盾构小曲率转弯段掘进技术分析与研究刘文豪高锋张林摘要本文.DOCVIP

盾构小曲率转弯段掘进技术分析与研究 刘文豪 高 锋 张 林 摘 要 本文主要介绍盾构机在小曲率半径转弯段的掘进技术以及参数控制，通过研究盾构机主动和被动铰接系统的结构特点、工作原理及铰接系统在盾构姿态调整中的应用来控制盾构机的掘进姿态，并通过研究盾构施工过程中管片选型的原则和方法，详细阐述盾构机与管片姿态调整的具体方法和科学依据。通过姿态调整和管片合理选型，防止因推进控制不当或管环选型不当而引起的管片破损，提高盾构施工质量。 关键词 盾构机 小曲率半径 铰接系统 管片选型 掘进技术 1 引 言 盾构机是集多个学科技术于一体、专门用于开挖地下隧道工程的工程机械，它反映了一个国家的综合国力和科技水平。成型隧道的质量是隧道的生命，对于快速、一次成型的盾构法隧道则更为突出，掘进姿态的合理与否不仅影响成型隧道轴线控制是否达标，也会影响管片拼装质量，控制不当，可能引起渗漏水，直接影响隧道的整体防水效果及隧道的耐久性。依据设计要求调整和保持盾构机姿态是小曲率半径施工的重难点之一，本文以深圳地铁7#线为依托，主要研究铰接系统的特点、工作原理以及在小曲率半径掘进时的施工方法。 2 适用性分析 2.1 盾构机 由于盾构机中盾与尾盾之间通过铰接连接，增加了盾构主机的灵活度，可以更好地使盾构机机身拟合隧道设计轴线，使隧道的轴线成型、管片碎裂预防和渗水控制等得以改善。西西区间左线采用海瑞克被动铰接盾构机，可适应的最小转弯半径为250m；右线采用中铁主动铰接盾构机，可适应的最小转弯半径为200m，均满足本区间300m最小转弯半径的需求。 2.2 管片的适用性 对小半径转弯段的管片楔形量检算： 按管片外径6.0m，曲线半径R=300m圆曲线段进行计算，设转弯段外弧长为L1，外弧半径为R1，内弧长为L2，内弧半径为R2。 则：L1/R1=L2/R2 即 L1/303=L2/297，得L1=1.0202020202·L2 内、外弧长差值为：△L=L1- L2=0L2 当管片宽度为1.5m时，L2≈1.5m时，△L=30.30303mm 本区间管环设计楔形量△L′=38mm＞△L=30.303030mm 以上计算可知，区间采用的管片楔形量可以满足本区间小曲率半径段的需要，能够很好的拟合R=300m小曲率半径掘进。 3 小曲率半径段掘进重难点 3.1 掘进中盾构姿态及隧道轴线控制难度大、纠偏困难 盾构机本身为直线形刚性结构，不可能与隧道设计曲线完全拟合。曲线半径越小则需要的纠偏量越大、纠偏灵敏度越低，施工隧道轴线就比较难于控制，且由于转弯半径小，推进过程中就需要左、右侧油缸形成很大的推力差才能满足盾构机的转弯需求，致使左右两侧的油缸推力可调范围很小，可用于姿态调整的油缸推力调整量很小，这就更加大了曲线段隧道轴线控制和纠偏的难度，曲线段盾构施工参数需要经过计算并结合地质条件、施工经验和现场实际施工情况等因素综合考虑后方可确定。? 3.2 管片易发生较大的位移，出现管片侵限现象 隧道管片轴线因推进水平分力而向圆曲线外侧产生偏移，如图1所示，在小半径曲线隧道中盾构机每掘进一环，由于管片端面与该处轴线产生夹角，在千斤顶推力作用下产生一个水平分力，使管环脱出盾尾后，受到侧向分力的影响而向曲线外侧偏移，而且由于两侧推力差的存在，容易导致盾构机产生扭转，同时导致管片偏离隧道轴线并可能发生扭转甚至管片破损等。 图1 转弯处管片受盾构机推力分解示意图 3.3 管片之间易发生错台、开裂和破损 由于曲线段掘进时管片承受一个水平方向的受力，不但会使整段隧道衬砌管片发生水平偏移，还会导致管片之间发生相对位移，形成错台。由于管片的特殊受力状态，管片与管片之间存在着斜向作用力，使得前方管片内侧角和后方管片外侧角形成两个应力集中点如图2所示，推力过大时使管片破裂，此外，相邻两环管片产生相对位移，使得管片螺栓对其附近处混凝土产生剪切作用，使该处的混凝土开裂。 图2 转弯处管片因斜向受力破损示意图 4 小曲率半径掘进技术控制 对于小曲率半径转弯的难点，除了常规的掘进参数控制外，主要是通过掘进方向参数控制、管片选型和拼装、同步及二次注浆相结合等施工措施来解决问题，以保证小半径曲线段成型隧道满足设计轴线要求、防止管片破损和渗水等不良现象。 4.1 掘进方向参数控制 （1）盾构掘进方向控制的基本原则 ①偏离量增大之前及早修正； ②遵循偏离量的管理值（50mm）和允许值（80mm），确定偏离修正方针； ③避免蛇形纠偏； ④根据实际情况实时调整总推力，同时掌握好左、右两侧主推进油缸的推力差，尽量地减小整体推力，避免因推力过大而引起侧向压力的增大，减小盾构推进过程中对周围土体的扰动。 （2）盾构掘进方向控制措施 盾构机主司机应随时了解当前掘进段