趙毅昕

(中鐵十六局集團(tuán)北京軌道交通工程建設(shè)有限公司,北京 101100)

小半徑盾構(gòu)隧道超限及調(diào)線方案的應(yīng)用

趙毅昕

(中鐵十六局集團(tuán)北京軌道交通工程建設(shè)有限公司,北京 101100)

受各種因素的影響,小曲線半徑盾構(gòu)隧道在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中其隧道中線很容易出現(xiàn)與設(shè)計(jì)中線在平面上和縱面上的偏差,一旦這種偏差超過規(guī)范或技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的允許范圍,且未及時(shí)采取有效措施進(jìn)行修正,則隧道將無法滿足線路服務(wù)功能的要求,因此根據(jù)規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),對(duì)隧道中線進(jìn)行修復(fù)或線路進(jìn)行調(diào)整。文章結(jié)合工程實(shí)例,對(duì)隧道中線偏差的原因進(jìn)行剖析,對(duì)影響隧道限界的因素及限界余量進(jìn)行分析,提出地鐵盾構(gòu)法區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)中線修復(fù)或線路調(diào)整過程中應(yīng)遵循的設(shè)計(jì)原則、標(biāo)準(zhǔn),并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了線路修復(fù)方案的研究、實(shí)施等,最終確保線路滿足通行要求。

盾構(gòu)隧道; 小半徑; 調(diào)線

1 工程概況

廣州市軌道交通五號(hào)線區(qū)莊站～楊箕站盾構(gòu)區(qū)間承接著國(guó)內(nèi)外罕見的小半徑急曲線施工，線路左線最小曲線半徑為R206。盾構(gòu)隧道主要穿過<7>、<8>、<9>地層，隧道下部以<9>地層為主。起止里程為YDK12+853.571～YDK13+288.616,曲線長(zhǎng)為435.045 m的206 m小半徑圓曲線段平面線路要素見圖1。

圖1 206 m小半徑圓曲線段平面線路

2 施工技術(shù)難點(diǎn)

由于盾構(gòu)本身是一個(gè)長(zhǎng)8 m左右的直線體，在急曲線段，由于盾構(gòu)機(jī)本身為直線形剛體，不能與曲線完全擬合。對(duì)比圖2可以發(fā)現(xiàn)盾構(gòu)在曲線段推進(jìn)時(shí)，相當(dāng)于在曲線內(nèi)不斷地畫直線，圖中所示的在圓中畫內(nèi)接多邊形。依據(jù)幾何學(xué)原理，在邊數(shù)相同的情況下，正多邊形面積最大，也就是說盾構(gòu)在曲線段掘進(jìn)時(shí)，如果能均勻糾偏則其土層損失最小。

曲線半徑越小、盾構(gòu)機(jī)身越長(zhǎng)，則擬合難度越大。在急曲線段盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)形成的線形為一段段連續(xù)的折線，為了使得折線與急曲線接近吻合，掘進(jìn)施工時(shí)需連續(xù)糾偏。曲線半徑越小，盾構(gòu)機(jī)越長(zhǎng)，則糾偏量越大，糾偏靈敏度越低，軸線就比較難于控制?？梢娙绾雾樌ㄟ^小半徑隧道的施工關(guān)鍵點(diǎn)既為施工過程中的相關(guān)技術(shù)措施(圖3)。

圖2 盾構(gòu)曲線推進(jìn)示意

圖3 曲線推進(jìn)原理

3 事故產(chǎn)生的原因

206 m小半徑地鐵隧道的施工在國(guó)內(nèi)尚屬首例，施工的難度難以預(yù)料，類似的施工案例極少，接受這樣的工程，肯定是作了充分的準(zhǔn)備，但對(duì)于盾構(gòu)施工來說，要求的技術(shù)水平太高了，一旦有絲毫差錯(cuò)就會(huì)無法彌補(bǔ)。

盾構(gòu)掘進(jìn)小半徑初段，雖然我部做好了提前轉(zhuǎn)彎的預(yù)案，也完全按照預(yù)案進(jìn)行施工的，但畢竟存在不可調(diào)控因素，使得在掘進(jìn)到560環(huán)后盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)無法糾正到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)，經(jīng)反復(fù)檢測(cè)，計(jì)算得出超出設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)42mm，問題發(fā)生后暫停掘進(jìn)，請(qǐng)專家協(xié)助解決問題，經(jīng)專家研究決定采取調(diào)線措施，此處位于里程ZDK 13+158.465 ，處于<8>、<9>圍巖環(huán)境。 <8>、<9>層砂巖單軸抗壓強(qiáng)度數(shù)值見表1。

表1 <8>、<9>層砂巖單軸抗壓強(qiáng)度數(shù)值 MPa

4 處理事故的措施

4.1 設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定

線路平面由直線、圓曲線及其之間的緩和曲線圓順利連接而成。圓曲線最小長(zhǎng)度，(規(guī)定)正線及輔助線的圓曲線最小長(zhǎng)度，最小不宜小于20 m，在困難狀況下不得小于一個(gè)車輛的全軸距。當(dāng)不滿足該最小長(zhǎng)度時(shí)，可適當(dāng)減短緩和曲線長(zhǎng)度或適當(dāng)調(diào)整線位增大曲線偏角，達(dá)到規(guī)定最小長(zhǎng)度。

4.1.1 緩和曲線

4.1.1.1 緩和曲線設(shè)置規(guī)定

線路平面圓曲線與直線之間應(yīng)根據(jù)曲線半徑、設(shè)計(jì)速度、超高設(shè)置等因素設(shè)置緩和曲線，以滿足曲率過渡、軌距加寬和超高過渡的需要，道岔附帶曲線可不設(shè)緩和曲線和超高，但其曲線半徑不得小于道岔的導(dǎo)曲線半徑。

4.1.1.2 緩和曲線長(zhǎng)度

緩和曲線長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)超高順坡率要求、限制超高時(shí)變率、限制未被平衡離心加速度時(shí)變率三項(xiàng)因素分別計(jì)算，并按其起控制作用的長(zhǎng)度確定(詳見《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》條文說明)。地鐵標(biāo)準(zhǔn)半徑曲線對(duì)應(yīng)不同速度要求的緩和曲線長(zhǎng)度列于表

4.1.2 線路里程標(biāo)示

線路里程通常按不同設(shè)計(jì)階段區(qū)分標(biāo)示，即在整公里K前加不同字頭：如可研階段為AK，初測(cè)、初步設(shè)計(jì)階段為CK，定測(cè)及施工設(shè)計(jì)為DK。比較方案，在兩字頭之間加羅馬數(shù)字的方案編號(hào)如AⅠK、CⅡK等，分別表示可研比較方案Ⅰ里程、初步設(shè)計(jì)比較方案Ⅱ里程等。

比較方案的起終點(diǎn)一般應(yīng)在基本方案的正百米處，并按里程先后順序銜接在平、縱面圖上標(biāo)示一致，示例如下：

比較方案起點(diǎn)處：

比較方案終點(diǎn)處：

4.2 調(diào)線具體實(shí)施辦法

4.3 采取的措施

(1)由于超出界限范圍的最大值只有42 mm，故研究決定對(duì)此處40環(huán)位置及前后20環(huán)位置采取整體注漿措施，注漿材料采取純水泥漿加速凝劑，對(duì)管片超限一側(cè)注漿加固，盡早地固定管片，改善管片的受力狀態(tài)，防止管片錯(cuò)臺(tái)破損及漂移，注漿加固點(diǎn)位如圖4所示。

圖4 注漿加固點(diǎn)位

(2)應(yīng)用聚氨酯做止水環(huán)，管片脫出盾尾后每隔三十環(huán)使用雙液漿泵在管片吊裝孔處加注“博隆”油溶性單組份聚氨酯化學(xué)灌漿材料(OPU—Ⅱ)形成截水環(huán)。“博隆”油溶性單組份聚氨酯化學(xué)灌漿材料是由復(fù)合聚合多元醇與多元異氰酸酯反應(yīng)形成末端含有異氰酸根基團(tuán)的一種化學(xué)灌漿材料。該材料遇水后立即反應(yīng)產(chǎn)生氣體，體積膨脹并生成一種不溶于水并具有一定強(qiáng)度的發(fā)泡體，不僅可以防水堵漏，更適合于加固補(bǔ)強(qiáng)。

(3)提高盾構(gòu)司機(jī)操作技術(shù)水平，增強(qiáng)小半徑隧道施工認(rèn)識(shí)，完善各工序的銜接，做到不注漿不掘進(jìn)，不及時(shí)換站不掘進(jìn)，不具備操作資格不掘進(jìn)。

5 建議及思考

(1)盾構(gòu)掘進(jìn)的糾偏量越小，則對(duì)土體的擾動(dòng)越小。處于200 m轉(zhuǎn)彎圓曲線時(shí)，為防止盾構(gòu)機(jī)抬頭以及管片上浮及向圓曲線外側(cè)移動(dòng)，通過VMT系統(tǒng)調(diào)整盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)。根據(jù)管片監(jiān)測(cè)情況，如管片上浮量較大，則垂直偏差可調(diào)整為-40～-50 mm之間。同時(shí)應(yīng)加密VMT移站頻率，減少移站后出現(xiàn)的軸向偏差。在急轉(zhuǎn)彎地段施工時(shí)加大人工監(jiān)測(cè)頻率，在盾構(gòu)機(jī)過后對(duì)隧道管片姿態(tài)隨時(shí)跟蹤監(jiān)測(cè)，把信息及時(shí)反映給盾構(gòu)操作人員，以便根據(jù)變形程度調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)。

(2)雖然理論計(jì)算此型號(hào)盾構(gòu)機(jī)可以對(duì)小半徑(200 m)隧道進(jìn)行施工，但畢竟該盾構(gòu)機(jī)是比較老舊的，在當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)及建造上應(yīng)對(duì)未來特殊線路建筑施工必然存在不足，為了防止最不利情況的發(fā)生，我們不但要大膽對(duì)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行改進(jìn)，也要加強(qiáng)管理，嚴(yán)格按照規(guī)定操作，使得盾構(gòu)機(jī)最大限度的為我們所利用，滿足特殊情況下的施工需求。

6 事故處理的效果

經(jīng)過這次調(diào)線，高度重視小半徑隧道施工中存在的問題，及時(shí)采取措施，避免了類似事故的再次發(fā)生，根據(jù)調(diào)整后的新線路，不但順利完成了小半徑隧道的施工，而且整條隧道的軸線均控制在-50～50 mm范圍之內(nèi)，地表沉降控制在-20～5 mm范圍之內(nèi)，各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到優(yōu)良工程標(biāo)準(zhǔn)。

[1] 鄭凱. 地鐵盾構(gòu)法區(qū)間隧道調(diào)線修復(fù)工程方案研究 [J]. 鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2012(4)：108-112.

[2] 李洪強(qiáng). 蘇州軌道交通調(diào)線調(diào)坡技術(shù)研究 [J]. 鐵道建筑技術(shù)，2013(11)：38-40.

趙毅昕(1983～)，女，本科，工程師，從事地鐵施工工作。

U455.43

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[定稿日期]2015-02-12