盾构法隧道在小半径圆曲线上始发技术研究.pdf

———文章编号：１００９４５３９（２０１８）增２０２１７０２・隧道／地下工程・盾构法隧道在小半径圆曲线上始发技术研究汤贵海汤页母（中铁二十二局集团第一工程有限公司北京１０００４０）摘要：复合地层盾构始发是盾构法地铁隧道施工的难点，将影响项目的方方面面，小半径曲线始发更是难上加“”难。警官学院站～二江寺站盾构区间平面线形为ｓ曲线，盾构从二江寺站北端头以小半径Ｒ＝８００ｍ圆曲线及Ｒ＝３０００ｍ竖曲线成功始发，盾构机姿态良好，盾体进入土体后各项指标适合复合地层的掘进施工。关键词：土压平衡盾构机盾构隧道圆曲线始发中图分类号：１３４５５．４３文献标识码：Ａ—ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００９４５３９．２０１８．ｓ２．０５６ＬａｕｎｃｈｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＳｔｕｄｙｏｎＳｈｉｅｌｄＴｕｎｎｅｌｉｎｇｉｎＳｍａｌｌＲａｄｉｕｓＣｉｒｃｕｌａｒＣｕｒｖｅＴａｎｇＧｕｉｈａｉ（ＣｈｉｎａＲａｉｌｗａｙ２２耐ＢｕｒｅａｕＧｒｏｕｐ“１ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏ．Ｌｔｄ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００４０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｈｉｅｌｄｌａｕｎｃｈｉｎｇｉｎｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｔｒａｔｕｍｉｓａｄｉｆｆｉｃｕｈｐｏｉｎｔｉｎｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｓｕｂｗａｙｔｕｎｎｅｌ，ｗｈｉｃｈｗｉｌｌａｆｆｅｃｔａｌｌａｓｐｅｃｔｓｏｆｔｈｅｐｍｊｅｃｔ，ａｎｄｔｈｅｂｅｇｉｎｎｉｎｇｏｆｔｈｅｓｍａｌｌｒａｄｉｕｓｃｕｒｖｅｉｓｍｏｒｅｄｉｆｆｉｃｕｌｔ．ＩｎｔｈｅｓｈｉｅｌｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎＰｏｌｉｃｅＯｆｆｉｃｅｒＣｏＤｅｇｅＳｔａｔｉｏｎａｎｄＥｒｊｉａｎｇｓｉＳｔａｔｉｏｎ，ｔｈｅｐｌａｎｅｌｉｎｅ…’ｉｓＳｃｕｒｖｅ．ＴｈｅｓｈｉｅｌｄｓｔａｒｔｓｆｒｏｍｔｈｅｎｏｒｔｈｅｎｄｏｆＥｒｊｉａｎｇｓｉＳｔａｔｉｏｎ，ｗｉｔｈａｓｍａｌｌｒａｄｉｕｓｏｆＲｍ－８００ｍｃｉｒｃｕｌａｒＣＨＩＶｅａｎｄＲ＝３０００ｍｖｅｒｔｉｃａｌｃｕｒｖｅ，ａｎｄｔｈｅｓｈｉｅｌｄｍａｃｈｉｎｅｈａｓｇｏｏｄｐｏｓｔｕｒｅ．Ａｆｔｅｒｔｈｅｓｈｉｅｌｄｅｎｔｅｒｓｔｈｅｓｏｉｌ，ｉｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｉｎｄｅｘｅｓａｒｅｓｕｉｔａｂｌｅｆｏｒｔｕｎｎｅｌｉｎｇｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｉｎｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｔｒａｔｕｍ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＥＰＢｓｈｉｅｌｄｍａｃｈｉｎｅ；ｓｈｉｅｌｄｔｕｎｎｅｌ；ｃｉｒｃｕｌａｒｃｕｒｖｅ；ｌａｕｎｃｈｉｎｇ１引言目前我国盾构法隧道在复合地层始发中存在小半径圆曲线、大半径竖曲线的情况少之又少，而土压平衡盾构机具有适应地层能力强、高度的信息…智能化等特点与优势，经研究认为，采用土压平衡盾构机是可以克服在复合地层小半径曲线始发的施工任务。小半径圆曲线及大半径竖曲线始发在全国屈指可数，此种盾构掘进始发需要很高的技术要求，需要解决以下两个问题：（１）确保盾构机的初始位置满足规范设计要求，≤盾构机轴线竖向与横向偏离设计轴线±５０ｍｍ。（２）确保盾构机始发掘进时的前１０ｍ范围不——收稿日期：２０１８０３１０作者简介：汤贵海（１９７３一），男，高级工程师，主要从事城市地铁工程技术研究。铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹｃｏＮｓｌＲＵＣＴＩＯＮＴＥｃＨＮｏＬｏＧＹ能主动修正姿态的条件下，盾构机轴线竖向与横向≤偏离设计轴线±５０ｍｍ。本区间处于成都市特有地层，以本区间为准进行盾构机小半径圆曲线，大坡度纵坡始发进行研究。２工程概况２．１工程概述警官学院站～二江寺站盾构区间（以下简称警二区间）设计里程：ＹＤＫ４０＋７２９．４０４～ＹＤＫ４１＋８８５．０００，右线长１１５５．５９６ｍ，ＺＤＫ４０＋７２９．４０４一ＺＤＫ４１＋８８４．１１９，左线长１１５４．７１５ｍ，线间距１４．７～１５．２ｍ，线路最小曲线半径为８００ｍ，最大纵坡为２９％０，最小纵坡为２％ｏ。２．２工程地质本段线路场地位于岷江水系江安河一级阶地。根据钻孔揭示，场地范围地层为上覆第四系人工填土层；２０１８ｌ增２１２１７万方数据・隧道／地下工程・其下为第四系全新统冲洪积粉质黏土、黏质粉土、粉细砂、卵石层，下伏基岩为白垩系上统灌口组泥岩。２．３水文地质地下水主要赋存于全新统（Ｑ４）、全新统（Ｑ４）的砂、卵石和上更新统（Ｑ３）的砂、卵石土中，水量极其丰富，含水层有效厚度一般４．５～５０ｍ，为孔隙潜水。区间出双华路站后，沿元华路，在路东侧绿化带下方向南铺设，下穿江安河、人行天桥、华板路后进入二江寺站。—区间隧道主要走行于２５层卵石土与５－２层强风化泥岩，上覆２－３层粉质黏土、３．１层黏土与１一ｌ层填土。盾构分界里程处覆土厚度９．９３２ｍ、６．４６９Ｉｎ，泵房兼联络通道处覆土厚度１５．８６９ｍ，联络通道处覆土厚度１４．３５２ｍ。３盾构始发关键技术盾构始发段，包括警官学院站一二江寺站盾构始发井处于Ｒ＝８００ｍ的小半径圆曲线段和Ｒ＝３０００ｍ竖曲线，而由于各部件均为刚性构件，盾体只能进行角度调整，并且在盾体全部进人土层之前盾构机方向只能沿始发方向前进不能调整，轴线偏差控制较为困难，如果按常规方法始发，在盾构机姿态能主动调整之前，盾构机姿态已偏离设计轴线７７ｍｍ，超过设计要求的竖向与横向偏离设计轴线≤±５０ｍｍ的要求。按照地铁公司相关管理规定，构成黄色预警，需进行停工分析。因此，盾构小半径圆曲线、大半径竖曲线始发能否成功关键在于如何选择始发路径。针对始发路径进行调线，调线采用割线调线始发法。３．１盾构机始发技术控制（１）盾构机常规始发线型数据模拟盾构机常规始发通常是将盾构机始发基座安装在设计轴线位置怛Ｊ，让盾体轴线与隧道设计轴线一致进行始发，在直线与大半径线路工况下这种始发条件具有始发基座安装简便，始发掘进姿态可控等优点。如图１模拟所示：本区间按照常规方法始发，在盾构机姿态能主动调整之前，盾构机姿态已偏离设计轴线７７ｍｍ。２１８图１盾构机常规始发线型数据模拟铁道建筑技术（２）盾构机优化始发线型及参数模拟由于地层原因和盾构井区间所处坡度的特殊性（小半径曲线Ｒ８００圆曲线，Ｒ３０００竖曲线），将采“”用曲线割线始发。警二区间始发段线型特点（小半径曲线Ｒ８００圆曲线，Ｒ３０００竖曲线），始发过程中要保证盾体人土姿态良好、各项参数均处于正常状态，我们将盾体进行如下调整，始发基座前点向曲线内侧预偏２５ｍｍ，始发基座后点向曲线外侧预偏２５ｍｍ，由于盾体刚性较大，只能调整整体角度且沿直线推进，按照此方法盾构机进入土体１０ｍ时轴线水平偏离设计轴线１０ｍｍ，满≤足设计±５０ｍｍ的要求（见图２）。３．２始发负环管片拼装（１）反力架定位①首先测量垂直度掘进１０ｍ时轴线隆、１＇－ｆ封始发基＼２５ｍｍ设计座轴线轴线９ｍ１０ｍ图２盾构机优化始发线型及参数模拟由于始发坡度较大负环有倾斜度，为保证始发托架中轴线与第一环基准负环端面垂直，在反力架中加入钢楔片。②中心定位使用全站仪实测区间隧道上下中轴线位置，并做好标记，确定反力架中心。（２）反力架安装安装反力架时，用全站仪双向校正两根立柱的垂直度，使其形成的平面与推进轴线垂直。然后，在反力架上测出最后一环负环管片的位置，弹好控制线，确认高程及左右位置与始发环管片一致后，用螺栓将其与反力架固定，反力架安装完成后需架设工字钢支撑对其进行加固，使盾构始发阶段盾构机有足够的推力，保证反力架在１５００～２０００ｔ推力的情况下反力架不会变形，反力架结构见图３、图４。由于反力架和始发基座为盾构始发时提供初始的推力以及初始的空间姿态，在安装反力架和始发基座时，反力架左右偏差控制在±１０ｍｍ之内，高程偏差控制在±５ｍｍ之内。（３）反力架加固由于警官学院站一二江寺站区间盾构机始发推力在１０００ｔ左右，必须对安装好的反力架进行加固，主要对主桁架采用焊接加劲肋版的形式加固，（下转第２２１页）ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１８ｌ增２ｌ万方数据・隧道／地下工程・参考文献［１］朱显良．既有线桥式盾构法施工方案设计［Ｊ］．铁道建—筑技术，２０１７（６）：４２４６，５１．［２］王泽东．嵌入式塑性搅拌桩的地下连续墙槽壁加固技—术研究［Ｊ］．铁道建筑技术，２０１６（８）：４６４９．［３］赵双双．顶管工程中逆作圆形工作井结构计算［Ｊ］．广—西水利水电，２０１７（３）：３５３９．［４］冒千如，李永红，余芒，等．高压旋喷桩加固滨海地区软—土地基沉降分析［Ｊ］．矿冶工程，２０１７，３７（３）：２７３０．（上接第２１８页）］］ｒ＿—●——－－。—・＿圆ｏ＝一升：纩咧瓢一：－－：：．１。ＩＩ｝坷够吐＝肄计！贰，／鑫鼾一懿一’到Ｌ５１００ＬＬ５７００ｌ［５］黄卫东．复合注浆技术在地基加固中的应用探究［Ｊ］．—江西建材，２０１７（１６）：８２８３．［６］苍玉军．土木工程建设中结构与地基加固技术的运用［Ｊ］．科技创新与应用，２０１７（１４）：２５０．［７］刘云周．地基加固技术建筑工程施工管理探究［Ｊ］．建—材与装饰，２０１７（８）：１７４１７５．［８］孟文华．房建施工中的地基加固技术分析［Ｊ］．工程建—设与设计，２０１７（１７）：１８９１９１．［９］肖光裕．水泥搅拌桩在软基处理中的应用［Ｊ］．中国标—准化，２０１７（１２）：１７９１８０．板，一端与始发架始发架，保证左右支撑稳定。根据洞门中心线对基座进行检测、调整，保证始发基座的中心线与洞门中心线一致，且始发基座前端比设计轴线略低３ｃｍ，两侧加设支撑加固，防止盾构推进时始发架发生侧移。４结束语通过对警官学院一二江寺盾构区间小半径曲线、大半径竖曲线始发技术的研究，在掘进至２０环时，对各项指标进行了施工总结：“”总体来说采用此曲线割线始发方案，通过观察前２０环掘进情况及管片姿态，盾构图３反力架横剖面图图４反力架纵剖面图机在始发掘进过程中各项指标均处于良好待加固完成后，以明挖区间主体结构的混凝土部门状态。由于在始发托架上，盾构机的前点偏为支撑基础，防止不至于推力过大使反力架破坏和离设计线内侧２５ｍｍ，后点偏离设计线外侧２５ｍｍ，变形，造成始发失败㈨，主体结构强度能够满足始在进洞１０ｍ后开始调整盾构机姿态，测量前２０环每发掘进所的最大推力。１ｍ的掘进情况及每一环管片姿态。掘进过２０环后，（４）负环拼装测量过程中数据显示管片最大横向偏差＋１３・２ｒｔｌｌｎ，盾构始发前需进行管片拼装，负环管片共７环。一１０・６ｒｎｍ，最大竖向偏差为一３７・８ｎｌｉｎ，＋３４・１ｎｌｌｎ，满推进时，始发推力在１０００ｔ左右，千斤顶的推力缓足设计规范及设计要求的地铁成型隧道轴线平面位置慢增加，所采用盾构机共有２２个油缸，管片在后移和高程允许偏差。过程中，严格控制每组推进油缸的行程，保证每组参考文献油缸的行程差小于１０ｍｍ。３．３始发托架安装［１］张凤祥，傅德明，杨国祥．盾构隧道施工手册［Ｍ］．北“始发托架中线与曲线割线始发，，方案中的始京：人民㈣土，２００５：５６－５８．拳紫－慧：望堡篓譬皇量粤黔嫠！坡度大馨重心１茎鬟嚣罴震？艄碱¨Ｌ镟合，为防止进洞后栽头整体比设计抬高２５ｍｍＨ１。≤［３］葬；；．荔卵石近盾构法隧道施工技术［Ｊ］．铁道建盾构始发前对始发架两侧进行加固。用垫薄钢板—筑技术，２００８（３）：３７４１．调节始发架的标高，达到要求的位置，支撑采用Ｈ型［４］佐佐木道雄土压系列盾构施工法［Ｍ］．上海：上海交钢，Ｈ型钢一端焊接在预埋在盾构井结构侧墙上的钢—通大学出版社，１９９９：４５４６．万方数据