某地铁工程盾构曲线始发施工技术

1 引言

盾构始发是隧道盾构法施工的一大关键环节，也是盾构法施工隧道的难点之一，始发的成败将对隧道施工质量、进度、安全、工期及经济效益产生决定性的影响。而曲线始发更是难中之难、重中之重，尤其是小于R500m的曲线始发一直是盾构施工界的一大禁地，无论是设计还是施工都在尽力避免。盾构曲线始发在北京这是首次，本工程R400m的小半径曲线始发在国内外也较罕见。

2 工程概况

XX地铁五号线是XX市轨道交通线规划中的一条重要的南北向干线，本工程为XX地铁五号线的XX站～XX站区间隧道的一部分，位于XX地段。盾构从XX盾构工作井始发，该盾构工作XX区间暗挖隧道，西接区间盾构法隧道，位于R400m的曲线上，长15000mm、宽9200mm，盾构始发洞门与隧道轴线成950夹角。盾构始发段平面为R400m曲线，铅垂面为24‰下坡。 盾构隧道结构为单层拼装式钢筋混凝土预制管片，结构断面为圆形，管片外径6000mm、内径5400mm、厚度300mm、环宽1200mm，每环分6块，管片间以φ24mm弯螺栓相连接。 始发段隧道洞身主要通过地层为粉土、粘土和粉质粘土，具体水文地质条件见图1所示。 本工程采用日立造船株式会社设计制造的土压平衡式盾构机。

3 盾构小曲线半径始发的难点和关键点

3.1 始发路径的合理选择 盾构始发段包括盾构始发井全部处于R400m的小半径曲线段，而由于始发时条件的制约，盾构始发基座、负环管片和反力架均难以布置成相应的曲线状，使得盾构始发时在出基座前只能沿直线推进，轴线偏差控制较为困难，因此始发路径的合理选择是盾构小曲线始发能否成功的一大难点和关键。

3.2 负环管片和反力架的设置 盾构曲线始发时，尤其是小半径曲线段始发时盾构推进反力的大小和方向都具有较大不确定性，负环管片和反力架能否稳定可靠地将该巨大的反力传至地层是曲线始发能否成功的又一难点和关键。

3.3 盾构推进时各参数的合理选择 本工程盾构始发段不仅处于R400m的小曲线段，而且处于24‰下坡段，盾构姿态的控制至关重要，推进时各参数的合理选择成为关键。

4 盾构曲线始发方案

盾构始发时，从始发洞门开始其中心路径前8.5m（盾构主机长8.405m）沿隧道设计中心线（R400m曲线）的内弦线（它通过始发洞门中心线，偏离隧道设计中心线最大值为31mm）推进，待盾尾脱离基座后逐步调整盾构姿态使盾构沿隧道设计线路推进。负环管片全部采用闭环管片并对负环管片实行立体加固，确保负环管片具有足够的刚度，不发生上浮、下沉及左右偏移，稳定可靠地将盾构推进时的巨大反力传递给反力架。反力架的承载力按1800t考虑，具体布置见图2所示。 图2 盾构曲线始发布置图（单位mm）

5 盾构曲线始发施工工艺

5.1 始发准备

5.1.1 洞门土体加固

为了确保盾构始发洞门围护桩凿除后洞门土体的安全和盾构始发阶段其姿态的稳定，结合该段水文地质状况，采用了旋喷与φ800mmC10素混凝土桩相结合的联合加固方案。同时考虑到始发洞门与隧道轴线不垂直，为了防止盾构始发时因刀盘受力不均而引起盾构跑偏，采取了洞门加固体与盾构始发路径垂直的措施。

5.1.2 洞门密封 本工程盾构始发洞门采用常规的橡胶帘板密封方式，洞门注浆采用盾构同步注浆装置注入式，未单独预埋注浆管。

5.1.3 基座 盾构始发基座中心线位于隧道设计中心线的外侧，即处于盾构始发路径的延长线上，其坡度与隧道设计坡度一致，即24‰ ，但比设计高程抬高了20mm。基座牢固地与始发井底板的预埋件焊接，并在侧面设钢支撑，以确保其在盾构始发时不滑移。

5.1.4 反力架 本工程因反力架受力较为复杂，为了确保盾构始发的成功与安全，该反力架采用的是具有足够强度和刚度的组合型钢框架结构，按盾构始发时最大反力1800t设计，并考虑该反力的不均匀性和最不利因数。

5.1.5 负环管片 因本工程始发段曲线半径较小，又处于24‰的大下坡地段，盾构始发推进产生的巨大反力具有较大的方向不确定性和不均匀性，负环管片的强度、刚度和整体稳定性对始发的成功起着至关重要的作用。本工程负环管片全部采用闭环管片，并对其采取了立体加固，随施工随加固，以保证将盾构始发推进的巨大反力可靠、稳定地传至反力架而不发生相对位移和超限变形，从而确保正环管片的错台量和密封质量符合设计及规范要求。

5.1.6导轨 为了防止盾构始发时磕头，在始发洞门处安设了具有足够强度和刚度的导轨。

5.2 始发推进控制

5.2.1 盾构始发时姿态 盾构始发时其铰接角度为零，盾构中心轴线位于隧道设计中心线的外侧，即处于盾构始发路径的延长线上，其坡度与隧道设计坡度一致，即24‰。但比设计高程抬高了15mm。

5.2.2 盾构离开基座前姿态控制 盾构离开始发基座前基本沿预定始发路径直线前进，必要时可通过对推进千斤顶的选择来对盾构姿态作微量调整，在此期间盾构须切割洞门加固体，以慢速、低压为推进原则，以确保盾构姿态的稳定。经计算在盾构工作井盾构始发处土压力为0.11Mpa，加固段推进时由0逐渐增至0.11MPa左右，盾构机出加固区前为克服地层土体强度的突变，防止地面沉降过大，必须将土压力的设定值逐渐提高到0.14MPa，并根据地面监测反馈的信息对土压力设定值及时做出调整。盾构推进速度控制在5mm/min以内，刀盘转速控制为0.5r/min。

5.2.3 盾构离开基座后姿态控制 盾尾离开基座后盾构已处于相对自由的状态，一般通过盾构推进千斤顶的合理选用来调整盾构姿态，必要时可同时使用铰接功能来调整，以使盾构逐步沿隧道设计轴线推进。 由于盾构在曲线段施工时具有一定的盾尾“离心”现象，尤其是R400m的小半径曲线段更为明显，刀尖一般宜向内偏离设计轴线20mm左右。30环以前盾构推进速度宜控制在30mm/min以内，刀盘转速控制在1r/min以下，以后盾构推进速度可逐步提高至40~60mm/min，刀盘转速控制在1~1.2r/min，土压力稳定在0.1~0.15 MPa。期间需加强地面监控量测和隧道施工的人工复核测量，并据此及时调整各项参数。

6 盾构曲线始发施工效果

根据业主委托的专业测量单位的检测结果，本工程小半径、大下坡盾构曲线始发非常成功，隧道轴线水平偏差最大42mm、高程偏差最大31mm，管片错台基本在2mm以内、最大5mm，该段隧道未发现有渗漏点和管片顶裂现象，地面最大隆起1mm、最大沉降12mm，未出现房屋开裂和地下构筑物及管线破坏现象。该段始发完成后众多国内外同行及专家到现场进行了参观，对其施工质量均给与了肯定和赞扬。