盾构机小曲线半径始发技术

盾构机小曲线半径始发技术

摘要：根据无锡地铁一号线（江海路站~火车站站）盾构区间小半径曲线始发的经验,从割线始发设计参数、始发前期准备工作,着重分析盾构始发掘进的重点,并提出了相应的措施。

关键词：地铁；盾构；小曲线；参数；始发

Abstract: Based on the Wuxi subway line ( Jianghai Road Station Train Station ) shield section of small radius curve launching experience, from the initial design parameters, secant initial preparatory work, focused on analysis of shield original heading key, and puts forward some corresponding measures.

Key words: Subway; shield; small curve; parameter; starting

一、概况

（一）工程概况

无锡市轨道交通一号线江海路站~火车站站（YSK9+216.791～YSK10+514.862）区间在江海路站南端头井右线始发。本区间线路出江海路站后，在通顺桥前以350m（右线360m）曲线半径向东南偏转，于通顺桥和废弃水闸之间下穿庆丰河（下穿段河面宽度22米），再下穿锡澄二村大片居民楼后转至海澄路，近距离经过康桥丽景小区后线路以400m（右线410m）曲线半径向西南方向偏转，先后下穿庆丰河（下穿段河面宽度27米）、北新河（下穿段河面宽度26.5米）、交通综合体，垂直下穿锡沪西路后进入无锡火车站站。

线路中线间距为13.0～17.3m。区间隧道纵坡呈“V”型，最大纵坡为23.67‰，最小纵坡为3.0‰。

工程区域为冲湖积平原，地势平坦，地面标高为1m～4.5m。场地第四系覆盖层厚度大，以浅各土层分布较稳定，土的类型为中软土。本线路隧道断面穿越土层大部分为粉质粘土、粘土层，部分断面上部位于粉土夹粉质粘土层。

区内地表水系极其丰富,常年水位（1985国家高程基准）1.40~1.70m，其年变幅1m左右。地下水主要为赋存于第四系全新统及上更新统中的浅层含水层、浅层弱承压水层共2个、深层承压水层2个。

（二）盾构机概况

本工程采用中铁CET6370土压平衡盾构机,该盾构机适宜在粉质粘土、粉土、局部为粉砂、淤泥质粘土、粉砂、细砂等土层中施工。盾构机掘进最小曲率半径350m,最大坡度±35‰;总重约为400t,盾体长度为8.35m,后配套设备分别安装在6节拖车上;盾尾间隙25mm,最大掘进速度8cm/min,最大推力35000kN。

刀盘直径为6380mm,结构为辐条面板型,开口率为40%。在刀盘上配置切刀100把，刮刀16把，先行刀58把，保径刀8把,中心鱼尾刀1把，超挖刀2把。

二、盾构小半径曲线的始发设计

（一）割线设计主要参数

盾构始发采用直线的线型(曲线的割线),并且拟合隧道线路采用如下参数。

1、盾构机刀盘中心点坐标沿两洞门中心连线方向向内弧面偏离隧道理论坐标15mm。

2、盾构机进入土体后将沿直线掘进,该直线为曲线的割线,直到第9环管片(不包括负环管片和零环)拼装完毕后,盾构机将沿隧道中心线坐标掘进(见图1)。

（二）割线始发方法

始发需解决以下问题:①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;②将盾构机沿曲线的割线方向掘进,预偏量为30~50mm,以减小管片因受侧向分力而引起的向圆弧外侧的偏移量;③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;④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;⑤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。

三、盾构小半径曲线始发的前期准备

（一）进行端头加固

本端头加固采用水平冻结加固，施工参数如下：

表1：江海路南端头洞门土体加固技术参数

图2：江海路南端头始发洞门土体加固技术参数示意图

通过设置合适的反力架和负环管片位置,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40~80cm调节。降低拆除零环时工程风险,为联络通道精确施

工提供有力保证。

（二）始发基座定位安装

根据盾构机尺寸,设计制作始发基座长9.8m。根据隧道洞门中心位置和设计轴线坡度及水平方向算出盾构始发姿态的空间位置,推算出始发基座的空间位置,利用垫薄钢板调节始发基座标高的精确位置。

始发前将始发基座与底板预埋件焊接牢固,并利用H型钢两边支撑保证左右稳定。为了防止盾构机栽头,将始发基座标高抬高2cm,并在洞门钢环底部焊接2个防栽导轨。

（三）盾构机组装、调试及反力架定位安装

盾构机按后配套拖车、主机依次进场组装。按如下顺序下井组装: 6节台车→设备桥→螺旋输送机→中盾→前盾→刀盘→管片拼装机、盾尾→螺旋输送机→设备连接、安装反力架→完成组装。盾构机组装和连接完毕后,即可对盾构机的各个系统进行空载调试。

在盾构主机与后配套连接之前,开始进行反力架安装。在安装反力架时,反力架端面与始发基座水平轴垂直,以便盾构机轴线与始发设计割线保持一致。调整好后将反力架与中板和底板的预埋件焊接固定。

（四）洞门密封

1、洞门密封采用帘布橡胶和折叶式扇形压板进行密封,安装步骤为:①检查材料的完好性,尤其是帘布橡胶是否完好;②安装前清理完洞口的渣土和疏通洞门环预留孔并涂上黄油;③将螺栓旋入预先埋设在井圈周边的螺母内;④安装帘布橡胶、圆环压板及扇形压板。

2、洞门处防水装置安装注意事项:①安装时需对螺栓进行二次旋紧;②防止安装扇形压板时损坏帘布橡胶;③如果盾构机为外置注浆管，需对帘布橡胶进行保护。

（五）负环管片的拼装

盾构机始发时9+0环负环管片(整环始发),通缝拼装。负环管片拼装后,用木楔将管片与始发基座间的间隙塞紧,避免管片脱出盾尾后,管片下沉。

四、盾构小半径曲线始发洞门凿除

（一）洞门凿除步骤

首先在洞门凿除前需对洞门进行取芯检测，目的是确认端头加固满足要求，如不满足要求,采用补强注浆保证洞门范围围护结构的稳定。

凿除的时候由上往下分层凿除,首先将开挖面桩钢筋凿出裸露并用氧焊切割掉,然后继续凿至迎土面钢筋外露为止。当盾构机刀盘抵达混凝土桩前约0.5~1m时停止推进,然后再将余下的钢筋割掉,打穿剩余部分桩的桩心及护壁,并检查确定无钢筋。

在凿除的同时要做好地面沉降监测工作，如果地面沉降超过30mm,启动应急措施。

（二）洞门凿除时应急措施

1、编制应急方案,明确组织机构,准备好应急物资,并分析风险源特征,制定风险控制方法和风险产生后的补救措施等。

2、发现有异常情况后,迅速用木板和钢管撑住,防止土体坍塌然后尽快从围护桩外进行注浆加固。

3、若土体压力较大时,迅速用预先制作好的钢筋网片与围护结构的钢筋焊接一起,用木板和钢管支撑,然后在始发端头、洞门里进行注浆加固。

五、盾构机始发掘进

（一）做好盾构始发掘进准备

可在刀头和密封装置上涂黄油减少摩擦,避免损坏洞口的密封装置。盾尾刷中必须填满盾尾油脂。在盾体靠近始发基座位置焊接盾构防扭装置。

（二）始发掘进参数控制管理

初期掘进,选定了6个施工管理的指标:①土仓压力;②推进速度;③总推力;④排土量;⑤刀盘转速和扭矩;⑥注浆压力和注浆量。其中土仓压力是主要的管理指标。在初始掘进段内,对盾构机土仓压力、注浆压力、推力、排土量等必须经过理论计算,并根据计算结果作为初始掘进参数指导调整依据,在该工程始发时,采用以下指标:土仓压力: 0·06~0·18MPa;推进速度10~20mm/min;总推力控制在4 000~8000kN;出土量39~42m3(分区开启超挖刀);转速设为0·8r/min,刀盘扭矩为1 800~2 300kN·m;注浆压力: 0·15~0·3MPa,注浆量3·5~4·8m3。

（三）盾构机始发姿态控制

盾构姿态具体指盾构现态位置与已建隧道管片的相对关系如何,要求隧道管片轴线和

盾构轴线夹角最小,高程、平面偏差最小,盾尾间隙均匀。

初期掘进时轴线允许偏差:①水平偏差-10~-15mm;②垂直偏差-15~-20mm;③俯仰角小于3mm/m;④水平偏角小于3mm/m。

（四）掘进管片拼装

1、管片选型以满足隧道线型为前提,确保有足够的盾尾间隙。

2、管片安装必须从隧道底部开始,然后依次安装相邻块,最后安装封顶块。安装邻接块时,为保证封顶块的安装净空,安装第5块管片时一定要测量两邻接块前后两端的距离(分别大于C块的宽度,且误差小于10mm),并保持两相邻块的内表面处在同一圆弧面上。封顶块安装前,对止水条进行润滑处理,安装时先搭接700mm径向推上,调整位置后缓慢纵向顶推插入。管片块安装到位后,应及时伸出相应位置的推进油缸顶紧管片,其顶推力应大于稳定管片所需力,然后方可移开管片安装机。

结语

无锡市轨道交通一号线江~锡区间江海路站南端头盾构小半径曲线始发的工程实践,满足了隧道线型的拟合,使盾构机顺利出洞,降低了工程成本,减少了整条地铁线的建设工期,为以后类似工程提供了可借鉴的经验。

参考文献

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