1-2盾构施工小半径曲线始发点及始发方向探讨

1 盾构施工小半径曲线始发点及始发方向探讨 中建市政建设有限公司 丁海明 刘焱辉 李钟 程敦伍 郝本峰 摘 要：随着城市的发展，轨道交通建设也随之进入一个快速发展时期。在地铁建 设各区段盾构施工线路始发的选择上，由于受规划及建、构筑物的制约，始发路径的确 定变得越来越复杂；盾构小半径曲线始发隧道线形虽不属良好，但因受 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 及周边施工 环境等因素的影响，在应用上仍会越来越多。本文将对盾构小半径曲线始发中始发点及 始发方向的选择进行分析，为解决地铁小半径曲线始发上的难 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 提供科学的依据。 关键词：盾构隧道; 小半径; 曲线始发; 始发点; 始发方向 由于刚性盾壳的原因，盾构机在入洞之后至盾壳完全进入土体之前无法进行曲线行使，在盾壳长度 范围内只能直线推进，铰接角度为零；同时，受始发结构（车站结构或竖井结构）或端头加固范围等因 素的影响，通常按设计轴线始发将无法满足曲线始发的要求，必须对始发起点及始发方向进行调整，确 保在盾壳完全进入土体开始纠偏时盾构机不至于偏离设计轴线太远，为初始纠偏创造良好的条件。 一、设计轴线始发分析 按设计轴线进行始发，常规地层中始发加固厚度 不小于6m，特殊地层如粉砂、砂卵石等地层一般在10～ 12m，盾构机盾壳长度一般在8m以上，小半径隧道半径 R一般在250～500m之间。现按最小加固厚度8m、最大 半径R＝500m进行分析[1]，从图1得出：  RQABAQA 2＞QB＞  即: cmBA 8.12 同时：  RQA  180 即:  92.0 当达到起始纠偏点B时，盾构机偏离设计轴线12.8cm以上，方位角偏离相应设计轴线点方位角（δ ） 0.92°以上。由于方位角及掘进点外偏，实际轴线偏离将继续增大，不能保证曲线上8cm的控制 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 要求， 因此按设计轴线进行小半径曲线始发将无法达到隧道轴线控制要求，需对始发点位置及始发方向在规范 要求范围内进行调整[2]。 图1 按设计轴线始发示意图 1.R-隧道设计轴线半径；2.Q-始发点；3.ф -Q～A点的圆心角；4.B- 纠偏起始点（一般大于或等于盾构机长度或始发加固区沿隧道轴线 长度） 2 二、始发点及始发方向的调整分析 （一）理论分析及建立数学模型 一般在盾构机刚性盾壳完全进入加固段后，盾构机开始纠偏。为保证始发段最大轴线偏移量满足规 范要求，可对盾构始发点及始发方向进行调整，由于始发位置外偏离圆弧将使得轴线偏离量增大，因此 本文只针对始发位置内偏离圆弧的情况进行讨论。调整始发点位置及始发方向后盾构机到达起始纠偏点 通常随始发点及始发方向的选择不同出现以下三种状况[3]（图2）。 状况一：盾构方位角及隧道轴线同时沿设计轴线及对应方位角外偏。此状况下盾构机将继续偏离设 计轴线，直到盾构方位角与设计轴线对应点方位角相同时偏离量达到最大。 状况二：盾构方位角沿设计轴线对应点方位角外偏，隧道轴线沿设计轴线对应点内偏，此状况下轴 线偏离量可能已经达到最大，并伴随纠偏隧道轴线及方位角不断向设计轴线靠拢；但当方位角外偏过大 (a) (b) (c) 图 2 盾构不同始发点及始发方向掘进状态示意图 (a)状态一；(b)状态二；(c)状态三 3 时，在隧道轴线与设计轴线吻合后盾构机仍处在外偏状态，需继续纠偏。 状况三：盾构方位角及隧道轴线同时沿设计轴线及对应方位角内偏，此状况下盾构机将继续偏离设 计轴线，直到盾构方位角与设计轴线对应点方位角相同时偏离量达到最大。 在保证盾构小半径急曲线始发轴线偏离满足规范要求的前提下，建立始发点位置及始发方向在调整 后的掘进数学模型：一是盾构始发至起始纠偏点掘进段数学模型（图3），二是起始纠偏点至最大偏离点 掘进段数学模型（图4）。 一般情况下，随加固区长度与盾构机类型的不同对起始纠偏点B有细微调整，本文以常规情况为例， 选择盾构机刀盘驶出加固区为纠偏起始点进行分析[4]。 由于半径R 远大于M，近似玄长与对应弧长相等，由图3得出：  tan2 MRMhL (1) 图3盾构始发至起始纠偏点掘进示意图 1.Q-设计轴线始发点;2.O-调整后始发点;3.A-设计纠偏起始点;4.B-调整后纠偏起始点;5.R-设计轴线半 径;6.M-加固区沿设计轴线长度;7.Δ L-始发轴线偏移调整量;8.Δ α -始发角度偏移调整量;9.Δ h-到达纠偏 起始点轴线偏离量;10Δ β -到达纠偏起始点角度偏离量 图4 起始纠偏点至最大偏离点掘进示意图 1.A-设计纠偏起始点;2.B-调整后纠偏起始点;3.C-隧道轴线最大偏离点;4.D-隧道轴线最大偏离点对应的 设计轴线点;5.φ -对应圆心角;6.R-设计轴线半径;7.Δ h-到达纠偏起始点轴线偏离量;8.Δ β -到达纠偏起 始点角度偏离量;9.Δ H——隧道轴线最大偏离量 4 RM180   (2) 同样，近似玄长与对应弧长相等，由图4得出： RKNK  180 (3) RKNKN /)()tan(tanHh 2  (4) 式中：K为纠偏环数；ξ 为平均每环设计最大纠偏角度；N为每环管片的长度。 因此，由式(1)、(2)、(3)、(4)得出关于Δ L与Δ α 之间的二元一次方程：            MtanΔ - /RM + /RR]80N)/ 1-R)/(180M/-[N(Δ R180N/-/180M/- tan-tanN+ ΔHΔL 2 2   ξR (5) 由式(5)可得：                 tan/ /)/180/(180 )/180/(180 tantan 2 2 MRM RRNRMN RNRM NLH (6) 控制Δ H即最大轴线偏离量在规范要求内，将可对始发点及始发角度进行调整，以选择合适的Δ L及 Δ α 。 同时由式(2)、(3)得出纠偏环数K：    RRM  /N180//180K  (7) 从式(7)可以看出，Δ α 越大，可用于纠偏的环数越多，即轴线越易于控制，因此通过合理Δ α 将 创造更好的纠偏条件，所以在Δ α 的选择时，根据现场条件尽量选择最大值，以保证将来角度纠偏最小。 同时，纠偏环数K为起始纠偏至达到最大偏离量的纠偏环数（包括直环和曲线环），平均每环设计 最大纠偏角度ξ 为直环与曲线环纠偏角度平均值，因此根据设计及规范要求考虑到管片拼装通缝等问题， 有可能不能一直采用曲线环进行拼装，计算时应予以考虑。 (二)其它实际影响因素分析 小半径急曲线始发时，通常在实际过程中遇到其它方面因素的影响，而要进一步对始发点及始发方 向进行修正，具体见表1。 5 表1 始发点及始发方向调整中其它影响因素 序号 影响因素 产生的影响 结论 1 车始发井结构与盾构机的空间关系 基座无法与按计算角度进行安装 调整车站、始发竖井结构或始发方 向及始发位置 2 盾构机后配套与主机间的刚性连接[2] 无法满足始计算出来的理想始发偏角 调整始发方向及始发位置 3 盾壳及盾构机总长度长度 无法在 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 点进行起始纠偏 调整始发方向及始发位置 4 始发加固区沿隧道轴线长度 无法在计划点进行起始纠偏 调整始发方向及始发位置 5 盾构机类型、铰接方式 达不到计划纠偏角度 调整始发方向及始发位置 6 管片错缝拼装 无法满足连续纠偏效果 按实际管片拼装调整纠偏环数K及 平均每环设计最大偏角 7 地质围岩 部分地段不能进行纠偏 按实际管片拼装调整纠偏环数K及 平均每环设计最大偏角 三、结论 ⑴ 在小半径曲线始发盾构法施工中，既有和常规始发相同的一面，又有其特殊性，我 们要着重研究和控制它差异的一面。 ⑵ 在小半径曲线始发盾构法施工中，要抓住轴线曲率大半径小、盾构难控制的特点， 根据规范要求进行详细计算，对始发点位置及始发方向进行调整； ⑶ 选择好盾构机，使用仿形刀及铰接装置，在更小更严的幅度中进行各种参数优化， 特别是针对管片易向弧线外侧偏移等特征，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。 ⑷ 小半径曲线始发盾构法施工，在对始发点位置及始发方向的设定上同时要考虑车站 或始发井结构与盾构机的空间关系、盾构机后配套与主机之间的刚性连接、管片错缝拼装、 地质围岩等因素对它的影响，根据现场实际情况进行调整。 参考文献 ①QGD-008-2005.轨道交通盾构隧道工程施工质量验收 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 [S]. ②张凤祥、朱合华、傅德明.盾构隧道[M]. 北京:人民交通出版社 ,2004. ③GB50157-2003.地铁设计规范[S]. ④TB10204-2002. 铁路隧道施工规范[S]