08小半径曲线地铁隧道盾构法掘进技术研究文档格式.docx
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仿形刀的使用效果将直接影响盾构机铰接装置的作用，超挖量过大将严重地扰动土体，过小将不能充分发挥铰接装置的作用，以致达不到所要求实际轴线的半径。
因此，急曲线隧道施工时，应该选择模式如图1。
2.2难点之二：
隧道整体因侧向分力向弧线外侧偏移
急曲线隧道每掘进一环，管片端面与该处轴线的法线方向在平面上将产生一定的角度θ（见附图2）,在千斤顶的推力下产生一个侧向分力。
管片出盾尾后，受到侧向分力的影响，隧道向圆弧外侧偏移。
一般在圆曲线半径取定时，已验算侧向作用力对原状土体的影响，管片在侧向作用力下，不足于使原状土体发生塑性破坏，即土体处于弹性变形范围。
因此研究侧向分力形成原因和规律就可以有效控制土体的弹性变形范围。
侧向分力计算：
（见附图2：
侧向分力示意图）
θ=tan-1RD-1=tan-1（RC+D/2）-1
F侧=F总Sinθ
式中：
F总—盾构千斤顶作用力
F纵—垂直于管片环面的反作用力
F侧—平行于管片环面的反作用力
RC—圆曲线半径；
D—管片外径；
L—管片宽度；
由此可以看出，侧向压力F侧的大小，取决于F总及θ，而取决于L及RC、D，当D一定时，L越小、RC越大，则θ越小。
因此设计管片尺寸时，应选择使用宽度较小的管片。
在工程施工阶段，进入圆曲线后，L、RC为定值，侧向压力F侧的大小取决于盾构千斤顶作用力F总。
为减小土体的弹性变形量，应考虑尽量减小盾构千斤顶作用力F总。
另外，由于盾构机外壳与管片外壁存在建筑空隙，在施工过程中，掘进产生的空隙与同步注浆的浆液填充量两者不可能做到完全同步、完全符合一致。
如果存在空隙或同步注浆浆液早期强度不够的现象，则管片在侧向压力作用下将向弧线外侧发生偏移。
如果不考虑土体的弹性变形，则隧道最大偏移量为盾构外径与管片外径差值的一半。
从这个角度分析，笔者认为，同步注浆的浆液宜采用双液浆，因此双液浆为瞬凝性浆液，具有较高的早期强度、良好的流动性和填充的均匀性，可以在较短的时间内将建筑空隙填充并达到一定的强度，与原状土共同作用，有效减小管片受侧向压力影响在建筑空隙范围内向弧线外侧的偏移量。
2.3难点之三：
盾构掘进时，纠偏量较大，对土体扰动的增加易发生较大沉降量
急曲线隧道的施工与直线段施工相比，除直线段隧道施工原有的地层变形因素外，还将增加以下三个因素的影响：
2.3.1由于沿急曲线掘进，盾构机处于纠偏状态，仿形刀也处于开启状态进行超挖，实际掘进面为一椭圆形，实际挖掘量超出理论挖掘量。
2.3.2在采用适当技术和良好操作的正常施工条件下，急曲线掘进将增加地层损失，地层损失达0.5~1%8L2πR/（R+RC）。
（L为盾构长度；
R盾构外半径；
RC盾构掘进曲线半径）
2.3.3纠偏量较大，对土体的扰动亦大，容易造成较长时间的后期沉降。
相应的解决对策为进行动态管理和信息化施工，控制好同步注浆的注浆时间及注浆量。
视具体情况，必要时进行二次补浆。
3工程实例
3.1工程概况
上海市轨道交通2号线东延伸金科路~广兰路区间隧道，隧道总长1634.42m，是通往蒲汇塘停车场的一条出入段线。
由于宏利半导体公司、高斯路水管、张江创意大厦桩基、张江路电力顶管、马家浜河岸驳桩等诸多客观因素的限制，隧道线路设计选择在祖冲之路下穿越。
该区间隧道水平呈“V”字型，最小曲线半径只有500m，圆缓点在盾构工作井内，该区间隧道垂直方向呈倒“V”字型，先下坡再上坡，最小竖曲线半径5000m。
平曲线500m与竖曲线5000m交汇，形成一条立体空间的长距离急曲线地铁隧道。
该区间隧道采用预制装配式钢筋混凝土衬砌结构，衬砌用管片环宽1200mm，外径6200mm，内径5500mm，壁厚350mm，混凝土设计强度C55，抗渗强度1.0Mpa。
隧道衬砌采用通缝方式拼装。
3.2工程地质情况
根据工程地质勘察报告，盾构主要在④1层淤泥质粘土中掘进，该土层属高灵敏度、高塑性、高压缩性、低强度、低渗透性饱和软土，该土层含云母、有机质、夹薄层粉砂，土质较均匀。
在该土层中，一般盾构掘进施工较容易，但应注意该土层蠕变量大，易粘着盾构设备。
④1层淤泥质粘土物理力学性质指标见下表。
表1层淤泥质粘土物理力学性质指标
土层序号
土层名称
重度
含水量
孔隙比
液限
塑限
直剪固快（峰值）
无侧限抗压强度
静止侧压力系数
粘聚力
内摩擦角
原状土
重塑土
灵敏度
r
Wo
eo
WL
WP
C
Φ
qn
q’n
St
Ko
KN/m3
%
Kpa
°
④1
淤泥质粘土
16.7
50.4
1.43
43.4
23.0
14
12
39
6
7.7
0.58
3.3主要施工技术措施
3.3.1解决轴线难控制的技术措施
3.3.1.1选用带选仿形刀的盾构机
该工程选用上海隧道股份公司的φ6340土压式平衡式盾构机，该机设计定位的隧道最小半径为300m。
经过2线东延伸金科路~广兰路区间隧道实践证明，该盾构机是一台技术先进，性能良好的盾构法隧道施工机械。
该盾构机的缺点为同步注浆系统不能使用双液浆浆液施工。
3.3.1.2采用仿形刀在曲线内侧位置进行超挖，有利于纠偏
仿形刀的使用主要须考虑两个方面的因素，一是仿形刀的超挖范围。
仿形刀通过设置，可以在圆周任意区域位置进行超挖，该工程将采用仿形刀在曲线内侧位置进行超挖，以有利于纠偏。
二是超挖量。
根据公式
（1）计算：
R=500m，理论超挖量δ为21mm；
在缓和曲线段，它是不断变化的一个函数值。
在金科路~广兰路区间隧道掘进过程中，R=500m时，实际超挖量δ为8mm左右，小于理论超挖量。
笔者分析，由于上海的地基较软，即使不使用仿形刀，在急曲线段，盾构在掘进过程中对内侧土体的挤压，亦能使盾构沿轴线掘进，故实际施工中，实际超挖量要小于理论超挖量。
因此实际超挖时，超挖量必须根据隧道的设计轴线、盾构机的姿态、管片的拼装状态等因素综合考虑后确定。
3.3.2解决隧道受侧向分力的影响向圆弧外侧偏移的技术措施
金科路~广兰路区间隧道最小曲线半径为500m，在千斤顶的推力下产生侧向分力为（参见公式2）。
由于该工程采用的同步注浆浆液为惰性浆液（该工程盾构机不能采用双液浆作为同步注浆施工），早期强度较低，在承受侧向压力后会产生流动，不能满足抵抗要求，管片将向弧线外侧偏移。
根据金科路~广兰路区间隧道初期掘进的实际测量，在圆曲线段，管片出盾尾后的偏移量在40~80mm之间，符合土体的弹性变形假设及管片建筑空隙内偏移量分析（理论偏移量为（6340—6200）/2=70mm）。
在该工程施工过程中，主要采取了以下措施进行控制：
3.3.2.1盾构掘进时走向的预偏
为了控制隧道轴线最终偏差控制在规范要求的范围内，盾构掘进时，考虑给隧道预留一定的偏移量。
将盾构沿曲线的割线方向掘进，管片拼装时轴线位于弧线的内侧，以使管片出盾尾受侧向分力向弧线外侧偏移时留有预偏量。
而预偏量的确定往往须依据理论计算和施工实践经验的综合分析得出，同时需考虑掘进区域所处的地层情况。
在金科路~广兰路区间隧道掘进过程中，预偏量20~30mm。
3.3.2.2控制盾构千斤顶掘进速度与推力
在常规隧道施工时，为了保证进度，盾构机掘进速度往往达到50mm/min左右，与之匹配的推力较大。
而在急曲线隧道施工中，根据成熟的施工经验，必须适当降低掘进速度，即降低千斤顶推力，同时也意味着降低侧向分力，有利于减少隧道向弧线外侧的偏移量。
因此在急曲线隧道施工时，必须确定一个合理的推力和掘进速度。
这个合理的掘进速度必须不额外的增加推力，从而达到减小侧向分力的目的，同时尽可能少扰动土体。
必须指出的是这个掘进速度也不是一成不变的，随着施工条件、地质状况、线形等的变化，也须即时调整，从而达到最好的施工效果。
值得注意的是，在盾构掘进启动时，掘进速度要以较小的加速度递增，这样可以避免千斤顶起始推力过大的问题。
在金科路~广兰路区间隧道施工过程中，掘进总推力控制在10000KN左右，3.3.2.3有针对性地选用同步注浆及二次注浆相结合地施工措施
由于金科路~广兰路区间隧道工程所采用的盾构机不能采用双液浆作为同步注浆施工，在该工程选择所采用的同步注浆浆液时，考虑了两个因素：
一是及时充分地填充管片外的环状空隙，避免地表沉降；
二是提高浆液早期强度，抵抗侧向分力的影响。
在实际施工过程中，采用了同步注浆（浆液为惰性浆）及二次注浆（浆液为双液浆）相结合的施工措施。
3.3.2.2.1同步注浆：
在施工期间，随着盾构掘进，脱出盾尾的管片与土体间出现“建筑空隙”，即通过设在盾尾的压浆管予以同步充填浆液。
同步注浆压注要根据施工情况，地质情况对压浆数量和压浆压力二者兼顾。
一般情况下，每环压入量控制在“建筑空隙”的180%--250%（要注意急曲线隧道的注浆量要大于直线隧道注浆量），注浆压力约0.3~0，5Mpa。
压浆速度和掘进保持同步，即在盾构掘进的同时进行注浆，掘进停止后，注浆也相应停止。
施工时，加强对盾构尾部地面的沉降监测，通过信息化施工，及时调整同步注浆量，确保地面不下沉，也不能出现过大的隆起。
惰性浆液我们选用以下配比：
黄沙（公斤）
粉煤灰（公斤）
陶土粉（公斤）
水（公斤）
1000
1670
250
适量
备注：
该配方稠度9~11cm
3.3.2.2.2二次注浆：
为了减少惰性浆液早期强度低、隧道受侧向分力影响大的问题，在管片出盾尾5~6环后，通过管片注浆孔向管片外周进行二次注浆，来抵抗侧向分力。
浆液为瞬凝性的具有较高的早期强度的双液浆。
双液浆配比：
浆液
甲液
乙液
材料
水
水泥（普硅42.5级）
粉煤灰
膨润土
水玻璃（35°
）
配比（KG）
100
66
5
30~50
另外再加入适量的促进剂，甲、乙两液配比由现场试验初凝时间为10—20分钟确定。
施工技术要点：
先将特制球阀作为防喷装置安装好，用冲击钻或凿子将预留孔疏通，随即关闭特制球阀（防止地下水或浆液渗漏），并将注浆管接在特制球阀上，以便注浆。
二次注浆时根据监测情况调整注浆量和压力，注浆结束后，拆除注浆管，封闭孔口。
二次注浆压力控制在0.3Mpa以下；
注浆流量控制在10~15L/min。
在该工程中，通过二次注浆后，隧道的轴线基本稳定，未发生明显的偏移。
同时也解决了急曲线施工土体超挖多、扰动大、地表沉降大的问题。
4施工效果
在采取了前文所述的措施后，金科路~广兰路区间隧道竣工后，整条隧道轴线均控制在-50~50mm范围之内，地表沉降控制在-20~5mm范围之内，各项指标达到优良工程标准。
5结束语
5.1在急曲线隧道盾构法施工中，既有和一般的隧道掘进相同的一面，又有其特殊性，我们要着重研究和控制它差异的一面。
5.2在急曲线隧道盾构法施工中，要抓住轴线曲率大半径小、盾构难控制的特点，选择好盾构机，使用仿形刀及铰接装置，要在更小更严的幅度中进行各种参数优化。
5.3在急曲线隧道盾构法施工中，针对管片易向弧线外侧偏移的特征，最好使用双液浆作为同步注浆。
当采用惰性浆时，要做好轴线预偏及二次注浆工作，加强监测，进行动态管理，信息化施工。
参考文献：
⑴刘建航、侯学渊主编《软土市政地下工程施工技术手册》1990.10
⑵刘建航、侯学渊《盾构法隧道》1991
⑶白廷辉同济大学博士论文
⑷白云盾构施工引起的土体扰动和变形分析《软土隧道及地下工程技术文集》2000.11
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22、感情寻找它的模特儿，衣服挂在橱窗，有太多人适合，没有独一无二。
——《香奈儿》
23、有生之年狭路相逢终不能幸免，手心忽然长出纠缠的曲线，懂事之前情动以后长不过一天，留不住算不出流年。
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——《还过得去》
33、做最爱做的我没什么不敢，才是最大的力量，梦想的现场，每个人头上都有光环。
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12.就像蝴蝶飞不过沧海，没有谁忍心责怪。
《蝴蝶》
——只要蝴蝶曾在沧海上飞过，就已足够，结果，永远没有过程重要。
13.不要迷信情变等于灯灭，不要含泪直到与他肯定再不相见，爱恨无须壮烈，不随便狂热。
《情戒》
——感情，只是人生中的一小部分，不要为它死去活来，让人看低。
14.害怕悲剧重演，我的命中越美丽的东西我越不可碰。
《暗涌》
——爱情虽然美丽，却是易碎玻璃。
15不要虔诚直到懂得怎样去爱魔鬼，纪念留给下世，不对别人发誓。
——要学会自己保护自己，也不要轻易对一段感情做出承诺，否则害人害己。
16.每个人都是单行道上的跳蚤，每个人皈依自己的宗教，每个人都在单行道上寻找，没有人相信其实不用找。
《单行道》
——缘分可遇不可求。
17.有一梦便造多一梦，直到死别都不觉任何阵痛，趁冲动能换到感动，这愉快黑洞苏醒以后谁亦会扑空。
《梦死醉生》
——人生得意需尽欢，莫使金樽空对月。
感情是一个道理，愉快那么快，何必等到互相伤害？
18.你这样恨我好不好过，温馨被单都变成负荷，当牧童害了绵羊难道觉得庆贺。
《你这样恨我》
——本是相爱的人到最后却只能互相伤害，这是爱情最可悲的地方。
19.你欣赏我因我本性不会改，别太认真认真怎可放开自在。
《寂寞有害》
——爱一个人不见得是要在他的名前冠上“我的”二字，换言之，爱不是占有，所以给他多一点空间，不要老想他按着自己的意愿改变。
20.相亲相爱倒不如想入非非真真假假也无所谓。
《想入非非》
——有时候，性比爱重要。
但要小心像《蓝宇》那样由性进入爱，那可就违背你游戏人间的初衷了。
21.没有拥抱你只怕这个游戏代价不菲，没有爱上谁也该知道爱一个人好累。
——所以准备爱的时候，一定要看看自己有没有这个能力。
22.从前和以后一夜间拥有，难道这不算相恋到白头，但愿会相信缠绵时分手，能令我减轻了内疚。
《红颜白发》
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