盾构机小半径转弯、大坡度始发施工技术

1、盾构机小半径转弯、大坡度始发施工技术摘要：盾构始发是盾构法隧道施工的重点与难点，其成败直接影响项目的安全、 质量、进度及经济效益，小半径曲线、大坡度始发更是难上加难，在修建深圳国 际会展中心配套市政项目时，我标段的会展北站区间会议中心站区间平面线形 为“S”型曲线，盾构从会议中心站端头以350m小半径，28.33%。下坡成功始发， 各项技术参数、线路控制及成型管片姿态均受控。关键词：地铁施工；曲线始发；技术控制一、工程简介（一）基本概况深圳国际会展中心配套市政项目-10标区间为会展北站会议中心站区间，区 间左线起止里程ZDK47+771.800ZDK48+702.398，里程ZDK48+600

2、.000处存在短 链 23.559m，长 907.039m；右线起止里程 YDK47+830.226YDK48+692.006，长 861.780m。区间平面最小曲线半径为R=350m，线路最大纵坡28.33%，隧道埋 深约为10.74m23.09m，线间距68米。会展北站会议中心站区间盾构机采用新购置的铁建重工的两台6280mm 盾构机，盾构机从会议中心站东端头吊装下井始发（右线先始发，左线后始发）， 掘进至会展北站后吊出。图1-1区间线路图图1-2区间线路形象图（二）水文地质条件盾构机始发段长度为100m，始发段隧道左线埋深为13.4m13.6m，隧道断 面内地质为粉质粘土2-2、淤泥质粘

3、土3-1、中粗砂3-4、砂质粘性土6-1， 始发段隧道右线埋深为14.6m14.8m，隧道断面内地质为粉质粘土2-2、淤泥质 粘土3-1、中粗砂3-4、砂质粘性土6-1。图1-3区间右线始发段地质情况图1-4区间左线始发段地质情况表1-1始发段地层情况二、盾构机小半径、大坡度始发的难点和重点盾构始发段包括盾构始发井全部处于R=350m的小半径曲线、28.33%的下坡 始发段，而由于始发时外部条件的制约，盾构始发托架、负环管片和反力架均难 以布置成相应的曲线状，始发盾构始发时在始发托架上只能直线掘进，轴线偏差 控制较为困难，因此始发路径的合理选择是盾构小曲线、大坡度始发能否成功的 难点和重点。本

4、区间盾构机采用的是铁建重工生产的土压平衡盾构机（编号DZ318/DZ319），该盾构机设计的最小转弯半径为250m，最大坡度为40%，盾 体长度为9m （含刀盘长度），盾构机盾尾间隙为3cm，最大掘进速度为 80mm/min，最大推力39914kN350bar，如果盾构机垂直于端墙始发，当盾构机 盾体完全进洞后（即掘进9m），盾构机轴线水平方向将偏离隧道中心线97mm， 垂直方向将高于隧道轴线252mm，超出规范要求（50mm），因此该区间盾构 机始发采用割线下坡始发方案。三、盾构机割线、下坡始发施工技术盾构始发井口处于半径R=350m的圆曲线、28.33%。下坡段上，属于小半径曲 线、下坡始

5、发，始发施工拟采用割线始发法，具体施工方案如下：（一）盾构机割线始发盾构始发采用直线的线型（曲线的割线），并且拟合隧道线路（在国家规范允许的 范围内）,始发时，盾构机盾首位置与隧道中心线重合，盾尾向左偏离94mm，斜体 割线始发（盾构机偏移角度0.6，盾体最大偏移量为33mm （曲线内侧），满足规 范要求），始发采用直线始发。盾构机掘进9m后，盾构机刀盘与隧道中心线偏移 量为4mm，盾构机刀盘处于曲线内侧。该阶段盾构机盾体已经完全脱离始发托架， 开始转弯掘进施工。图3-1盾构机始发示意图（二）盾构机下坡始发技术盾构始发段处于28.33%的下坡段，盾构机选择下坡始发，安放始发托架前根 据隧道坡度

6、，提前在托架下面布置好钢板和型钢支撑，托架尾部垫起高度为 25cm，前部直接放于基坑底板，使托架形成25%的下坡趋势，待盾构机全部脱 离托架后，盾构机高于涉及线路27mm，在线路偏差允许范围内。盾构机盾体完全进入土地后，开始调整盾构机的水平和垂直姿态，使盾构机 的姿态达到最优情况。图3-2盾构机始发托架布置示意图（三）负环管片拼装及反力架安装盾构小曲线、下坡始发时，盾构机推进反力的大小和方向都具有较大的不确 定性，负环管片全部采用闭环管片的方式，并且实行立体加固，确保负环管片具 有足够的刚度，不发生管片上浮、下沉等情况。根据盾构机姿态的调整，提前通 过管片的点位选择达到转弯的要求。因反力架受力

7、较为复杂，为了成功与安全，反力架采用具有足够强度和刚度 的组合型框架结构，设计的反力架提供的最大反力为3900t。考虑到盾构机割线 始发情况，反力架定位的时候跟随着盾构机轴线进行偏转，使盾构机、负环管片、 反力架中心线重合。四、盾构机始发参数控制（一）土压力设定值水平侧压力按照太沙基土压力理论计算公式以及日本村山理论，可以较为准确的计算出 盾构前方的松动土压力。但在实际施工工程之中，可以根据隧道围岩分类和隧道 结构参数，按照我国现行的铁路隧道设计规范中推荐的计算围岩竖直分布松 动压力的计算公式：Y一围岩容重地层在产生竖向压力的同时，也产生侧向压力，侧向水平松动压力由经验公 式可得：水平侧压力系

8、数q的计算公式见下表Hq-施工坍方平均高度，S一围岩类别，如III类围岩，则S=33宽度影响系数，且s=1+i (B-5)B隧道净宽度，单位以m计。i以B=5m为基准，B每增减1m时的围岩压力增减率。当B5m,取 i=0.1。查资料可知：围岩等级为v类围岩，水平侧压力系数q为1/31/2,隧道净 宽度B为6m。围岩容重r为1.86g/cm3，i为0.1。地下水压力当地下水位高于隧道顶部，由于地层中孔隙的存在，从而形成侧向地下水压。 地下水压力的大小与水力梯度、渗透系数、渗透速度以及渗透时间有关。在计算 水压力时，由于地下水在流经土体时，受到土体的阻力，引起水头损失。作用在 刀盘上的水压力一般小

9、于该地层处的理论水头压力。在掘进过程中，由于刀盘并非完全开口，而是中间有7080%的支挡结构， 随着刀盘的不断往前推进，土仓内的压力介于原始的土压力值附近。加上水在土 中的微细孔中流动时的阻力。故在掘进时地层中的水压力可以根据地层的渗透系 数进行酌情考虑。当盾构机因故停机时，由于地层中压力水头差的存在，地下水必然会不断的 向土仓内流动，直至将地层中压力水头差消除为止。此时的水压力为：q 一根据土的渗透系数确定的一个经验数值。砂土中q = 0.81.0,粘性土中q = 0.3 0.5。Y 一水的容重h一地下水位距离刀盘顶部的高度。查资料可知：渗透系数q=0.5.水的容重r=1000kg/m3.h

10、=13.827m地下水压力预备应力根据不同的施工环境、施工条件、及施工经验，考虑0.0100.020Mpa的压 力值作为调整值来修正施工。土压力初步设定值(二)其余掘进参数拟采用以下指标:推进速度3040mm/min；总推力控制在1100013000kN； 出土量5160m3(分区开启超挖刀)；转速设为1.11.3r/min；刀盘扭矩为 20002300kNm。盾构机盾体进入隧道后，开始同步注浆施工，同步注浆量根据施工情况逐步 增加至正常标准。同步注浆控制：设定注浆倍率为施工间隙的1.5-1.8倍。即 6m37m3,本项目注浆量设定为7m3,根据实际情况通过注浆压力进行调整注 浆量，注浆压力一

11、般控制在3.0Bar-4.0Bar。施工过程中，不断调整、优化盾构机掘进施工参数。通过加强施工监测，不断地完善施工工艺，控制隧道结构稳定和地面沉降。五、割线下坡始发注意事项（1）盾构机割线下坡始发，始发托架及反力架的中心线与车站基坑不是垂直 状态，在安装托架和反力架时，有充分的考虑反力架的侧向力和始发托架的扭转， 做好顶撑和加固工作，保证始发托架和反力架支护体系牢固。（2）下坡始发过程中，负环管片与反力架之间存在一定的夹角，在无法靠实 的情况下，在负环管片与反力架之间添加刚性支撑，防止负环管片上浮或者失稳 情况发生。（3）曲线始发过程中控制盾构机推进系统分区压力，尽量做到提前转弯，小 纠偏，分

12、区压力差在满足转弯的前提下，尽量缩小（实际控制中，分区压力差在 100bar以内），保证成型管片质量。（4）及时调整盾构机皮带系统，在转弯的过程中皮带处于偏心状态，容易出 现漏泥及皮带卡死等问题。（5）施工过程中，必须执行勤纠偏、小纠偏，合理选点的原则，保证成型 管片质量和姿态。（6）做好同步注浆和二次补充注浆管理，始发段的管片处于不稳定状态，及 时对管片进行同步注浆和二次补充注浆，形成管箍，稳定管片。六、结语通过本工程会展北站会展中心站区间盾构施工对上述重点内容控制及严格 按照施工交底执行，使始发获得了成功。盾构机姿态（50mm）和成型管片姿态 （100mm）均在规范要求范围内，始发段60环范围内少数管片错台量在8mm 左右，未出现较大错台。通过同步注浆和二