小半径曲线始发技术措施

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1、小半径曲线始发技术措施 摘要：随着城市的发展，轨道交通建设也随之进入一个快速发展时期。在地铁建设各区段盾构施工线路始发的选择上，由于受规划及建构筑物的制约，始发路径的确定变得越来越复杂；受设计及周边施工环境等因素的影响，盾构小半径曲线始发在应用上仍会越来越多。 郑州市轨道交通5号线工程土建01标五龙口停车场出入场线盾构区间左、右线分别在540m和450m曲线半径始发，采用割线始发，始发进洞后各项技术指标满足设计及规范要求，本文将结合五龙口停车场线区间区间始发施工实践对盾构小半径曲线始发的技术措施作进行介绍。 关键词：割线始发；切线始发；技?g措施；质量控制 一、引言 盾构机在小半径曲线始发时，

2、无法采用常规始发方法进行始发，采用切线始发受盾构机盾体长度的影响无法在进洞后进行及时纠偏，极易产生拼装完成后的管片轴线偏离设计轴线，只有采取割线始发，取到折中点才能满足盾构进洞前后轴线偏差均满足设计及规范要求，本文结合郑州市轨道交通5号线工程土建01标五龙口出入场线区间盾构割线始发成功经验，总结小半径盾构曲线始发技术措施。 二、郑州市轨道交通5号线工程出入场线区间盾构曲线始发总结 郑州市轨道交通5号线工程土建01标五龙口停车场出入场线盾构区间采用盾构法施工，其中，左线从西站街站引出，经西站路左转下穿月季公园进入嵩山路；右线从沙口路站引出，沿黄河路向西，下穿北编组站下发场箱桥、霁月南路箱桥、东三

3、角箱桥和西三角箱桥后，在北编组场南咽喉右转进入嵩山路。出入场线双线辉河路沿嵩山北路向北并行至五龙口停车场出入场线区间盾构井。 区间左线设置5处平曲线，曲线半径分别为：250m、800m、800m、400m和540m；右线设置8处平曲线，曲线半径分别为450m、250m、800m、800m、800m、800m、400m和450m。区间左线在540m区间半径始发；右线在450m区间半径始发。 盾构井施工完成后应对洞门环的精度进行复测，洞门偏差不应大于10mm。以保证盾构机的顺利进入和洞门防水的效果，洞门复测完成后根据复测结果安装始发托架。 盾构机盾壳长度为9.33m，盾构机在曲线始发时理论上应该是

4、盾头盾尾的连线在盾头位置沿曲线切线始发，且随曲线转弯。在实际工程中，由于始发条件有限，在狭窄的盾构井里，盾构机必须在托架上直线掘进一小部分，盾构机长度9.33m，始发导轨约1m左右，即盾构机始发直线部分最大10.33m，如下图所示。 盾构与设计轴线相切始发示意图 因此可以推断出盾构机在直线掘进10.33m后脱离托架，盾构机本身最小的转弯半径（150m）转弯时盾构机的姿态，此时盾头已经偏离隧道中心线288mm，这显然已经大大超出规范要求（-50+50mm），也不利于盾构机本身的纠偏。沿切线始发已不能满足要求，需采用割线始发。 盾构割线始发示意图 说明： A点为盾构始发起点，C点为盾构盾头； AB

5、C线：为始发割线，即盾构机盾体+导轨长； L1：为割线中部距设计轴线最大距离，L150mm； L2：为割线端点距设计轴线最大距离，L250mm； R：为隧道圆曲线半径； ：始发割线（盾体）与设计轴线切线夹角； 根据数学关系可以得到下列通用公式： ABC：盾体+导轨长； R：隧道曲线半径； ：始发角； 当且仅当三个不等式都满足要求时，具备始发条件。 右线始发偏角为=0.85，左线始发偏角=0.78。 割线始发洞门结构的处理： 由于采用割线始发，盾构机始发轴线是相割与隧道设计曲线上的，导致了始发轴线与洞门不垂直，如果不采取措施，盾体与洞门预留孔洞的四壁不平行，盾体与预留洞结构间隙左右不均，出现一边

6、宽一边窄，直接影响橡胶帘幕的止水效果，严重还会造成盾体卡壳。 采取的对策： 1）选择适合的始发轴线； 2）将适当的将洞门结构做大； 3）将洞门防水措施圆环板螺栓孔改造为滑槽。 如图所示： 洞门预留孔洞结构处理示意图 采用割线始发后的成果： 1）左、右线均顺利始发，无特殊情况出现； 2）洞门帘布板无拉裂、漏浆情况； 3）掌子面土体进洞前无涌水、涌砂或土体坍塌等特殊情况； 4）进洞后拼装完成后的管片轴线与设计轴线偏差满足设计及规范要求； 5）拼装完成的管片无破角、错台、损坏现象。 为达到论文在后期各项目的实际操作性，本文以下内容进行通用总结，进行最不利因素计算。 三、小半径曲线始发线形设计 盾构机

7、盾壳长度一般在8m以上，小半径隧道半径R一般在250500m之间。现按最小半径R=250m进行分析。 盾构机在曲线始发时理论上应该是盾头盾尾的连线在盾头位置沿曲线切线始发，且随曲线转弯。在实际工程中，由于始发条件有限，在狭窄的竖井里，盾构机必须在托架上直线掘进一小部分，根据以往经验一般盾构机长度约8m-10m，始发导轨约2m左右，即盾构机始发直线部分最大12m，如下图所示。 因此可以推断出盾构机在直线掘进12m后脱离托架可以以盾构机本身最小的转弯半径（250m）转弯时盾构机的姿态，此时盾头已经偏离隧道中心线288mm，这显然已经大大超出规范要求（-50+50mm），也不利于盾构机本身的纠偏。据

8、此可以推断，在250m小半径曲线始发时，切线始发已经不合要求，必须以割线进行始发。但是如何确定始发割线的位置呢？以图1为例，假设盾头位置正在隧道中心线上，那么我们以盾头位置做圆心画出半径为12m的圆弧，可以得到一个与隧道中心线在前方的交点，这个交点位置正好是盾构机脱离托架可以转弯的地方，且正好在隧道中心线上，因此我们可以认为，这是一条最简单的割线，可以以这条割线进行始发。但是经过计算发现，始发时隧道处于R=250m的小曲线上，割线长度为12m，则割线与弧线（设计盾构隧道中心线）之间的最大理论偏差为：。如图2所示。 这同样已经超出了规范的限值（-50+50mm），因此必须重新寻找一条符合条件的割

9、线。以图2为基础，我们可以将这条割线向隧道中心线方向移动（起点位置不变），因此这条割线变成了和隧道中心线相交的割线。如图3所示。 当这条割线的内切割线部分的中点与隧道中心线的最大距离达到49mm的时候，可以计算出12m处端点，即盾构机脱离托架可以转弯时的盾头姿态为-40mm（即盾头偏左40mm），此时盾构机可以以半径200m（小于隧道中心线的曲线半径）的纠偏曲线向着隧道中心线掘进，此时的盾构机姿态为-40mm，已经是偏移的最大量。因此可以以这条割线作为始发割线，计算出盾构机的始发姿态为前点0，后点-100mm（即盾头位于隧道中心线上、盾尾偏左100mm），虽然盾尾超出了规范要求，但是因为盾体本

10、身位于竖井内，隧道中心线在这里只是一条虚拟线，因此对始发没有影响，随着盾构的掘进，盾尾会随着盾头沿着隧道中心线前进，而隧道偏移量并没有超出要求。如果将转弯处的最大偏移量定位-50mm（即盾头偏左50mm），以这点与最大偏移量为49mm的点相连形成的割线也可以作为始发割线。以这条割线计算出的盾构机姿态为前点+3mm、后点-80mm（即盾头偏右3mm、盾尾偏左80mm），使盾尾往隧道中心线收了一点，也是可行的。盾构机实际姿态如图4所示。 在确定了始发割线之后，就必须要求在竖井里有精确的安放托架的位置。 根据以上情况推导出通用公式，见图5 说明： A点为盾构始发起点，C点为盾构盾头； ABC线：为始

11、发割线，即盾构机盾体+导轨长； L1：为割线中部距设计轴线最大距离，L150mm； L2：为割线端点距设计轴线最大距离，L250mm； R：为隧道圆曲线半径； ：始发割线（盾体）与设计轴线切线夹角； 根据数学关系可以得到下列通用公式： 其中ABC=盾体+导轨长为已知量，隧道曲线半径R为已知量，始发角为未知量，BC长为未知量，当且仅当三个不等式都满足要求时，具备始发条件，将已知量代入不等式方程组可解出始发角和BC的量，即可确定出始发割线的位置。 （一）割线始发方法 盾构机在始发前确认盾构机与隧道轴线和盾构机姿态正确。小曲线半径始发在全国尚属少数，这为盾构机的始发提出了很高的技术要求，需要解决以下

12、问题：盾构机在小半径曲线上始发在未进入曲线前，提前开启铰接装置，预先推出弧形态势；将盾构机沿曲线的割线方向掘进，以减小管片因受侧向分力而引起的向圆弧外侧的偏移量；适当降低推进速度，在盾构机推进启动时，推进速度要以较小的加速度递增；推进时，要适当调整左右两组油缸的压力差，使曲线内侧油缸压力略小于外侧油缸压力，但纠偏幅度不要过大；在以上措施实施后还不能达到预期效果，应启用超挖刀进行超挖纠偏。 （二）割线始发注意事项 1.盾构基座变形：在盾构进洞门过程中，盾构基座发生变形，使盾构掘进轴线偏离设计轴线。盾构基座与工作井、盾构、隧道轴线的关系发生变化。 2.凿除钢筋混凝土封门产生涌土：在破洞门过程中，洞

13、门前方土体从封门间隙内涌入工作井内。 3.盾构进洞时洞门土体大量流失：进洞时，大量的土体从洞口流入工作井内，造成洞口外侧地面大量沉降。 4.盾构反力架位移及变形：在盾构进洞过程中，盾构后靠支撑体系在受盾构推进顶力的作用后发生支撑体系的局部变形和位移。 5.盾构进洞时姿态突变：盾构进洞后，最后几环管片往往与前几环管片存在明显的错台，影响了隧道的有效尺寸。 6.盾?螺旋输送机出土不畅：螺旋输送机内形成阻塞或盾构开挖面平衡压力过低，无法在螺旋输送机内形成足够压力。 （三）割线始发洞门结构的处理 洞门端墙与隧道设计轴线垂直，洞门预留洞是一个与设计轴线垂直的正圆，由于采用割线始发，盾构机始发轴线是相割与

14、隧道设计曲线上的，导致了始发轴线与洞门不垂直，如果不采取措施，盾体与洞门预留孔洞的四壁不平行，如图6所示： 盾体与预留洞结构间隙左右不均，出现一边宽一边窄，直接影响橡胶帘幕的止水效果，严重还会造成盾体卡壳。 采取的对策：将洞门预留洞结构做成斜向的圆结构，使结构壁与盾体（即始发轴线）平行，这样就保证盾体顺利通过，不至于卡住盾体。如图7所示： 四、盾构小半径曲线的始发前期准备 （一）始发端头土体稳定处理措施 对于盾构始发洞门外土体为软弱含水的土层，若不提前加固处理，极易塌方或流失，造成地面塌陷，甚至使盾构失去控制，为确保施工安全，必须对洞门外土体进行稳定处理和对洞门结构进行特殊的处理。 1.降水

15、在条件允许情况下，降水可有效地疏干砂性土中的地下水，提高土层密实度，但不能大幅度提高土体强度，可作为辅助措施。 2.地基加固 盾构施工过程中，盾构始发需要凿除洞门，这时会由于切除始发井围护结构（地连墙或围护桩）而使开挖面处于暴露状态且会保持一定时间，如果不对自稳性较差地层进行加固的话，就会发生塌方事故，进而严重影响盾构施工的安全：因此，在盾构始发的端头，必须根据具体地质情况选取合理的加固范围和采取切实可行的加固措施，以确保盾构始发施工的安全。 3.洞门结构构造 洞门设计首先考虑施工时避免破除已做管片及洞门突出车站端墙。为此，通过设置合适的反力架和后盾管片，并结合区间的管片排版情况，控制第1环管片的位置和点位，使洞门厚度在4060cm之间。这为以后洞门圈梁施工拆除零环时降低工程风险，为联络通道处的钢管片拼装和联络通道精确施工提供有力的保证。 （二）始发架定位安装 根据盾构机盾体结构尺寸，设计制作钢结构始发架。在后配套吊入始发位置后，依据施工完成后实测的隧道洞门中心位置和设计轴