冉光耀，王清波，李 淵，陳壽根

(1.西南交通大學(xué) 交通隧道工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610031；2.中交二局第三工程有限公司，陜西 西安 710000)

0 前 言

20世紀(jì)后期，曲線型隧道逐漸取代直線型隧道成為隧道選線的熱門(mén)選擇，相比于其他施工方法，盾構(gòu)法使得隧道的極限轉(zhuǎn)彎半徑更小，而且由于外殼的防護(hù)限制了地層變形，使得施工更加安全。日本土木學(xué)會(huì)制訂的《隧道標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范(盾構(gòu)篇)及解說(shuō)》[1]提出解決小曲線半徑施工有效措施。N.Loganathan and H.G.Poulos(1998)[2]利用Le等提出的地層損失間隙參數(shù)G,采用橢圓形土體移動(dòng)平面，提出了預(yù)測(cè)地層垂直沉降和水平位移的解析解。趙丹[3]提出盾構(gòu)在小半徑工況下的盾尾間隙的計(jì)算值，并對(duì)盾尾間隙對(duì)地表位移的影響進(jìn)行數(shù)值分析。凌宇峰[4]提出通過(guò)調(diào)整盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)進(jìn)土位置對(duì)盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)軌跡進(jìn)行糾偏。

本文以深圳市地鐵六號(hào)線二期工程翰梅區(qū)間TBM在小半徑曲線段隧道掘進(jìn)為工程背景，研究雙護(hù)盾TBM在小半徑曲線隧道的掘進(jìn)難點(diǎn)以及相應(yīng)的措施，重點(diǎn)就小半徑曲線軸線控制以及TBM糾偏技術(shù)展開(kāi)探討，為以后類(lèi)似工程提供技術(shù)和施工建議。

民樂(lè)停車(chē)場(chǎng)出入線隧道(見(jiàn)圖1)線路起點(diǎn)為深圳地鐵6號(hào)線二期工程翰梅區(qū)間，線路出區(qū)間后以R=300 m曲率半徑(曲線段長(zhǎng)750 m)往西轉(zhuǎn)，沿塘朗山西行1 km，以R=260 m曲率半徑(曲線段長(zhǎng)600 m)往東轉(zhuǎn)接入民樂(lè)停車(chē)場(chǎng)。該段區(qū)間左線最小曲線半徑R=270 m，右線最小曲線半徑R=260 m，曲線段長(zhǎng)度占區(qū)間長(zhǎng)度50%。區(qū)間主要采用TBM工法(長(zhǎng)2399.59 m)施工，TBM掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)的極限曲線半徑為260 m。

圖1 停車(chē)場(chǎng)出入線隧道

1 小半徑曲線隧道的難點(diǎn)

雙護(hù)盾TBM油缸分區(qū)壓力的不連續(xù)使得施工對(duì)地層擾動(dòng)增加；曲線段管片拼裝質(zhì)量較直線段差，管片接縫多，易漏水。周舟[5]分析了小半徑曲線地鐵隧道盾構(gòu)法施工易出現(xiàn)的問(wèn)題,并給出解決地層沉降的解決措施。蒙曉蓮[6]發(fā)現(xiàn)在采用適當(dāng)技術(shù)和良好操作的正常施工條件下，小半徑曲線掘進(jìn)將增加地層損失。

曲線隧道測(cè)站的多次轉(zhuǎn)站、換站使得坐標(biāo)誤差累計(jì)增大；小半徑曲線隧道管片的側(cè)向分力較大以及盾尾空隙等原因，可能造成管片襯砌的移位，導(dǎo)致自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)測(cè)站出現(xiàn)測(cè)量偏差；始發(fā)段為R=260 m的小曲線半徑洞內(nèi)導(dǎo)線布設(shè)困難，且雙護(hù)盾TBM在全斷面微風(fēng)化花崗巖中掘進(jìn)振動(dòng)大，導(dǎo)致測(cè)量導(dǎo)向系統(tǒng)頂臺(tái)不穩(wěn)定，傳統(tǒng)的全站儀固定方式不滿足測(cè)量需要。

2 施工控制技術(shù)

李建斌[7]論述了雙護(hù)盾TBM的技術(shù)特點(diǎn)和地質(zhì)適應(yīng)范圍，并給出了TBM的主推力等計(jì)算。

2.1 擴(kuò)挖刀墊厚

TBM在擴(kuò)挖施工時(shí)在邊刀刀座與滾刀之間增加墊片，使邊刀外伸以達(dá)到擴(kuò)挖的目的，以此增大洞壁與TBM外殼之間的間隙，滿足TBM轉(zhuǎn)彎半徑的要求，如圖2所示。

圖2 邊滾刀外移擴(kuò)挖

超挖有利于TBM在曲線段掘進(jìn)時(shí)轉(zhuǎn)向。但是，反面土體的松散致使背后注漿漿液向掘削面迂回，由于推進(jìn)反作用力的下降，致使隧道變形等問(wèn)題更加明顯。因此，最終的超挖量應(yīng)該控制在必要的最小限度范圍內(nèi)。

2.2 鉸接裝置的使用

將普通TBM掘進(jìn)機(jī)與鉸接式TBM掘進(jìn)行對(duì)比，見(jiàn)表1。

表1 普通TBM掘進(jìn)機(jī)與鉸接式TBM掘進(jìn)對(duì)比

2.3 TBM掘進(jìn)監(jiān)測(cè)

圓曲線上需每隔18環(huán)布設(shè)一個(gè)頂臺(tái)，并嚴(yán)格控制頂臺(tái)高度。洞內(nèi)邊臺(tái)采用同邊雙邊臺(tái)，邊臺(tái)布設(shè)盡可能拉長(zhǎng)(圓曲線上每80環(huán)、緩和曲線上每90環(huán)、直線上每100環(huán)布設(shè)一組邊臺(tái))。采用雙導(dǎo)線進(jìn)洞，通過(guò)對(duì)測(cè)量頂臺(tái)的改進(jìn)，成功解決了因振動(dòng)大而無(wú)法測(cè)量的問(wèn)題，傳統(tǒng)頂臺(tái)見(jiàn)圖3，改進(jìn)后的測(cè)量頂臺(tái)如圖4所示。要求測(cè)量頂臺(tái)在高度方向上盡可能低，頂臺(tái)架圓盤(pán)中心距管片豎向高度在46 cm左右，當(dāng)1根錨桿無(wú)法滿足頂臺(tái)固定要求時(shí)，可以采用多根錨桿加強(qiáng)固定。隧道內(nèi)間距20～30環(huán)布置測(cè)量吊籃。TBM推進(jìn)采用自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，推進(jìn)時(shí)每2～3 min自動(dòng)測(cè)量一次TBM姿態(tài)，也可以根據(jù)實(shí)際工況調(diào)整測(cè)量頻率。

圖3 傳統(tǒng)頂臺(tái)

圖4 優(yōu)化后單點(diǎn)懸吊頂臺(tái)

3 小半徑曲線隧道糾偏

TBM掘進(jìn)姿態(tài)控制在最大允許偏差的60%。隧道軸線以及管片錯(cuò)臺(tái)的允許偏差如表2所示。

表2 隧道軸線以及管片錯(cuò)臺(tái)的允許偏差和檢驗(yàn)方法 單位：mm

改變分區(qū)油缸壓力。TBM的推進(jìn)油缸按上、下、左、右4個(gè)扇形分布，當(dāng)TBM偏離設(shè)計(jì)軸線時(shí)，可在偏離方向相反處，調(diào)低該區(qū)域推進(jìn)油缸壓力，造成兩推進(jìn)油缸的行程差；通過(guò)停開(kāi)部分推進(jìn)油缸獲得行程差，但此時(shí)襯砌區(qū)域受力不勻，容易使管片損壞。一次糾偏量過(guò)大，TBM內(nèi)殼對(duì)襯砌產(chǎn)生很大的集中荷裁，導(dǎo)致管片內(nèi)力激增，混凝土開(kāi)裂破壞；同時(shí)，TBM殼體與周?chē)馏w產(chǎn)生單邊擠壓和剪切，引起土體損失和地面沉降。需要注意的是推進(jìn)油缸4個(gè)區(qū)域壓力分布呈線性狀態(tài)。

4 結(jié) 語(yǔ)

深圳六號(hào)線民樂(lè)停車(chē)場(chǎng)出入線隧道的曲率半徑最小段其半徑僅為270 m，由于其曲率半徑小的特點(diǎn)，使得隧道在掘進(jìn)過(guò)程中的軸線控制成為了一個(gè)難題，通過(guò)運(yùn)用帶鉸接裝置的TBM掘進(jìn)機(jī)、擴(kuò)挖刀墊厚、掘進(jìn)軸線預(yù)偏設(shè)置和監(jiān)測(cè)的及時(shí)反饋等措施以及采用小半徑曲線隧道糾偏的方法，將盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)及管片姿態(tài)調(diào)整到設(shè)計(jì)允許范圍，達(dá)到了預(yù)期效果。

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