地铁盾构法隧道施工轴线控制问题分析

陆跃

(中铁四局城市轨道公司,安徽合肥 230071)

地铁盾构法隧道施工轴线控制问题分析

陆跃

(中铁四局城市轨道公司,安徽合肥 230071)

为缓解交通压力,城市地铁规模不断扩大。在地铁隧道工程中,多采取机械化及自动化程度较高的盾构法进行施工。应用盾构机进行隧道施工,可以在短时间让隧道一次成形,综合效益较好。然而在进行隧道轴线检测时,存在着部分隧道轴线偏离问题。隧道轴线偏离,会对地铁隧道施工进度造成影响,严重会引起安全事故。结合工程实例,对地铁盾构法隧道施工轴线控制问题进行研究。

地铁 盾构法 隧道施工 轴线控制

1 工程概况

某城市为缓解交通压力，兴建地铁工程，地铁隧道埋深在8.0-14.5m范围内，穿越淤泥质粉质粘土层、粉质粘土层、粉细砂层、粘土层与粉土层。地铁隧道区间分布为三组平面曲线，分别为半径1000m平面左曲线、半径为1500m平面左曲线、半径为800m平面右曲线。在隧道区间曲线之间设置有直线段。隧道工程最大纵坡值为30‰，纵坡表现为V形。于隧道变坡点位置设置竖曲线，曲线半径设置为3000m与5000m。在该地铁隧道施工中，采取S195型号盾构机，盾构机刀盘直径为6.4m，隧道衬砌管片内径为5.5m，外径为6.2m。

2 盾构机姿态分析

在地铁隧道施工中，直接影响隧道线路轴线的因素为：盾构机掘进作业开挖轴线与盾构机衬砌管片成型轴线。在隧道施工中，其开挖轴线与衬砌管片轴线应保持一致。然而因盾构机在隧道掘进过程中，盾构机沿隧道设计轴线滚动及运动，盾构机刀盘会对土体产生一定超挖问题，出现超挖空间，需要大量砂浆同步注浆进行填充作业。注浆作业时浆液间隙填充过程即衬砌管片轴线再次成形的过程，从而导致衬砌安装管片轴线准确性难以控制，影响施工质量。在盾构机隧道施工中，盾构机开挖直接反映为盾构机掘进姿态，衬砌管片轴线数据数据直接反映为衬砌管片姿态，盾构机掘进姿态与衬砌管片姿态控制直接影响着隧道施工轴线控制，为此，对影响盾构机姿态的因素进行研究。

2.1 盾构机初始阶段

通过始发台与反力架精确定位实现盾构机初始姿态确定。其中，始发台为盾构机提供必要的初始空间状态，始发台与盾构机之间的关系如图1所示：

反力架属于钢结构，负责为盾构机推进时提供反力。始发台与反力架其姿态，是影响盾构机初始阶段推进姿态的关键。

在盾构隧道施工中，一般要求对盾构机出洞端头进行加固处理，因盾构机出洞后为便为加速下坡路段，且在初始阶段不能进行盾构机方向调整，在盾构机与始发台脱离后，容易出现叩头现象，且盾构机与加固区域地层之中的摩擦力偏低，受掘进推力等因素影响，导致盾构机姿态失控。在本工程中，地铁隧道南端头井始发点在圆曲线段，在盾构机到达加固区之前，无法调整方向，导致盾构机无法与车站端墙相垂直，对衬砌管片轴线成形造成影响。

2.2 盾构机掘进阶段

在盾构机掘进阶段，影响盾构机姿态的主要包括以下两点：第一，掘进过程纠偏。受地铁隧道地质因素、盾构机推进操作因素的影响，盾构机在掘进时会出现滚动及蛇行问题。虽然在该工程中应用的S195型号盾构机设置有铰接装置，但其在掘进过程中的蛇行问题仍无法有效控制。蛇行运动形成过程，属于盾构机掘进姿态调整并逐渐达到规范姿态的过程，即纠偏过程；第二，管片位移。盾构机隧道管片位移状况可以分为管片水平位移与管片水平上浮两种问题。如在该地铁隧道施工中，盾构机掘进过程中，于曲线段出现最大水平位移，于左曲线段管片出现左偏，于右曲线段管片出现右偏问题，在直线段与曲线段还存在着管片上浮问题。

引起管片水平位移的原因主要为：在进行盾构机调整方向时，因管片选型存在不合理性，导致转弯环管片偏移量无法满足盾构机调向幅度；盾构机盾尾与中体存在角度误差，当盾构机推力作用于管片时，受径向分离影响管片出现水平位移。管片上浮主要是因地铁隧道地质因素及背衬注浆因素而产生。

2.3 盾构机到达阶段

在盾构机掘进时，为保证其掘进准确经过预留洞门，要求在盾构机距离预留洞门约100m时，进行盾构机人工姿态测量作业，在这个阶段中，隧道中心轴线与设计隧道轴线存在着一定偏差，在实际偏差的基础上，拟定出盾构机掘进线路，其拟定轴线对盾构机施工轴线产生着直接影响。

3 盾构机姿态控制措施

为保障地铁隧道工程施工中其隧道轴线符合规范要求，需要保证掘进姿态与管片姿态正确合理。在该地铁工程中，从盾构机姿态控制、背衬注浆与管片选型三个方面采取控制措施，进行地铁隧道轴线控制研究。

3.1 姿态控制研究

在地铁隧道各阶段施工过程中，应根据隧道不同阶段地质条件，综合进行盾构机掘进分析，严格控制隧道施工中盾构机掘进姿态。如在掘进中盾构机出现滚动问题时，应及时采取正反转刀盘进行纠正处理；当盾构机出现蛇行偏差时，应及时纠正，尤其是在隧道曲线段区域，应按照长距离、缓慢修正的原则进行纠正偏差，每环纠偏量应控制在20mm以内，纠偏的过程中，应综合考虑盾构机推进油缸压力变化对盾构机姿态所产生的影响。构建盾构机管片姿态人工复核制度，安装3-5环管片后应对盾构机管片姿态进行检查，记录并分析检查结果，为盾构机掘进姿态调整发挥指导意义。

3.2 背衬注浆

为实现环形间隙均匀填充作业，在注浆过程中应严格控制注浆压力，控制注浆量，避免管片所承受压力不均衡。背衬注浆采取左右对称注浆方式。于注浆孔出口位置安装分压器，从而实现对各注浆孔注浆压力与注浆量的检测与控制。对管片姿态进行测量并及时调整孔口压力。为防止管片上浮，一般上部注浆压力大于下部注浆压力。在注浆过程中，应根据监控状况，及时调整注浆参数。

3.3 管片选型

图1 始发台与盾构机关系示意图

在地铁隧道施工中采取盾构机施工方法，为实现隧道轴线控制，应做好管片选型作业。管片选型应遵循以下原则：与盾构机姿态相适应，与隧道设计轴线相适应。采取转弯环及标准环拼装管片，通过组合标准环与转弯环，构建出各种线形地铁隧道。在实际拼装过程中，尤其是进行曲线段管片拼装时，管片拼装点位直接决定着不同方向偏移量。综合考虑盾构机盾尾间隙、胶结油缸差值、推进差值等因素，保证管片调整量精确，实现对隧道施工轴线控制。

4 结语

城市化进程加快，推动着城市地铁规模的不断扩大。在城市地铁隧道工程中，多采取盾构法进行施工。在工程实践中发现，盾构机隧道施工容易出现轴线偏离问题，对地铁隧道工程施工进度、施工质量及安全性造成影响。为实现盾构机在隧道施工中其轴线控制，需要对盾构姿态、管片姿态进行全程监控，并采取措施控制盾构姿态与管片姿态，进而实现隧道轴线控制。实践证明，盾构机在地铁隧道工程施工中采取措施控制盾构姿态与管片姿态，能够有效提高地铁隧道施工进度，保障施工质量，实现地铁工程施工效益。

[1]王克忠,王玉培,林峰等.平行双隧道盾构法施工地表沉降仿真计算研究[J].浙江工业大学学报,2013,41(3)：300-303,308.

[2]姚德友.北京地铁盾构法隧道施工轴线控制问题探讨[C].2011中国盾构技术学术研讨会论文集,2011：55-57.

[3]孔祥兴,夏才初,仇玉良,等.平行小净距盾构与CRD法黄土地铁隧道施工力学研究[J].岩土力学,2011,32(2)：516-524.

[4]马晓磊.盾构法施工过程中的轴线控制分析[J].城市建设理论研究(电子版),2012(21).

[5]周诚,李勇军,王承山,等.越江地铁盾构隧道始发安全风险控制研究[J].铁道工程学报,2012(11)：87-93.

[6]王军.地铁隧道盾构法施工管片选型技术总结[J].商品与质量：建筑与发展,2012(5)：55-55,51.