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小曲线半径盾构施工施工难点与技术措施

小曲线半径盾构施工难点及技术措施

1引言

盾构工法由于机械化程度高，施工速度快，对地层扰动小等优点被大量使用于城市地铁和公路隧道的建设中。然而在小曲线段推进时，由于盾构机本身具有一定长度和刚度，在该种条件下盾构施工的灵活性和有效性明显降低。针对这一难题，国内外很多学者和专家都做了相关方面的研究。为进一步了解盾构法在小曲线段的施工技术措施，开拓自己视野，在结合*老师的授课知识并参考一些相关方面文献的基础上，本文就小曲线半径盾构施工难点和施工技术措施等方面做了一个简要的阐述。

2施工难点

2.1隧道整体向弧线外侧偏移，轴线难以控制

小曲线隧道每掘进一环，管片端面与该处轴线的法线方向在平面上将产生一定的角度，在千斤顶的推力下产生一个侧向分力。管片出盾尾后，受到侧向分力的影响，隧道向圆弧外侧偏移。

另外，由于盾构机外壳与管片外壁存在建筑空隙，在施工过程中，掘进产生的空隙与同步注浆的浆液填充量不可能做到完全同步、完全符合一致。如果存在空隙或同步注浆浆液早期强度不够的现象，则管片在侧向压力作用下将向弧线外侧发生偏移。由此增加了曲线段盾构推进轴线控制的难度。

2.2地层损失增加

曲线段盾构推进时掘进轴线为一段段折线，且曲线外侧出土量又大，这样造成曲线外侧土体的损失，并存在施工空隙。曲线仿形刀也处于开启状态进行超挖，实际掘进面为一椭圆形，实际挖掘量超出理论挖掘量。

另外在采用适当技术和良好操作的正常施工条件下，小半径曲线掘进也会增加地层损失。不同曲线半径线路情况下地层的最大可能损失与盾构机的长度关系密切；与直线段相比，盾构在曲线线路情况下的地层最大可能损失随线路曲线半径的减少在显著增加。

2.3纠偏量工作量大，对土体扰动的增加

在小曲线段，由于盾构机本身为直线形刚体，不能与曲线完全拟合。在小曲

线段盾构机掘进形成的线形为一段段连续的折线，为了使得折线与小曲线接近吻合，掘进施工时需连续纠偏。曲线半径越小，盾构机越长，则纠偏量越大，纠偏灵敏度越低。

纠偏工作量增加的同时也增加了对隧道周围土体的扰动，这样容易造成较长时间的后期沉降。在小曲线处掘进时如果隧道的纵向刚度和地层的刚度过小，可能引起管片和其外地层的过大位移，以及使土压超过被动土压力而产生过大扰动。

2.4容易造成管片破损

盾构机的推进是依靠管片提供推进反力，在一个循环过程中，特别在小半径曲线段上掘进时，盾构机的姿态变化较大，这就在推进油缸靴板与管片之间产生一个微小的侧向滑移量（至少是一种趋势），导致管片局部受力过大而产生裂纹或崩裂。

管片向外侧扭曲挤压地层，使地层和管片结构均受到复杂的影响，极易造成盾构与管片之间的卡壳及管片碎裂现象发生。

2.5盾构与管片之间容易卡壳

小半径曲线隧道时时处于转弯状态，管片左超或右超量较大，施工人员如不能很好的控制，将造成左超或右超滞后，从而产生盾构与管片之间的卡壳，造成盾构偏离隧道轴线。

2.6容易造成渗漏隐患，引起地表沉降

在曲线段施工时，由于管片四周的盾尾间隙分布并不均匀，盾尾刷密封装置受管片偏心挤压后易产生塑性变形而失去弹性，密封性能下降；同时在曲线段施工容易出现管片错台，在纵缝错台产生后，盾尾刷无法紧密包裹整坏管片，极易形成渗流通道。这无疑增加了隧道渗漏水的风险。另外，若盾尾发生渗漏，将污染盾构管片安装的工作面，并出现较大的地表沉降。

3技术措施

3.1增加铰接装置

为控制急曲线隧道施工轴线，需提高盾构机的纠偏灵敏度。在盾构机的中部增加铰接装置，即可减少盾构机固定段的长度，使盾构切口环至支撑环，支撑环至盾尾都形成活动体。由此可以增加盾构机的灵敏度，推进时可以在减少超挖量的同时产生推进分力，确保曲线施工的推进轴线控制，管片外弧碎裂和管片

渗水等情况也可大大改善。

施工时根据设计曲线半径及盾构直径计算铰接角度，开启盾构铰接装置，使得盾构机的前筒与后筒张角与曲线吻合，预先推出弧形趋势，为管片提供良好的拼装空间。随着盾构进入缓和曲线，逐步减小水平张角，直至直线段处，张角完全闭合，进入直线段掘进。

在采用单铰接盾构仍不能满足小半径曲线盾构推进要求时，可以采用双铰接盾构。此时，盾构施工的极限半径还可进一步降低。

3.2仿形刀的使用

使用铰接装置后，盾构机掘进过程中所穿越的孔洞将不再是理论上的圆形。其作为一种辅助手段，需要与仿形刀的超挖、锥形管片、曲线内外侧千斤顶的不同推力等施工措施配合在一起使用。仿形刀的使用效果将直接影响盾构机铰接装置的作用，超挖量过大将严重地扰动土体，过小将不能充分发挥铰接装置的作用，以至达不到所要求设计轴线的半径。

仿形刀的使用主要须考虑两个方面的因素，一是仿形刀的超挖范围。仿形刀通过设置，可以在圆周任意区域位置进行超挖。采用仿形刀在曲线内侧位置进行超挖，以有利于纠偏。二是超挖量