu)機(jī)設(shè)備改造、管片設(shè)計(jì)、盾構(gòu)始發(fā)、盾構(gòu)掘進(jìn)、盾構(gòu)接收等施工內(nèi)容。從每個(gè)分項(xiàng)工程著手進(jìn)行技術(shù)分析，分別介紹在太原地鐵2-1號(hào)線聯(lián)絡(luò)線區(qū)間盾構(gòu)施工中在各個(gè)分項(xiàng)工程中遇到的問題及處理措施[2]。

3.1 盾構(gòu)機(jī)改造及管片選型

3.1.1 縮短盾尾、增大鉸接度數(shù)設(shè)計(jì)

為適應(yīng)200 m轉(zhuǎn)彎半徑的盾構(gòu)施工，需要對(duì)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)改造。盾構(gòu)機(jī)改造后盾尾長(zhǎng)度為3.3 m，比原機(jī)盾尾縮短0.5 m，通過縮短盾尾長(zhǎng)度使拼裝成型管片更好地適應(yīng)200 m轉(zhuǎn)彎曲線；對(duì)鉸接密封進(jìn)行加強(qiáng)，采用MY+VD密封形式，能夠承受地層較高的水土壓力，主機(jī)180 m轉(zhuǎn)彎半徑下模擬示意圖如圖1所示。

圖1 主機(jī)180 m轉(zhuǎn)彎半徑下模擬示意圖

通過模擬盾構(gòu)機(jī)打開主動(dòng)鉸接情況下能達(dá)到180 m的轉(zhuǎn)彎半徑，對(duì)于聯(lián)絡(luò)線200 m的轉(zhuǎn)彎半徑是滿足的。

3.1.2 臺(tái)車雙梁改造

為防止臺(tái)車在跟隨主機(jī)掘進(jìn)過程中發(fā)生臺(tái)車掉道等一系列問題的出現(xiàn)，對(duì)雙梁與1號(hào)臺(tái)車的連接方式做了改造，其連接部位增加了拖拉連接油缸，通過油缸的伸縮調(diào)節(jié)雙梁與1號(hào)臺(tái)車的水平角度，實(shí)現(xiàn)后配套臺(tái)車更好地適應(yīng)200 m轉(zhuǎn)彎。

3.1.3 減小管片環(huán)寬設(shè)計(jì)

管片轉(zhuǎn)彎時(shí)，為了與盾構(gòu)機(jī)盾尾間隙更好相匹配，減小施工時(shí)管片拼裝難度，保證成型管片的質(zhì)量，本區(qū)間采用通用環(huán)、小環(huán)寬、大楔形量的管片。通過對(duì)區(qū)間線路的管片排版，楔形量40 mm滿足區(qū)間水平曲線施工。

3.2 盾構(gòu)始發(fā)方式及輔助措施

聯(lián)絡(luò)線盾構(gòu)始發(fā)場(chǎng)地狹小，從始發(fā)至接收全線處于200 m水平曲線。始發(fā)井內(nèi)長(zhǎng)度不滿足整機(jī)始發(fā)條件，需采用分體始發(fā)，且需采用割線始發(fā)的方式進(jìn)洞，如圖2所示。

圖2 盾構(gòu)機(jī)沿割線始發(fā)示意圖

盾構(gòu)機(jī)在小半徑曲線半徑采用切線始發(fā)，盾體完全進(jìn)洞前無法及時(shí)糾偏。極易造成拼裝完成后的管片軸線偏離設(shè)計(jì)軸線，只有采用割線始發(fā)，才能滿足盾構(gòu)機(jī)進(jìn)洞后前后軸線偏差均滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

為確保盾構(gòu)始發(fā)安全性，采用外沿鋼環(huán)輔助始發(fā)。密封鋼環(huán)由兩道密封鋼絲刷及一道密封簾布組成。外沿密封環(huán)整環(huán)環(huán)面與盾構(gòu)機(jī)設(shè)計(jì)割線垂直。兩道鋼刷之間均勻設(shè)置8根注油脂管用于盾尾刷間注油脂，兩道鋼刷前方均勻設(shè)置8根注漿管，用于注雙液漿堵漏。

此項(xiàng)盾構(gòu)始發(fā)結(jié)合端頭冷凍、增加延伸鋼環(huán)、分體、割線始發(fā)、全段超小曲線大坡度掘進(jìn)等工序于一身，綜合難度系數(shù)較高[3]。

3.3 盾構(gòu)掘進(jìn)

盾構(gòu)機(jī)在曲線段的施工，主要是控制好機(jī)器的掘進(jìn)姿態(tài)、掘進(jìn)參數(shù)、管片預(yù)選安裝、管片背后的同步注漿的漿液凝結(jié)時(shí)間和注漿效果等，其技術(shù)要求如下[4]：（1）盾構(gòu)機(jī)的鉸接油缸增加機(jī)器的轉(zhuǎn)彎靈敏度，當(dāng)?shù)侗P在曲線段掘進(jìn)時(shí)，首先利用中間鉸接油缸小推力掘進(jìn)，改變刀盤方向，使盾構(gòu)機(jī)成為兩段折線掘進(jìn)，增加轉(zhuǎn)彎靈敏度。（2）刀盤旋轉(zhuǎn)由低速慢慢調(diào)整到設(shè)定速度，防止急轉(zhuǎn)。（3）充分利用激光導(dǎo)向系統(tǒng)的管片預(yù)選拼裝功能，正確選用管片拼裝環(huán)楔形量位置，減小管片環(huán)在盾尾中轉(zhuǎn)彎的阻力，而且保證推力油缸的推力支撐環(huán)面與隧道軸線基本垂直，有利于使用推力油缸調(diào)向和減小曲線段上調(diào)向推力并保持管片在曲線段上的穩(wěn)定。（4）曲線段掘進(jìn)時(shí)，強(qiáng)大推力使管片承受向外弧方向運(yùn)動(dòng)的分力，在管片背后漿液還未凝固受力前，這個(gè)分力由聯(lián)結(jié)螺栓承受，曲線半徑越小，分力越大；強(qiáng)力糾偏，分力越大，甚至?xí)斐陕菟〒p壞，環(huán)間錯(cuò)臺(tái)超差等。因此，在曲線段掘進(jìn)時(shí)適當(dāng)縮短管片背后同步漿液的凝結(jié)時(shí)間，減小掘進(jìn)推力和不使用急彎轉(zhuǎn)等掘進(jìn)措施是非常重要的技術(shù)措施。（5）盾尾同步注漿一定要及時(shí)、飽滿，杜絕空隙存在，以提高管片承受剪切力的能力。（6）在豎曲線的坡道施工時(shí)，除了利用好上述平面曲線施工技術(shù)要點(diǎn)外，在大坡道下坡掘進(jìn)時(shí)應(yīng)采用防止盾構(gòu)上拋抬頭的掘進(jìn)技術(shù)措施。上坡時(shí)則相反。由于豎曲線半徑很大，在管片拼裝時(shí)，可以在底部管片的外弧側(cè)粘墊約3 mm的膠墊，以增加下部管片的外弧間隙，適應(yīng)豎向曲線要求。膠墊不宜厚，確保環(huán)縫誤差在允許范圍內(nèi)。坡度大時(shí)，可在每環(huán)下部管片上都貼墊，坡度小時(shí)，間隔貼墊即可。（7）嚴(yán)格控制出土量，對(duì)每環(huán)掘進(jìn)的渣土稱重，嚴(yán)禁超出。在整體技術(shù)措施控制下，掘進(jìn)中成型隧道滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

3.4 盾構(gòu)接收

盾構(gòu)接收常規(guī)風(fēng)險(xiǎn)外，因本區(qū)間曲線半徑小，存在管片接縫不嚴(yán)造成滲漏水的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)在掘進(jìn)過程中由于地下水豐富，盾體鉸接、盾尾處存在漏水風(fēng)險(xiǎn)，需加強(qiáng)密封措施。本區(qū)間采用三軸攪拌+高壓旋噴+水下接收方式+降水井輔助。具體接收流程如下：（1）接收線路制定：盾構(gòu)機(jī)出洞按正線200 m曲線半徑、縱坡33‰出洞。在接收洞門鋼環(huán)外側(cè)設(shè)置與洞門相適應(yīng)的密封簾布、圓弧板、翻板（翻板上設(shè)置鋼絲繩引孔）、牽引鋼絲繩（φ16 mm）及3 t手拉葫蘆牽引。（2）接收端底板布置：接收端北側(cè)負(fù)2層側(cè)墻澆筑封堵（40 mm厚鋼筋混凝土墻）與主體四面形成封閉框架結(jié)構(gòu)，接收端底板與正線一致，縱坡為33‰，底板回填0.6 m厚碎石,攤鋪平整、碾壓密實(shí)作為接收臨時(shí)支座，然后回灌清水，根據(jù)水位觀測(cè)井水位，確定回灌水位，接收時(shí)達(dá)到水土平衡。（3）洞內(nèi)布置：隧道內(nèi)從管片接觸加固區(qū)135環(huán)開始，在盾尾后部進(jìn)行止水環(huán)箍二次注漿作業(yè)切斷管片壁后前后水流通道，盾構(gòu)接收時(shí)后10環(huán)布設(shè)管片拉緊裝置。（4）盾構(gòu)機(jī)接收：盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入加固區(qū)至刀盤出洞，開挖倉頂部土壓力逐步降低。刀盤到達(dá)出洞里程停止旋轉(zhuǎn)。盾構(gòu)機(jī)繼續(xù)空推及管片拼裝，刀盤脫離簾布后，前盾盾殼位置拉緊簾布；盾構(gòu)中盾位置到達(dá)簾布時(shí)，再次收緊簾布。盾構(gòu)盾尾位置到達(dá)簾布時(shí)，第三次收緊簾布，盾構(gòu)盾尾脫離管片時(shí)，第四次收緊簾布保證洞門封堵效果。

盾構(gòu)機(jī)空推過程中抽排坑內(nèi)回灌水，同時(shí)加強(qiáng)接收端范圍地表監(jiān)測(cè)。后10環(huán)管片拉緊條及二次注漿隨主機(jī)空推及時(shí)跟進(jìn)。接收洞門封堵完成后，盾構(gòu)機(jī)繼續(xù)空推拼裝底部管片直至推出蓋板結(jié)構(gòu)到達(dá)拆機(jī)位置。主機(jī)空推到達(dá)拆機(jī)位置，刀盤旋轉(zhuǎn)到零位，切斷電源，按拆機(jī)方案準(zhǔn)備拆機(jī)工作。

4 結(jié)語

通過對(duì)太原地區(qū)2-1號(hào)線聯(lián)絡(luò)區(qū)間整個(gè)施工過程進(jìn)行總結(jié)，明確各施工過程中需要注意的技術(shù)要點(diǎn)，順利地完成了國(guó)內(nèi)首例200 m曲線半徑的盾構(gòu)施工，希望對(duì)類似工程有一定的借鑒意義。