长距离小半径曲线盾构法地铁隧道施工关键技术

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The Key Techniques of Shield Tunnel Construction Method with Long and Small Radius Curve

Kong Fanqiang

（The Forth Engineering Co.， Ltd. of China Railway First Group，Xianyang 712000，China）

摘要： 随着城市地铁隧道的发展，盾构法隧道施工越来越多，长距离小半径曲线盾构法地铁隧道施工关键技术研究，直接影响项目的安全、质量、进度及经济效益。在修建郑州地铁1号线时，我标段的郑州大学站至碧沙岗站盾构区间平面线形为“S”曲线，平面最小曲线半径为320m，曲线长度达897m，各项施工技术参数均受控。

Abstract: Along with the development of urban metro tunnel, shield tunnel construction method is increasing, shield tunnel construction method with long and small radius curve is the key techniques, and is directly influences the safety, quality, progress and economic benefits of project. When building Zhengzhou metro No.1 line, shield zone horizontal alignment of our contract section from Zhengzhou university state to Bishagang state is "S" curve, the minimum planar curve radius is 320m, the length is 897m, and the construction technology parameters are controlled.

关键词： 盾构法 地铁隧道 小半径曲线 关键技术

Key words: shield；subway tunnel；small radius curve；key technologies

中图分类号：U21文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）15-0106-02

1概述

1.1 线路情况碧沙岗站～郑州大学站盾构区间（以下简称碧郑区间）左线长度为1198.039m，右线长度为1199.468m，线间距为13m，始于建设西路与嵩山北路路口西侧的碧沙岗站，区间向东延伸，然后以320m曲线（左线330m）向南弯曲，上跨7401工程、下穿地下停车场后，跨过嵩山路到碧沙岗公园内，向南延伸一段后以340m曲线（左线330m）拐到中原东路，此间下穿青少年宫，侧穿机械研究所2#危楼，到达郑州大学站。整个区间平面呈大“S”型走向，平面最小曲线半径为320m，详见图1。纵断面设0.2%～2.75%的“V”字型纵坡，隧道顶埋深9.6m～16.3m，中间设1处联络通道。由于受既有建筑的制约，线路纵坡与平面曲线半径均达到设计极限，没有调线的余地。左右线始发起始段均为曲线，详见表1。

1.2 工程地质情况工程地质条件分析：本区间杂填土厚0.5～3.8m，平均厚1.52m；根据附近场地资料，场地为非湿陷性场地，可不考虑湿陷对工程的影响；（22）层粉土、（32）层粉土含少量钙质结核，（29）层粉土中钙核较多，（34）层含大量钙核，局部钙质胶结；（39）层钙质富集，为钙质胶结层。各种土质分布详见图2。

1.3 周边建构筑物情况郑州大学站至碧沙岗站区间共有一级风险源建筑4处，二级风险源建筑9处。该区间隧道上跨7401人防工程、2.3m超薄覆土下穿泰隆大厦地下停车场、5.4m近距离侧穿天龙大厦高层建筑、下穿花园酒店地下室、0.5m近距下穿青少年宫桩群、下穿机械研究所家属院8号楼、1.3m近距离侧穿危楼机械研究所家属院2号楼，区间建筑物复杂，盾构掘进施工难度极大。各种建构筑物风险等级详见表2。

2小半径曲线地段管片错台控制技术

2.1 盾构机及管片设计情况本区间采用两台中国中铁 CTE6250土压平衡盾构机先后于郑州大学站西端头始发往碧沙岗站方向掘进。盾构机可适用的掘进最小曲率半径为250m，最大坡度35‰；盾构机盾尾间隙29mm，最大掘进速度80mm/min，最大推力31650kN，额定扭矩4377kN・m，脱困扭矩5225kN・m。盾构机刀盘开挖直径为6.27m，刀盘的结构为辐条面板型，刀盘开口率为50%。本区间管片外径6米，内径5.4米，管片宽度1.5米，管片厚度0.3米，混凝土强度等级为C50。

2.2 管片错台对地铁盾构隧道质量的危害

2.2.1 管片错台过大容易导致连接螺栓承受过大的剪切力，从而使螺栓孔附近管片混凝土出现裂缝，对隧道结构耐久性及防水极为不利；

2.2.2 地铁盾构隧道对线路线性及隧道外观质量要求较高，成型隧道管片错台严重影响隧道整体外观质量；

2.2.3 规范关于地铁成型隧道相邻管片的径向错台10mm，环向错台15mm的要求未区分直线段还是小半径曲线。本区间为长距离小半径曲线盾构隧道，相对于直线型盾构隧道，管片拼装错台控制难度更大，如果控制不好，对管片螺栓的局部剪切力更大，进而影响隧道结构受力。

2.3 管片错台控制措施

2.3.1 严格控制盾构纠偏量：盾构的曲线推进实际上是处于曲线的切线上，推进的关键是确保对盾构头部的控制，由于曲线推进盾构环环都在纠偏，须做到勤测勤纠，而每次的纠偏量应尽量小，确保楔形块的环面始终处于曲线半径的径向竖直面内。

2.3.2 盾尾与管片间的间隙控制：小半径曲线段内的管片拼装至关重要，而影响管片拼装质量的一个关键问题是管片与盾尾间的间隙。合理的周边问隙既便于管片拼装，也便于盾构进行纠偏。施工中随时关注盾尾与管片间的间隙，一旦发现单边间隙偏小时，及时通过盾构推进方向进行调整，使得四周间隙基本相同。

2.3.3 调整同步注浆配合比减少管片后期扭动引起的错台：对原砂浆配合比进行适当调整，经反复试验，确定调整后的浆液配比为：（每0.45m3）水泥：钠基膨润土：粉煤灰：沙：水=67Kg：40Kg：146Kg：374Kg：215Kg。浆液稠度为20s～21s，初凝时间为6.5～7小时。减少了后期扭动引起的错台。

2.3.4 确保连接螺栓长度增加紧固力减少错台：加大进场螺栓抽检频率，重点检查连接螺栓的长度及直径，检查合格后方可投入使用。管片拼装过程中先将螺帽用手拧紧，整环管片拼装完成后用气动扳手对螺栓进行初次紧固，紧固完成后才可推进，推进过程中用气动扳手对螺栓进行二次紧固，并逐一检查紧固效果，螺栓头外露不少于3道丝。管片脱出盾尾后经常对螺栓进行检查，发现有松动现象及时复紧。

3小半径曲线地段地表沉降控制技术

3.1 对沉降控制的不利因素分析

3.1.1 本区间综合了砂层、463m长330m小曲半径及危楼与近距离桩基等多种不利因素于一体，单就砂层如施工措施不当，有可能发生隧道开挖面失稳破坏，导致地面场陷，造成过大的地面沉降，给周边的环境带来了很大的破坏，严重地影响了施工进度和施工工期，造成巨大的经济损失，在广州地铁，上海地铁，深圳地铁，南京地铁的施工过程中都曾经发生过开挖面失稳。

3.1.2 由于设计轴线为小半径的圆滑曲线，而盾构是一条直线，故在实际推进过程中，掘进轴线必然为一段段折线，且曲线外侧出土量又大，这样必然造成曲线外侧土体的损失，并存在施工空隙。因此，在曲线段推进过程中进行同步注浆时必须加强对曲线段外侧的压浆量，以填补施工空隙。每拼装2环即对后面2环管片进行复合早凝浆液二次压注，以加固隧道外侧土体，保证盾构顺利沿设计轴线推进。

3.1.3 曲线半径及埋深对沉降的影响，在地下土层中进行盾构时，由于盾构施工产生的地层损失、对隧道周围土体的扰动、注浆及铺设衬砌等因素，会引起地层的移动而导致地面沉降。曲线隧道引起的沉降范围除了施工因素外，还与曲线半径、埋深和隧道直径等设计因素有关。曲线隧道（盾构施工）受线形影响引起的地表沉降范围两侧有所差别，内侧的沉降范围大于外侧。随着曲线半径的减小，差别逐渐增大，随着隧道埋深的增加，两侧的沉降范围也逐渐增大，沉降量将不断减小。

3.2 本区间采取的沉降控制控制主要措施

3.2.1 盾构机掘进前，掌握施工影响范围内的地面建筑物、地下管线、地下障碍物、地下设施等，必要时进行物探，对重要建筑物采取事前保护措施。

3.2.2 建立严格的隧道隆、沉监测控制网，及时定期的进行监测，掌握隧道施工时和建成后对周围环境及对隧道本身的影响。注意对盾构前方监测点监测数据的分析。如果盾构前方监测点地面变形控制在（-5mm～+5mm），则盾构在通过时地面变形可控制在（-30mm～+10mm）否则应调整出土量控制地面沉降，要求更加严格的环境下，应另外确定控制值。

3.2.3 盾构通过时，加强对该段地面监测，并根据监测数据变化，及时调整、优化掘进参数，保证周边建筑物安全。地面变形接近-20mm～+5mm时，尽快找出原因并采取相应措施。

3.2.4 加强掘进参数的管理，尤其是土仓压力设定要合理，通过优化盾构掘进参数来保持开挖面的稳定，从而控制地层的隆、沉。

3.2.5 加强同步注浆及二次注浆管理来控制地层的隆、沉。

为了减少和防止地面隆、沉，在盾构掘进中，要尽快在脱出盾构后的衬砌背面环形孔隙中充填足量的浆液材料。根据地质条件，确定浆液配比，注浆压力、注浆量及注浆起止时间对同步注浆能否达到预期效果起关键作用。

3.2.6 注意盾构在曲线上推进及盾构纠偏。

盾构在曲线上推进时，土体对盾构和隧道的约束力差，盾构轴线较难控制，因此推进速度要减缓，纠偏幅度不要过大（要求每环纠偏量不大于5mm），加大注浆量、加强纠偏测量工作等，以减少地层损失，降低地面沉降。

3.2.7 防止从管片接头、壁后注浆孔等漏水而引起地层下沉，进行管片安装和防水施工按施工要求进行，保证施工质量。若出现管片漏水及时采取二次注浆，达到防水效果。

4小半径曲线贯通测量控制技术

受隧道形状和洞内空间的限制，隧道洞内平面控制测量的方案没有更多选择的余地，不外直接测设中线或布设导线，且形状都是根据隧道的形状向前延伸。无论中线形式还是导线形式，在贯通前均为支导线，隧道施工测量的主要任务是保证横向以必要的精度贯通，在网形设计和制定作业方案时，必须使受洞外，洞内平面控制测量的误差影响，在贯通面上所产生的横向中误差小于规范规定值。

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施工控制时，必须制定好切实可行的测量方案，在贯通前，除采用全站仪进行控制贯通测量外，还需利用陀螺仪做复核贯通测量。

5结束语

通过对小半径曲线始发技术的研究，及时总结施工参数，郑~碧盾构区间隧道始发掘进的各项指标均处于受控范围内。盾构选型设计时允许最小曲线半径为250m，通过铰接油缸满足盾构在曲线上转弯的需要，利用铰接油缸的密封设施满足盾尾发生较大偏转时的密封要求，防止地层损失造成的地表沉降；并设计有在曲线上掘进时进行扩挖的仿形刀，盾构在曲线进行掘进时，合理使用仿形刀，减小盾构机推进阻力，同时也控制好了超挖量。项目部测控队与第三方测量单位均复测了每一环的管片姿态，数据显示管片最大平面偏差为55mm，最大竖向偏差为49mm，管片环缝错台大于10mm的频率不大于2%，满足《盾构法隧道施工与验收规范》的各项指标要求。地面最大沉降为5.7mm，最大隆起为2.4mm，确保了地面建筑物的安全。

参考文献：

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