盾构施工小半径曲线掘进技术

盾构施工小半径曲线掘进技术

张旭东

中铁七局集团第三工程有限公司

摘要：杭州市大毛坞-仁和大道供水管道工程III标段对于小半径曲线盾构掘进施工技术参数和对小半径圆曲线段计算优选的最佳衬砌布置方案拟合。

关键词：盾构施工；管片排版；掘进参数

杭州市大毛坞-仁和大道供水管道工程线路全长28.6km。本标段为大毛坞-仁和大道供水管道工程III标段，由3座盾构井与2座区间组成，分别为G1盾构井、G2盾构井、G3盾构井、G3盾构井～G2盾构井区间、G2盾构井～G1盾构井区间。其中包含R-350圆曲线转弯，R-300圆曲线转弯，R-400圆曲线转弯，R-500圆曲线转弯。

区间隧道为内径5500mm，外径6200mm，隧道结构均采用1200mm宽的预制钢筋混凝土管片，管片之间采用高强度螺栓连接，管片间防水采用三元乙丙橡胶为材质、表面复合遇水膨胀橡胶而成的弹性橡胶密封垫；纵缝设嵌缝槽，填设嵌缝材料防水；螺孔与回填注浆孔设材质为遇水膨胀橡胶的密封圈防水。6块/环分块形式，即由封顶块F，邻接块L，和标准块B构成。为适应圆曲线段、缓和曲线段、施工纠偏等需要，采用直线环、左转弯楔形环和右转弯楔形环三种形式，对不同的缓和曲线、圆曲线段均以经计算优选的最佳衬砌布置方案拟合（一般拟合误差≤10mm，局部≤20mm）。

管片材料：管片混凝土强度等级为C50，抗渗等级≥P10；钢筋采用HPB300级钢筋及HRB400E级钢。

管片尺寸：内径为5500mm，外径为6200mm，宽度为1200mm，厚度为350mm。

管片分块：共分为6块，1块封顶块+2块邻接块+3块标准块。

管片楔型量：49.6mm（双面楔型）。

管片连接方式：弯螺栓连接（环缝16根、纵缝12根），螺栓的机械性能等级为8.8级、6.8级。

盾构区间概况表

小半径曲线段施工控制措施：

这里我们取G2-G1盾构区间切口里程2+086.465---1+926.308（盾尾环号63环---197环）的半径R=350米的左转圆曲线进行分析；

施工过程中合理进行渣土改良，确保出渣保持在流塑状态，避免螺旋机喷涌；精确量测每一进尺的出土量；严格控制总推力及各分区推力，保证盾构姿态不突变；控制推进速度，避免因推进速度过快，导致同步注浆不能有效填充盾尾与开挖面的空隙，造成沉降过大；严格控制刀盘转速，减小对土体的扰动；严格控制同步注浆量、注浆流量及注浆压力，避免盾尾空隙填充不足或地面隆起的情况；在同步注浆过程中加强盾尾油脂注入，避免发生漏浆现象；当同步注浆量不足时，立即采用跟踪二次注浆措施对管片背后实施填充和补强。

由于盾构机平面上处于R-350（300）米左转弯小半径圆曲线上，管片脱出盾尾后有向曲线外侧运动的趋势，为保证成型隧道管片轴线不超限，要求将盾构推进中线水平向隧道设计轴线内侧（左侧）预偏3～5cm；为抑制管片脱出盾尾后上浮超限趋势，要求将盾构推进中线竖直方向向隧道设计轴线下方预偏2～3cm。

小半径曲线段盾构施工参数表

1、推进控制

1）渣土改良

进行渣土改良时，需保证推力、扭矩、土仓压力等主要参数稳定。当扭矩、推力明显增大，渣土坍落度明显减小时应增加泡沫注入率，并适当在土仓中部加水；当螺旋机口出现明水、渣土在皮带上打滑时则应当降低泡沫注入率，并关闭所有土仓加水管路。在推进过程中利用红外线测温器每环进行一次土温量测，当渣土温度超过30℃时就应当及时调整改良参数。

2）土压控制

在小半径曲线段掘进过程中，应根据盾体通过阶段的监测数据对土压力进行动态调整，并确保推进过程中出土速率与推进速度匹配，防止土压波动过大引起的沉降。

3）出土量控制

小半径曲线段掘进期间，每环出土量应当控制在39～45m3，现场值班人员应实际量测空载土厢的残余渣土方量及满载土厢的剩余空隙方量，确保每一环的出土量能够得到精确统计。在推进过程中，每推进一环应测量一次土箱内的实际出土量，检查是否与进尺匹配。

4）推进速度控制

在小半径曲线段掘进期间，推进速度宜控制在30～40mm/min之间，既可以避免速度过慢导致刀盘在建筑物下方长时间扰动，又能够保证同步注浆充分均匀的注入，在推进过程中严禁出现为提高推进速度而随意降低土仓压力的行为。

5）姿态控制

盾构机进行姿态修正时会造成超挖和额外扰动，可能引起土体失稳和出土超量。在小半径曲线段掘进时必须严格控制单位进尺的纠偏量，避免急纠、猛纠，随时通过观察盾尾间隙和左右推进油缸的相对行程差判断是否过度纠偏。在纠偏过程中应充分利用被动铰接系统，应尽量减小推进油缸纠偏量，及时利用铰接系统进行小幅度纠偏，避免盾构机走蛇形，尽量减小盾构通过造成的扰动。

2、同步注浆

1）同步注浆量必须得到保证，不注浆不掘进，掘进必须注浆。

2）试验人员对拌浆质量进行严格检查，并留取浆样，做好试验记录，根据实际施工情况进行调整。

3）每推3环即对后n-5环（n为当前推进环号），进行管片背后开孔二次注浆。管片开孔注浆是利用二次注浆设备，对左上方、右上方的管片进行开孔注浆，浆液采用双液浆，每次注浆量由现场根据地面监测情况、注浆压力、同步注浆情况而定。

4）地面单次沉降过大时，立即利用二次注浆设备对对应位置的管片进行开孔二次注浆，浆液采用双液浆，浆液配合比由试验人员确定。

3、管片拼装

对于小半径曲线地段，根据类似工程的施工经验，线路前进方向选用环宽1.2米左转弯楔形环管片和标准环管片的组合采用错缝拼装方式来实现线路转向和拟合。

对小半径曲线地段的管片楔形量检算：

以管片外径6.2m，曲线半径R=350m圆曲线段进行检算L1/R1=L2/R2即L1/353.1=L2/346.9=1.2/350m得L1=1.21062857m

L2=1.18937143m，内、外弧长差值为：△L=L1-L2=0.02125714

设计管片拼装在11点位时楔形量△L’=21.26mm＞△L=24.8mm

小半径圆曲线段设计管片排版采用1环1.2m宽标准环+6环1.2m宽左转弯楔形环组合：21.26*7-24.8*6=0.02mm≈0，以上计算可知，1环1.2m宽标准环+6环1.2m宽左转弯楔形环的排版方式很好的拟合了R=350m小半径圆曲线。理论排版表明在R-350小半径曲线上盾构每掘进7环要拼装6环转弯环，纠偏就必须将7环中的标准环换成转弯环再选择合理的点位进行拼装；管片吊装下井时必须对管片型号进行检查，防止错拼、乱拼的情况发生。