大坡度、小半径盾构施工技术分析
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Construction Technology of Large Slope and Small Radius Shield
CEN Li-hui
（ Nanjing Branch of CCCC Tunnel Engineering Company Limited， Nanjing 210000， China）
【摘 要】随着地铁建设的高速发展，盾构施工工况多种多样，对盾构施工技术及管理要求越来越高。论文重点介绍了大坡度、小半径盾构施工技术的一些要点及相关措施。
【Abstract】 With the rapid development of subway construction， there are many kinds of shield construction conditions， and the requirements for shield construction technology and management have become higher and higher. This paper mainly introduces some key points and related measures of the construction technology of large slope and small radius shield.
【关键词】盾构施工;大坡度、小半径;措施
【Keywords】 shield construction; large slope and small radius; measures
【中图分类号】TU7;TU2 【文献标志码】A 【文章編号】1673-1069（2020）03-0130-03
1 工程概况
广州市地铁四号线南延段西出入场线盾构施工段为单线隧道，起讫里程为RDK0+340.201～RDK1+440.6，长1100.39m，管片734环。盾构段线路出加油站南侧的明挖段盾构始发井后，沿环市大道西南行，然后以270m半径绕过寡涌桥和下穿寡涌，再进入环市西大道南行，最后下穿广隆涌（下穿广隆桥）后到达广隆站北端接收井。线路平面最小转弯半径为270m，里程为RDK1304.956～RDK1079.844，环号为91～241，长度225.112m，纵面设置1处V形坡，最大坡度45‰，坡长76.07m，环号为0～51，为始发段下坡，另一较大坡度为39.5‰，坡长220.5m，为到达段上坡。本区间盾构重难点为大坡度、小半径曲线施工。
2 施工重难点控制措施
西出入场线盾构区间施工重难点主要有小半径曲线施工时的盾构姿态及成形隧道轴线控制，以及大坡度（45‰）施工电瓶车防溜车控制。
2.1 小半径曲线施工控制措施
①小半径曲线段工程概况
小半径曲线段里程为RDK1+304.956～RDK1+079.844，长度225.112m，半径为270m，顺掘进方向线路纵坡为19.5‰（长126.556m，下坡）接4.8‰（长98.556m，下坡），隧道埋深10.48～13.147。根据管片排版，本段环数为91～241环。
本段隧道范围内地层为<2-1A>、<2-1B>、<2-2>、<2-3>淤泥质中粗砂层、<2-4>和<3-2>，隧顶为<1>人工填土层、<2-1A>淤泥层、<2-1B>淤泥质土层和<2-3>淤泥质中粗砂层。本段淤泥层采用三轴搅拌桩和旋喷桩进行了地面加固。
本段主要位于环市西大道西侧人行道下，周边建筑物有滨海城酒楼（2层，？准500静压预应力管桩，桩基与隧道最近距离为2.44m）、寡涌桥（？准1000混凝土灌注桩，桩基与隧道最近距离为3.22m）和滨海水晶湾（2层，？准500预应力管桩，桩基与隧道最近距离为3.94m）。隧顶上方主要有通讯管线、电力管线、给水管线和雨污水管线，小半径曲线段地质图见图1。
②制定大坡度、小半径曲线施工专项方案
为控制小半径曲线掘进时盾构姿态超限，按方案拟提前进入曲线段及预留偏置量。
根据类似工程施工实践经验的综合分析，同时需考虑掘进区域所处的地层情况，在R270m小半经曲线隧道掘进过程中，拟将设置预偏量80mm，施工中通过对小半径段隧道偏移监测，适当调整预偏量。
预留偏移量应在盾构进入缓和曲线段时开始进行姿态调整，在进入曲线段时盾构姿态达到预留偏移量，在曲线段时调整盾构资料逐步减小预留量，直至出缓和曲线时恢复至设计轴线。缓和曲线长50m，共34环，各点姿态和预留偏移量如下表1。
进入缓和曲线后每5环进行一次管片轴线测量，与设计轴线进行对比，同时与当环盾尾姿态记录进行对比;当掘进5环后，盾尾姿态达不到理论要求时，需加大盾构姿态趋势;当实测管片轴线在曲线内侧，可适当减小盾尾姿态从而减小预留偏移量，当实测管片轴线在曲线外侧，需缓慢加大趋势，调整盾尾姿态增加预留偏移量。
③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的头部控制，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，确保管片的环面始终处于曲率半徑的径向竖直面内，盾构推进的纠偏量控制在2～5mm/m。
④施工过程控制
掘进过程中及时根据实测管片姿态进行分析研究，不断优化调整盾构姿态，刚进缓和曲线和圆曲线时，即在77环和115环时盾尾水平姿态曾分别达到最大值-112mm和-120mm，对应的管片脱出盾尾后水平偏差为-63和-107。
通过试掘进和几次姿态纠偏的摸索和总结，在该地层中盾构姿态水平趋势小于6时，姿态即开始整体左偏，垂直趋势小于5时，姿态开始整体下偏。纠偏措施如下：
加大向右的趋势至12～14（左右侧推进油缸压差基本为0），此范围内管片错台不至于太大，此时盾头向右摆的快;
逐渐减小趋势（右侧油缸推力>左侧油缸推力，压差约40～100bar不等，视姿态变化速率而定），此时盾尾姿态向右走得快，盾头姿态仍向右较慢变化，直至趋势减小到6～8，若姿态偏差还较大，则重复上述两步，直至姿态回到合适值，综上，对于此类地层中姿态超限，主要利用盾头、盾尾姿态变化速率差来实现姿态调整纠偏;
对于管片姿态偏移超-10cm的，集中在左侧注双液浆，并加大注浆压力至3.5～4.0bar，同时盾尾采取防漏浆措施，加大油脂注入量，必要时在盾尾塞海绵，以保证注浆量和注浆压力，控制沉降;
根据之前方案确定预留的-8cm偏移量较大，控制不好盾尾姿态很容易超-10cm，趋势调大后使脱出盾尾的管片再一次较盾尾姿态左偏，另外测量转站后盾构姿态有时还会左偏1～2cm，趋势也会发生变化，导致实际控制有偏差，因此后期改为预留-4～-6cm偏移量，盾尾姿态超过-80就要开始向右加大趋势进行调整，使盾尾尽量在-60～-90范围内。
⑤ 管片姿态
在圆曲线段，每次换站（约6～7环左右）同时即对管片姿态进行人工测量，及时为后续盾构掘进设置参考数据提供指导，同时利用环片姿态对盾构导向系统工作的可靠性进行监控，当最后拼装的环片（即与推进油缸邻接的环片）姿态值与盾构姿态后参考点偏差值较大时，可以怀疑导向系统工作的可靠性，并及时进行相关的人工检测工作，通过测量人员的人工复测管片姿态，目前盾构已顺利通过小半径曲线段，成型管片的水平偏差最大值为-107mm，超过-100的共计5环，竖直偏差最大值为-65mm，错台量超过设计规范的环数不超10环，其余均在设计要求范围内。
2.2 大坡度施工控制措施
盾构施工在大坡度条件下，水平运输设备极易发生溜车、制动失灵、动力不足等现象。为防止以上情况的发生主要从以下几点进行考虑加强措施：
①设备进场前，充分考虑了西出入场线盾构掘进的坡度问题把原来两个110kW驱动电机换成了两台132kW电机，增大牵引力，并根据厂家提供的大坡度上牵引力计算书合理进行列车编组，使整机重量控制在安全范围之内。
根据厂家计算结果牵引重量为150T，在电瓶车牵引能力范围内合理的进行电瓶车编组，提高施工功效。电瓶车及其后配套参数如表2。
本区间盾构施工考虑2列电瓶车编组，第一列编组为1电瓶车+3渣土车+1砂浆车+2管片车，运输最大重量为31.5+31.8*3+5+2*3=137.9T，另一列编组为1电瓶车+2渣土车，运输最大重量为31.5+31.8*2=95.1T，均能满足电瓶车在50‰坡度下的牵引力要求。每列车装满土出来后先在始发井口吊土，吊完后再开进标准段换下一列车进去。
②制造时在电瓶车车头前部加装了两个气压控制的铁钩，在电瓶车停车时铁钩放下勾住轨枕或预先焊好的固定装置，防止溜车。
③编制大坡度防溜车专项方案，过程中严格按方案控制实施。
④在1号台车前端设置固定式防撞栏杆，在5号台车尾部加装可开关式防撞栏杆，电瓶车开出台车后马上关上，进入台车前打开。
⑤制作活动铁鞋，连接桥下防撞栏杆后轨道上安装两个，随着轨道向前延伸随时跟进。始发井处常备活动铁鞋若干，停车时专人负责塞好，动时拿开。
⑥雨天派人在轨道上撒沙，增大摩擦力，防止溜车。
⑦每天安排专人对设备进行巡检，尤其是刹车系统和电压，电压降至510V必须更换电瓶，同时对安全装置是否及时安装也进行检查，并制定奖罚办法，杜绝安全隐患。
⑧电瓶车机车、渣斗车、砂浆车均采用双气路制动系统，可缩短供气及制动时间，并设有手刹和脚刹等双制动装置，提高行车和制动的可靠性。
⑨在隧道内增设限速标识，提醒电瓶车司机在特殊路段（转弯处和岔道处）采用适当的速度。
⑩轨道保养和隧道清理，轨枕采用12钢筋焊接连接，各轨枕连接成整体。
通过采取上述种种施工技术及措施，本标段盾构施工顺利完成，隧道成型质量满足设计要求，且未出现电瓶车溜车等安全事故。
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