小半径曲线地铁盾构隧道施工技术研究

摘 要：在城市轨道交通工程的建设中会出现很多特殊情况，虽然目前的隧道施工技术已经广泛采用了方便快捷的盾构施工法，但是小半径曲线的地铁盾构施工非常特殊和复杂，一个小半径曲线线路路段会直接影响到整条地铁线路的成本、安全性能和速度等控制性因素。本文通过提出小半径曲线隧道盾构施工的难点、施工中常遇到的问题，讲述曲线隧道盾构施工技术的运用的特征和方式，并且就广州地铁三号线某项目工程的盾构区间为实例探究。

关键词：小半径曲线；地铁盾构隧道；施工技术；实例探究

1 引言

城市轨道交通的建设速度在近几年来飞速提升，盾构法隧道施工技术也渐渐成为隧道施工的主流方式。由于地铁隧道施工的经验积累越来越丰富，施工流程越来越规范化，整体的施工难度在不断降低。但随着建设量增大，其中不可避免的出现更多特殊形式的轨道交通线形。其中出现的小半径曲线地铁隧道的施工和常规的直线形地铁隧道施工相比较，复杂程度要高出很多。所以研究好如何施工小半径曲线地铁隧道，会对之后遇到类似情况的工程提供很强的借鉴意义。

2 小半径曲线盾构施工的难点分析

2.1 轴线控制难度比较大

在盾构曲线隧道的时候，盾构机是在设计轴线的周围位置不规则摆动的，因此在盾构机推进的过程当中无法和理论上的设计轴线位置保持一致。如果曲线隧道的转弯半径过小的话，也就是本文研究小半径曲线隧道，会使这种差异更加明显。因为盾构机本身并不弯曲，曲线半径越小、盾构机机身越长，就会导致实际盾构和设想的偏离程度越大。由于转弯弧度比较大，需要盾构机左右两侧的油缸以不同的功率运行，才可以让盾构机转弯，但是由于现在采用的盾构机油缸可调程度不大，所以很难进行隧道轴线控制。此外纠偏的难度也可想而知，因为盾构急曲路线时，盾构机会把隧道掘进成为一小段一小段的直线隧道，在掘进过程中要连续不断地纠偏才能保证拟合，而纠偏的参数计算本身难度很大，而且在小半径曲线段，每次要纠偏时遇到的地质条件都会不同，操作难度更大。

2.2 对土体扰动程度大

在纠偏时盾构机会对周围的土体产生振动和挤压，这就会对周围土体的扰动程度提升，容易引发比较严重的土体沉降。而且在转弯部分盾构机的实际开挖量是大于理论開挖量的，即便采用了最优质的盾构机器、采用最精湛的盾构施工手法，也很难控制挖掘造成的地层损失。

2.3 管片安装开裂和破损可能性大

在小半径曲线的地铁隧道中，每两片管片之间都存在着一定的家教，在千斤顶的作用下会产生一个水平分力。管片可能会受到这种侧向的水平推力的影响导致发生相对位移，形成错台。形成错台之后相邻管片之间的作用力更加强大，要是真好作用在了某一管片的薄弱位置上，可能会导致管片开裂破损。此外，盾构机在转弯半径很小的路段掘进时，纠偏量过大可能会导致盾构机和管片卡壳，导致相对脆弱的管片破损等情况。

2.4 漏水现象严重

如2.3所述，管片出现的问题直接影响的就是隧道的密封性问题，漏水和漏浆等事故很可能随之而来。止水胶条连接出现破损、土壤渗水等问题产生的水分就会顺着管片之间的缝隙进入地铁隧道，对地铁行车造成很大的安全隐患。

3 曲线隧道施工关键的技术措施

3.1 盾构机型号选择

盾构机的机型选择是小半径隧道盾构施工开始前的关键一环。比如采用土压平衡式的盾构机，采用铰接装置，就可以减少盾构机的实际长度，使得盾构过程中的转弯能够更加灵活，有利于减少盾构过程中的实际误差和纠偏次数。使用盾构机的铰接装置可以使得盾构机的前、后筒和理论设计轴线趋于吻合，预先形成弧线，为管片的安装预留一定的空间。不过在使用铰接装置后，盾构机挖掘的隧道就不是一个标准的原型，需要后期采用仿形刀装置进行补挖。仿行刀的补挖质量也会直接影响到整个工程的最终质量。所以综上所述，对于盾构机的选择、仿形刀的使用都是在控制曲线隧道施工技术中十分重要的。

3.2 始发路径选择

曲线段施工时，种种始发条件会制约盾构机的初始状态，盾构机往往只能在工程前几米直线掘进，这使得纠偏工作难以进行。在这种情况下，扩大洞门和始发的空间是最好的选择，这样盾构机就能够在开始阶段沿曲线进行盾构。由此可见，始发路径的合理选择很大程度上关系到小半径曲线盾构施工能否成功。

3.3 盾构机掘进时的控制

急曲阶段，由于盾构机本身不可能呈弯曲的形状，所以不能和规划路径完全重合，而且随着转弯半径的减小，盾构难度也会增长。在曲线线路盾构的时候常常采用盾构机盾构一段段连续的折线，最终拟合形成规划的曲线。关于实现这一目的的方式上文已经提到，但是为了控制最终偏差处于合理的范围内，应该给隧道预留一定的偏移量。考虑施工技术指标和土层地质情况，一般曲线盾构施工的预偏量在20mm左右。在掘进过程中，通过实时的偏量监测来调整预偏量。此外，使盾构机沿着曲线割线方向前进可以避免盾尾受到作用力而发生偏移的问题。

3.4 加强测量控制，减少测量误差

在施工开始前就应该出台一份切实可行的测量方案。可以采用主、副导线相结合的方法和分两节阶段测量的方法，结合盾构机在盾构是的形态确定最优的控制方法。在进行急曲阶段隧道的盾构掘进时，更要密切监测盾构机和周围土层的各项实时数据、利用UNS导向系统，盾构机每掘进六环就应当进行一次人工复测等等。如今科技发达，还可以建立监测数据的共享网络，使得施工人员能够实时查看和更新盾构数据，使得监测的成效更加明显。

4 工程实例分析

4.1 工程概况

广州地铁三号线某标段的工程由3段盾构区间组成，左右盾构隧道总长接近4km。整个工程的左右线一共包含12段曲线隧道，其中有9段曲线隧道的半径小于300m，最小半径只有250m。

4.2 工程地质条件和路面状况

本标段的所有隧道埋深在15.8m到24.6m之间，隧道遇到的地质条件大部分是泥质粉砂岩、粉砂质泥岩等。隧道沿线地面的房屋大多建于上个世纪七八十年代，曲线隧道的上部分同样。大部分建筑年代久远，楼层不高。其中半径为250m的曲线隧道要从高架桥66#和68#两个桥墩之间穿过。小半径曲线段隧道共12个，技术指标分别如图1。

4.3 主要施工技术方案

4.3.1 解决轴线难以控制的问题

提高盾构机的纠偏灵敏度可以控制好小半径曲线的盾构隧道施工轴线。而提升盾构机的就偏灵敏度的最重要的措施就是缩短盾构机的整体长度。上文提到，在盾构机两侧加装铰接装置就可以有效地减少盾构机机身长度，而且还可以使得盾构机前、后筒直接呈曲线形状，直接可以推出类弧线的隧道，为之后的管片拼装打下良好的基础。

那么在本工程采用了三菱土压平衡式盾构机，辅佐以铰接装置。机头长度为8625mm，铰接处离刀盘端面的长度为4900mm，水平张角是1.5°左右，垂直张角0.5°。这种盾构机可以盾构转弯半径最小在200m左右的急曲隧道，加上最后仿形刀的使用，本工程的所有曲线隧道在理论上都是可以顺利完成的。

4.3.2 解决盾构机推力、管片安装等问题

为了减少盾构机地推力不均等造成管片轴线和质量问题，在施工过程中要实时监测盾构机左右千斤顶地压力差不大于2MPa，上下千斤頂压力差不大于5MPa。

小半径曲线隧道中的管片安装，两片管片之间会产生一定的角度，就会随之而来一定的侧向分力，如图2所示。

经过计算得知采用的管片长度越小，受到的侧向分力也就越小，所以在转弯半径很小的隧道段相应地采用1.2m长度的管片，与之对比直线隧道段采用1.5m长度的管片。

4.3.3 解决发生沉降的措施

在施工过程中随着盾构的掘进，之后安装的管片会和土体之间产生缝隙，这种问题可以通过设置在盾尾的压浆管实时同步填充混凝土浆液。同步注浆压注一定要和施工的条件、地质情况等方面相结合。选择合适的注浆压力和注浆量。为了使的管片能够固定在位子上不侧向偏移，注浆位置一般选择在曲线隧道的曲线外侧，内侧可以暂时不进行注浆，但是为了保持注浆管的通畅，对于线路内侧的注浆管也需要及时清理避免堵塞。注浆的速度和盾构掘进速度保持同步，盾构结束注浆也相应结束。此外，在施工时还要加强对于盾构隧道的沉降监测，应用高科技设备通过信息化，进行实时监测，及时调整注浆量，确保地面沉降处于合理可控的范围内。同步注浆选用的配比如图3。

5 结束语

在施工小半径曲线隧道时，施工质量控制十分重要，对于施工人员、施工设备、管理技术等都是一次重大的考验。为了应对施工中出现的难点，选择合适的盾构机装置、采用铰接模式、最后仿形刀的配合使用、盾构机姿态的控制和调整等等都是关键因素。在盾构过程中的实时监测与管理也是要点之一，在更小更严的幅度中进行各种参数的优化设计，实时监测，动态管理。掘进后通过土体监测控制土壤沉降，合理进行管片安装，确保隧道的施工质量满足设计和规范要求。

参考文献：

[1] 周舟.小半径圆曲线隧道盾构施工技术研究和应用[J].都市快轨交通，2016（12）：199～203

[2] 江涛.小半径曲线地铁盾构隧道施工技术研究[J].中国城市轨道交通论坛，2014（12）：78～88

[3] 陈强.小半径曲线地铁盾构技术探究[J].隧道建设，2018（1）：17～23

作者简介：耿石军（1983.06）男，本科，工程师，主要从事盾构施工技术及管理工作。