小半径转弯隧道管片拼装技术

摘要：本文结合广州地铁5号线区庄站～杨箕站盾构隧道区间管片拼装经验，比较详细的介绍了小半径曲线段管片拼装技术及其采取的措施，为今后特殊曲线段的管片拼装提供借鉴。

关键字：盾构千斤顶；盾尾间隙；铰接；管片

1 工程概况

2 小半径隧道管片拼装的技术难点

管片拼装要求相当严格的小半径隧道，一旦管片点位选择失败以及不够准确，将使管片轴线与盾构机轴线产生偏差，如果偏差过大，不仅增加盾构机阻力，而且难于纠偏，这对小半径隧道施工危害是巨大的。小半径隧道管片拼装难点如下：

（1）千斤顶衬靴很难保证与管片端面完全接触，成圆控制难度高；

（2）管片止水条脱落，破损甚至无法拼装；

（3）管片错台情况严重，对拼装质量要求高；

（4）盾构机姿态难于控制且纠偏困难，铰接装置无法调控盾尾间隙；

3 管片拼装技术

盾构施工相对其它施工一个显著的特点就是拼装成环的管片直接成为隧道的最终衬砌，因此成洞管片的防水质量和外观质量成为影响隧道质量的直接因素，如果隧道管片有超限的情况，基本上是无法纠正的，对工程造成的质量影响也是最坏的，因此盾构施工对管片拼装质量的要求很高。

管片点位选择一般主要根据盾尾间隙、线路特点、推进千斤顶行程来确定，选择适当的点位拼装可以有效地调节盾尾间隙，保证盾尾间隙和千斤顶行程比较均匀，有利于管片的受力。本段盾构区间隧道的管片点位选择将从以下几个方面进行阐述：

3.1 管片型号选择原则

该隧道采用德国海瑞克公司制造的外径6250mm土压平衡式盾构机施工，该盾构机盾壳的铰接结构将盾构分成前后两段，之间通过铰接装置连接，盾尾可偏转，可保持盾尾和管片的同轴度，避免盾尾密封刷受损，也防止管片挤压二次碎裂损坏。管片拼装时，通过点位的选择来适应不同曲线的要求。管片拼装时按照以下两个原则：

（1）要符合隧道设计线路；

（2）要适应盾构机的姿态；

通过正确的拼装点位，将隧道的实际线路调整在设计线路的允许公差±50mm以内。

3.2 盾构机基本因素与管片点位选择的关系

3.2.1 管片点位选择要适应盾构机姿态

管片是在盾尾内拼装的，所以不可避免地受到盾构机姿态的限制。在实际掘进过程中，盾构机因为地质不均、推力不均等原因，盾构机的姿态经常会偏离隧道设计线路，当盾构机偏离设计线路进行纠偏时，要特别注意管片点位的选择，避免因盾尾间隙过小而造成管片破损等事故。如果盾构机偏离设计线路，在纠偏过程中不要过急，为了保证盾构机的铰接密封、盾尾钢丝刷密封工作良好，同时也为了保证管片不受损坏，盾构纠偏过程中不能有太大的调整量。

3.2.2 盾构千斤顶的影响

盾构机是依靠推进油缸顶推在管片上所产生的反力向前掘进的，推进油缸按上、下、左、右四个方向分成四组。而每一个掘进循环，这四组油缸行程的差值反映了盾构机与管片平面之间的空间关系，可以看出下一掘进循环盾尾间隙的变化趋势。当管片端面不垂直于盾构机轴线时，各组推进油缸的形成就会有差异，当这个差值过大时，推进油缸的推力就会在管片环的径向产生较大的分力，从而影响已拼装好的隧道管片以及掘进姿态。如果拼装点位选择不精确，盾尾间隙将会进一步减小，更不利于拼装。

土压平衡盾构机15对推进油缸分为A、B、C、D四组，如图1所示。分别代表上、右、下、左四个方向，油缸形成通过液位传感器显示在操作室的显示屏上，通过计算各组油缸之间的差值，就能为拼装管片提供主要的选择依据。当管片与推进千斤顶接触平面不重合时，在千斤顶产生推力时管片即出现裂缝导致漏水，并且此时出现盾构机的姿态难以控制，很难遵循预定线路前进。所以应使管片与推进千斤顶接触平面尽量重合，这可以通过选择管片的拼装位置来实现。

3.2.3 铰接油缸的影响

铰接油缸是影响管片拼装点位的另一个基本因素，但铰接油缸的影响却是最容易被人忽略的一个因素，本段盾构区间所用的盾构机，中体与盾尾之间采用铰接油缸进行连接，铰接油缸可以收放，这样有利于盾构机在曲线段的掘进及盾构机推进时的纠偏。铰接油缸通过位移传感器将行程显示在显示屏上，图2黑色圆圈即为位移传感器存放位置。当铰接油缸的上下或左右的行程差值较大时，盾构机中体与盾尾之间产生一个角度，这时应当将上下或左右的推进油缸行程差值减去上下或左右的铰接油缸行程的差值，最后的结果作为选择管片的依据。

3.2.4 根据盾尾间隙选择管片拼装点位

注意保持良好的盾尾间隙状态，避免盾尾钢环刮坏管片。调整好油缸撑靴的位置，尽量使撑靴完全作用在管片上。根据盾构机的走向，即满足的关键点为管片的轴线要与盾构机的轴线重合，在考虑纠偏调整的时候应考虑几点注意事项，首先要根据推进油缸的行程分析，封顶块要拼装在行程最短的一侧，其次要看盾构机的姿态，例如盾构机向右，而右侧的行程又最大，那就得要看第三个考虑的因素--铰接，如果右侧铰接最小，那么拼装时所要优先考虑的是拼装在行程最短处的两侧，使得管片有向右的趋势，减小管片与盾构机轴线之间的夹角，如果左侧的铰接最小，那么拼在行程最短处也是可以的，因为盾构机已经有向左的趋势了，总之以上基本因素虽然有主有次，但也是相互联系的，只有掌握好它们之间的联系，才能准确计算出管片拼装点位。表3.2.5-1为区杨盾构区间小半径（左转弯）管片拼装基本参数统计表。

3.2.5-1 区杨盾构区间小半径（左转弯）管片拼装基本参数统计表

拼装点位 正常 间隔偏左 完全偏左

8、

9、

10、11

8、

9、10

9、10

3.3 管片点位拼装的其它措施及注意事项

在施工中我们不仅要通过观测主机趋势、油缸行程、盾尾间隙预测出未来几环主机的趋势、盾尾间隙状况以及管片的拼装点位，更要对整条隧道的走势、关键设计数据做到心中有数，这样才能在小半径施工中使得盾构机轴线与管片轴线始终接近吻合，不至于因考虑不周全而使两者始终处于夹角状态，给管片拼装及纠偏带来不必要的影响。

4 结束语

通过小半径转弯隧道的特点，结合各参数之间的联系，才能正确选择出管片拼装的点位，这样不仅利于纠偏，也使得隧道管片拼装质量得到了有效控制，实际施工线路控制在设计线路的允许公差内。