中铁五局城通公司 大坡度、小半径曲线隧道盾构施工技术
式中：?x、?y—姿态偏角（0）； PBx、PBy—比例带（%）； Tix、Tiy—积分时间（s）。
由式（5-1）和式（5-2）可以看出，千斤顶操作点随着盾构姿态偏角的增大而增大，同时从图5可以知道，千斤顶操作点偏离越大，盾构机推力相差值就越大，所以在曲线上如果要获得较大的转向，就必须使千斤顶操作点偏离值增大，从而获得较好的转弯效果，当然这种偏离值也不是越大越好，要根据地层情况和盾构机当前的受力行为来判别。
6 施工控制措施
通过对大坡度、小半径的盾构隧道的力学行分析及在这种隧道中施工对盾构机、操作技术人员要求。总结在这种路线条件下进行施工会产生的问题及影响，为了消除上述对施工过程的不利影响因素，我们必须因地制宜，采用有效的施工控制技术来确保盾构隧道的施工质量。
6．1 适当的超挖量
盾构刀盘上需安装有一定超挖范围的超挖刀，在小半径曲线施工时，进行盾构 外周（大于盾构机外径）的超挖，超挖范围可在切削刀盘旋转角度范围0～3590之间设定，超挖理能根椐下限设定值及上限设定值的选择来设定。超挖刀的动作范围与行程可在运行操作台上显示并可任意设定。为了工程的安全起见，须装备二把超挖刀，另一把备用。
根据推进轴线情况，当允许部分超挖时，超挖量越大，曲线施工越容易，这是因为盾 构机不容易出现卡壳现象，且容易实现转向。另一方面，超挖会使同步注浆浆液因土体的松动绕入开挖面，加上曲线推进时反力下降的因素，会产生隧道变形增大的问题。因此，超挖量控制在超挖范围的最小限度内。
6．2 适当的铰接角度
盾构机增加铰接部分，使盾构切口至支撑环，支撑环至盾尾都形成了活动体，增加了 盾构机的灵敏度，推进时可以在减少超挖量的同时产生推进分力，确保曲线施工的推进轴线控制，管片外弧碎裂和管片渗水情况得以大大改善。铰接角度???L1?L2??180???R?,其中L1、L2分别为铰接盾构的前体的后体，R为曲线半径，
?为盾构机在小半径曲线上
的铰接角度，此角度应小于盾构机自身的最大铰接角度。通过固定铰接千斤顶行程差来固定盾构机的铰接角度，从而使盾构机适应相应的曲线半径。铰接千斤顶行程差（mm）=千斤顶最大行程差（左右铰接角度deg）/最大左右铰接角度deg。
6
中铁五局城通公司 大坡度、小半径曲线隧道盾构施工技术
6．3 隧道管片壁后注浆加固
在曲线段上的隧道每掘进完成2环，及时通过隧道内的预埋注浆孔对土体进行注浆加固。减小由于为了实现曲线隧道的盾构施工，而采取的适宜的超挖量所引起的土体变形。
6．4 隧道管内设临时纵向加强肋
针对小半径、大坡度曲线隧道纵向位移较大，在隧道开挖后50～60m范围，对管片设
置加强肋以增强隧道纵向刚度，控制其纵向的位移。根据以往施工经验，加强肋一般采用双拼18a槽钢加钢板焊接成型，然后用螺栓将其与管片的预留注浆孔进行连接，从而将隧道纵向连接起来，以加强隧道纵向刚度。加强肋长一般为两个环管片的宽度，位于隧道管环的两腰部位，各4根共8根，加强肋与管片连接采用M56螺栓，加强肋之间纵向连接采用M30螺栓。加强肋构造一般见图6所示。随着盾构机向前推进，随时增加前面并拆除后面的加强肋，保持加强肋长度在恒定的范围内。
图6 纵向加强肋构造图（单位：mm）
大连地铁1号线103标洞口处环隧纵向刚度加强肋如图7所示。
纵向加强肋
图7大连地铁纵向加强肋
7
中铁五局城通公司 大坡度、小半径曲线隧道盾构施工技术
6．5 加强螺栓复紧
每环推进结束后，须拧紧当前环管片的连接螺栓，并在下一环推进时进行复紧， 克服作用于管片上的推力所产生的垂直分力，减少造成管环隧道的上浮。每掘进完成3环，对10环以内的管片连接螺栓复拧一次。
6．6 盾构推进轴线的预偏
盾构掘进过程中，管片在承受侧向压力将向弧线外侧偏移。为了使隧道轴线最终偏差 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。根据理论计算和相关施工实践经验综合分析，同时考虑掘进区域所处的地层情况，在小半径曲线隧道掘进过程中设置预偏量20～40mm。曲线半径越小，设置的预偏量越大。施工过程中，通过对小半径段隧道偏移监测，适当调整预偏量。预偏量示意图见图8所示
图8 小半径曲线段盾构推进轴线预偏示意图 6．7 盾构测量与姿态控制
在小半径、大坡度曲线推进时，应适当增加隧道测量的频率，通过多次测量来确保盾构测量数据的准确性。同时，可以通过测量数据来反馈盾构机的推进和纠偏。在施工时，如有必要可以实施跟踪测量，促使盾构机保持良好的姿态。
由于隧道转弯半径小，坡度大，隧道内的通视条件相对较差，因此，必须多次设置新的测量点和后视点。在设置新的测量点后，应严格加以复测，确保测量点的准确性，防止造成误测。同时，由于盾构机转弯和侧向分力较大，可能造成成环隧道的水平位移，所以必须定期复测后视点，保证其准确性。
隧道内间距20～30环布置测量吊篮，每推进5环复测一次导线点，盾构机推进采用自动测量系统，推进时每2～3min自动测量一次盾构姿态。
6．8 盾构施工参数选择
（1）严格控制盾构的推进速度
推进时速度应控制在1～2cm/min，既可以避免因推力过大而引起的侧向压力的增大，又不能减小盾构推进过程中对周围土体的扰动。
8
中铁五局城通公司 大坡度、小半径曲线隧道盾构施工技术
（2） 严格控制盾构正面平衡压力
盾构在穿越过程中须严格控制土仓内的平衡土压力，使得盾构切口处的地层有微小的 隆起量（0.5～1mm）来平衡盾构背土时的地层沉降量。同时也必须严格控制与切口平衡压力有关的施工参数，如出土量，推进速度、总推力、实际土压力围绕设定土压力波动的差值等。防止过量超挖、欠挖，尽量减少平衡压力的波动，其波动值一般控制在0.02MPa以内。
（3）严格控制同步注浆量和浆液质量
由于在曲线段推进时会增加地层的损失量，曲线段纠偏次数的增加也增加导致了对土 体扰动的增加，因此，在曲线段盾构推进时应严格控制同步注浆量和浆液的质量，在施工过程中采用推进和注浆联动的方式，确保每环注浆总量与计算的方量相符合，确保盾构在推进每一斗土的过程中，浆液均匀合理地压注，确保浆液的配比符合质量标准。注浆末达到要求时盾构暂停推进，以防止土体的变形。
6．9 土体损失及二次注浆
由于设计轴线为小半径的圆滑曲线，而盾构主机是一条直线，故在实际推进过程中，
掘进轴线必然为一段段折线相连起来组成的曲线，且曲线外侧出土量又大，这样必然造成曲线外侧土体的损失，并存在施工空隙。因此，在曲线段推进过程中进行同步注浆时必须加强对曲线外侧的压浆量，以填补施工空隙。每拼装2环即对后面2环管片进行复合早凝浆液二次压注，以加固隧道外侧土体，保证盾构顺利沿设计轴线推进。配合比应根据实验和隧道实际施工情况等综合因素来确定。
6．10 严格控制盾构纠偏量
盾构的曲线推进实际上是处于曲线的切线上（见图9），推进的关键是确保对盾构前点的控制，由于曲线推进盾构环环都要纠偏，须做到勤测勤纠，而每次的纠偏量应尽量小，确保楔形块的环面始终处于曲线半径的径向竖直面内。除了采用楔型管片，为控制管片的位移量，管片纠偏采用楔形低压棉胶或软木楔子，从而达到有效地控制轴线的地层变形的目的，盾构推进的纠偏量控制在2～3mm/m。
针对每环的纠偏量，通过计算得出盾构机左右千斤顶的行程差，利用盾构机千斤顶的行程差来控制其纠偏量。同时，分析管片的选型，针对不同的管片需有不同的千斤顶行程差。
图9 曲线段盾构机推进方向示意图
9
中铁五局城通公司 大坡度、小半径曲线隧道盾构施工技术
6．11 盾尾与管片间隙控制
小半径、大坡度曲线段内的管片拼装至关重要，而影响管片拼装质量一个关键性的因素是管片与盾尾间的间隙。合理的周边间隙既便于管片的拼装，也便于盾构进行纠偏。
（1）施工中随时关注盾尾与管片间的间隙，一旦发现单边间隙偏小时，及时通过盾构推进方向进行调整，使得四周间隙基本上相同。
（2）在管片拼装时，应根据盾尾与管片间的间隙进行合理调整，以便于下一环管片的拼装，也便于在下一环管片推进过程中盾构能够有足够的间隙进行纠偏。
（3）根据盾尾与管片间的间隙，合理选择楔型管片。小半径曲线段，盾构机的盾尾与管片间间隙的变化主要体现在水平轴线两侧，管片应正常跟随盾构机转弯，当盾构机转弯过快时，隧道外侧的盾尾间隙就相对较小；当管片因楔形量等原因超前于盾构机转弯时，隧道内侧的盾尾间隙就相对较小。因此，当无法通过盾构推进和管片拼装来调整盾尾间隙时，可以考虑采用楔型管片的直线管片互换的方式来调整盾尾间隙。
7 工程实施及难题的解决
在施工前我们要充分研究和考虑影响施工的各种因素的前提下来制定相应对
策，按照施工组织方案组织在小半径、大坡度段的盾构施工。根据以前在此类线路的经验，总结出了在该段盾构施工容易出现的问题有以下几个方面。
7．1 盾构卡壳
盾构进入缓和曲线后，盾构已调整方向，而盾尾管片根据设计排版尚未开始拼装转弯环，隧道中心线和盾构中心线存在较大夹角与位置偏差，导致盾构卡壳。经调整缓和曲线段管片排版（提前拼装转弯环）和粘贴石棉橡胶板，调整盾尾衬砌管片切口垂直方向与盾构中心线方向一致，对管片姿态调整到与盾构姿矿山基本协调之后再转向。
7．2 管片角部碎裂
管片在拼装时无任何碎裂和裂缝，在盾构推进时，盾尾衬砌片角部容易碎裂。产生这种现象主要原因是：在小半径、大坡度曲线段，采用了大量在楔形量管片以满足拟合曲线需要，楔形管片间斜交，拼装时若管片错台或错缝，在盾构推力作用下，在管片角部形成应力集中点，因而造成管片角部碎裂。为了解决上述所发生的现象，我们要组织管片拼装机操作手加强技能学习，加强管片拼装过程质量控制，提高管片拼装精度，严格控制管片错台、错缝，避免管片之间出现“点与点”接触，充分保证管片之间“面与面”接触；降低盾构推进速度，减小盾构千斤顶推力，从而减小管片间作用力；合理选取盾构推进千斤顶编组，均衡盾构对每块管片的推力，避免作用力集中现象，严格控制盾构纠偏量，杜绝盾构千斤顶左右分区大推力差纠偏，保证管片受力均匀。
10
中铁五局城通公司 大坡度、小半径曲线隧道盾构施工技术
8 运输安全分析
由于隧道位于大坡度、小半径曲线段，对隧道内的运输产生了一定的影响。这是因为由于坡度比较大，当运输机械顺坡而下的时候，就会产生一个向下加速度，致使
运输机械的速度越来越快，而进入小半径曲线轨道时，我们通常为了避免速度过快产生的离心力而导致运输机械的脱轨，这两者之间就产生一个矛盾。所以为了确保运输机械的安全，我们必须要求所有隧道里的运输机械要有良好的制动性能，且每天出班前必须对运输机械进行一次全面有效的检查，确保机械的完好性，从而在源头上杜绝事故的发生。
另外，在坡上停车时，必须要有防滑、防溜装置，任何作业人员不得无故进入运输的危险区域。
其次，当运输机械上坡时，我们必须合理地确定机械的载重量和良好的牵引力，避免超载现象而导致运输机械爬坡能力减小发生倒车安全事故。
9 结 语
本文对大坡度、小半径曲线隧道对盾构施工产生的影响进行了一定的分析，并针对这些影响提出了一些相应的施工控制技术及一些难题的解决方法。并对产生一定的效果，主要体现在以下方面：
（1） 管片角部碎裂现象明显减少，拼装质量有了一个很大的提高； （2） 在大坡度段施工，没有发生过一次运输安全事故；
（3） 由于对曲线段线路外侧进行了科学、合理的预偏量设置，不仅较好地实现了 盾构机的转弯，且有效地控制了由于超挖量而产生的土体变形；
（4） 针对曲线段管片的纵向位移较大，采取了加纵向加肋筋来提高其整体刚度，有 效地抑制其纵向位移。
最后，希望通过对本文撰写能对以后类似的盾构隧道施工能提供一定的参考价值。
11