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[摘要] 本文以广州地铁五号线动物园站~杨箕站区间小半径隧道施工为例，简单分析下急曲线隧道盾构施工风险及应对措施。
[关键词] 急曲线 盾构隧道 风险 措施
1.工程概况
广州地铁五号线动物园站～杨箕站区间线路左线由直线段和2段曲线组成，曲线半径分别为R=206 m和R=285m；线路右线由直线段和2段曲线组成，曲线半径分别为R=200 m和R=300 m。动物园站左右线上下重叠，左线在上，右线在下，左右线轨面高差为8.4m，区间线路最大坡度为38‰，最小坡度2‰，最大坡长426m。
盾构隧道主要穿过<7>、<8>、<9>地层，隧道下部以<9>地层为主。根据该区间工程地质与水文地质情况，以及该工程所处环境的复杂程度，为确保工程本身及周边环境的安全，采用盾构法进行施工。
2.风险分析及控制
2.1小半径曲线隧道盾构机的线路控制
在小半径曲线段，由于盾构机本身为直线形刚体，不能与曲线完全拟和。以致盾构机操纵及纠偏受更多技术参数的制约，而怎样合理地把这些参数科学的统一起来，是影响盾构机顺利通过小半径曲线的关键。
隧道小半径距离比较长，而在广州复合地层下正常超挖刀掘进100m磨损量就会超限 ，为确保小半径急曲线的正常施工及顺利通过，采取如下措施：
（1）合理控制掘进参数
推进各参数之间是互相关联、相辅相成的统一体，在推进过程中，特别要关注的是出合理设置土压力，防止超挖和欠挖例；严格控制刀盘转速和出土量；根据测量反馈的信息，调整各千斤顶的顶力及总推力。然且，由于盾构机是一个庞然大物，其偏差一旦产生、纠偏是比较困难的，因此在上述各盾构推进参数的调控中，一定要注意“及时”和“微调”，切不可把希望寄托在大量值纠偏上。
（2）玄线进入
在进入曲线隧道时，提前预估纠偏量，将盾构机方向严格控制在曲线的内玄线上确保盾构机掘进方向。
（3）对刀盘边缘滚刀的安装进行改进，增强边缘滚刀的扩孔能力，提高对中前盾的控制；
经过分析论证决定边缘滚刀外伸10mm，这是根据刀具的磨损量（不损坏刀鼓），原刀具安装设计的安全系数为0.5～1.0，外伸10mm为原设计损失的30%，小于安全系数最小的计算取值，而且在边缘刀座外侧用10mm耐磨钢板进行加焊，再加尺寸（长×宽×高）为80mm×80mm×5mm网格状耐磨层。刀具与刀槽安装接触面，经过计算边缘滚刀外伸10mm，刀槽侧壁一边的打磨量仅为1.34mm，在安装过程中添加垫片来增强刀具与刀座之间的稳定性。经过论证用此方法改装的刀具不但损失强度非常小，而且紧固、稳定，完全满足整体强度及施工要求。边缘刀具改进安装示意图如下图。
图1边缘刀具改进安装示意图
（4）被动式铰接变主动式铰接，提高对盾尾控制。
在小半径施工过程中我们发现盾构铰接油缸设计值为7340KN回缩力无法达到自由收缩的能力，铰接在逐渐拉长而无法收回存在很多隐患，如不及时处理可能将会发生事故。
经研究决定对被动式铰接进行改进，改进方式为原有被动式收铰接变为主动式收铰接，通过液压泵站进行操作。具体操作方法为：首先断开铰接油管与盾构机油路的链接，然后接入液压泵站进、出油路油管，通过液压泵站的压力调节来控制铰接油缸的伸缩长度。
2.2盾构管片浮动
盾构机向前掘进时，管片逐渐脱出盾尾挣脱掉尾盾束缚后将发生浮动。为了确保管片脱出盾尾不发生或只发生较小的浮动，保证盾构机姿态不偏离隧道中心走向甚至超限而造成不必要的调线，施工中采取了如下施工工艺进行控制。
（1）加大同步注浆量
盾构机掘进时，盾体在地层中形成的空间直径大于衬砌管片外径，盾构机通过后围岩与管片外壁存在空隙，因此尽快地用浆液完整的填充这一间隙并使尽早具有一定的强度就可以有效地减小管片的侧向移动。足量的浆液注入可以保证管片衬砌外空隙量与注浆量平衡，尽量避免注入的浆液被水稀释而降低浆液性能。
（2）改进注浆工艺
在掘进过程中每环管片采取同步不均匀注浆，即加大曲线外侧盾尾的注浆量确保管片外侧注浆压力大于内侧注浆压力，使管片受到向曲线内侧的作用力，避免管片在向外作用力下向外发生浮动。实际操作过程中，如果管片仍向有外较大浮动时，可以采取在浆液中添加速凝剂的方式提高浆液凝结速度减小管片浮动。
（3）做止水环
管片脱出盾尾后每隔三十环使用双液浆泵在管片吊装孔处加注聚氨脂形成截水环。该材料遇水后立即反应产生气体，体积膨胀并生成一种不溶于水并具有一定强度的发泡体，不仅可以防水堵漏，更适合于加固补强。
（4）二次注浆
在盾构机台车上加装了单液浆注入设备，在同步注浆的同时对节水环内管片壁后加注单液浆对隧道衬砌进一步加固。单液浆主要通过打通的管片吊装孔进行压注，注入点位主要分布在半径外侧1点到5点位之间区域。
（5）加强管片和吊兰的监测
盾构机姿态由VMT系统测得并显示在监测电脑上。VMT系统主要由全站仪、后视棱镜及中盾激光靶组成。后视棱镜及全站仪机座的准确性决定了盾构机姿态的准确性。管片发生浮动后如果不及时进行测量更正盾构机将在错误姿态的指示下前进发生倾线。所以在小半径掘进中测量应加密对管片测量和对吊兰的复核，以便在发现问题时及时解决，避免发生质量事故。
2.3盾构近距离通过建筑物及既有桩基础
动物园～杨箕区间盾构隧道隧道下穿了多栋建筑物和内环路高架桥的桩基。其中东风广场会所HC9A桩基、环风变电站东北角1#桩基，分别离左、右线隧道水平净距只有0.181m（距离刀盘边缘0.041m）和0.405m。
HC9A桩基外临200m曲线段隧道。盾构在特急曲线段掘进，轴线不易控制，刀盘可能会切削桩体，破坏东风会所结构；盾构掘进引起地面沉降，会导致东风会所围护结构或设备基础破坏，因此盾构如何通过特急曲线段HC9A桩为为工程难点。HC9A桩基础与地铁隧道的位置关系见下图。
图2 HC9A桩基础与地铁隧道的位置关系图
当盾构在特急曲线上掘进并且距离附近建筑物的桩基颇近时，施工遵循的原则：
① 慢慢推、慢慢转、均匀转。
慢剪试验表明，随着剪切速率的降低，孔隙水压力降低，土体强度增加。盾构掘进过程中头部刀盘“慢慢推”、“慢慢转”，一方面有助于提高土体强度；另一方面还可以降低施工对周围环境的扰动。盾构在曲线段“分小段推”即每掘进30cm左右收缩一次千斤顶，能够减少因为超挖而产生的地层损失，“均匀转”能够降低土层损失为最小。
② 调整压力，顶住正面；合理注浆、封住盾尾。
盾构在风化岩层中急转弯掘进，足够的、快凝的同步注浆及二次双液注浆必不可少，它能尽早填充并补偿地层损失；固定管片，改善管片的受力状态，防止管片错台破损，同时在管片外部形成密闭止水环，有效地防止喷涌情况发生。
2.4盾构其他风险
（1）防止泥饼形成
通过地质资料显示，除砂层外，本标段盾构穿越的其他地层有泥饼形成的条件。盾构在高粘性土或泥质岩等地层中掘进时可能会在刀盘尤其是中心区部位及土仓隔板前刀盘支撑之间产生泥饼，当产生泥饼后，掘进速度急剧下降，刀盘扭矩也会上升，同时造成刀盘油温过高而使盾构无法掘进，大大降低开挖效率。施工中采取的主要技术措施如下：
①在有泥饼形成条件的地层，中央操控人员要严格监测盾构机的各种参数，合理的控制掘进速度，及时用低比重优质泥浆置换土仓内粘土，防止粘土在土仓内堆积，保证刀盘开口处通畅。
②掘进时注泡沫剂，改善土体的和易性，预防粘土结块。
③对泥浆处理设备的出土温度进行跟踪监测，对土仓隔板的温度也进行人工随时探测。及时发现异常苗头。
④按规定的时间间隔注入高压水清洗刀盘和土仓，而且在高压水中加入分散剂（如工业用洗涤材料），可大大降低泥饼的形成或化解初步形成的泥饼。
（2）防止盾构机旋转
①在掘进过程中，有针对性的加注泡沫减小刀盘扭矩，消除产生盾构机产生旋转的外力因素；
②及时注浆，确保注浆量，采用活性浆液等措施增大盾构周边摩檫力控制盾构旋转；
③通过改变刀盘旋转方向来纠正盾构旋转；
④放慢推进速度，采用刀盘正、反转的措施对盾构机旋转角度进行控制。
3.结束语
在急曲线盾构施工中，如果不对以上风险进行预测和预防，不提前准备好应对措施，一旦风险发生，将产生非常严重的经济乃至生命财产的损失。论文结合动~杨区间的施工环境，系统的对急曲线盾构的风险进行了预测并提出了相应控制措施，并在实际工作中得到了良好的应用，使盾构机顺利通过小半径急曲线地段，保证优质隧道的顺利贯通。
参考文献：
[1]周文波、盾构法隧道施工技术及应用.北京：中国建筑工业出版社、2004.
[2]施仲衡.地下铁道设计与施工.陕西科学技术出版社.2001.
[3]赵书银. 大坡度小半径重叠盾构隧道修建技术研究[D].上海:上海交通大学,2009.
[关键词] 急曲线 盾构隧道 风险 措施
1.工程概况
广州地铁五号线动物园站～杨箕站区间线路左线由直线段和2段曲线组成，曲线半径分别为R=206 m和R=285m；线路右线由直线段和2段曲线组成，曲线半径分别为R=200 m和R=300 m。动物园站左右线上下重叠，左线在上，右线在下，左右线轨面高差为8.4m，区间线路最大坡度为38‰，最小坡度2‰，最大坡长426m。
盾构隧道主要穿过<7>、<8>、<9>地层，隧道下部以<9>地层为主。根据该区间工程地质与水文地质情况，以及该工程所处环境的复杂程度，为确保工程本身及周边环境的安全，采用盾构法进行施工。
2.风险分析及控制
2.1小半径曲线隧道盾构机的线路控制
在小半径曲线段，由于盾构机本身为直线形刚体，不能与曲线完全拟和。以致盾构机操纵及纠偏受更多技术参数的制约，而怎样合理地把这些参数科学的统一起来，是影响盾构机顺利通过小半径曲线的关键。
隧道小半径距离比较长，而在广州复合地层下正常超挖刀掘进100m磨损量就会超限 ，为确保小半径急曲线的正常施工及顺利通过，采取如下措施：
（1）合理控制掘进参数
推进各参数之间是互相关联、相辅相成的统一体，在推进过程中，特别要关注的是出合理设置土压力，防止超挖和欠挖例；严格控制刀盘转速和出土量；根据测量反馈的信息，调整各千斤顶的顶力及总推力。然且，由于盾构机是一个庞然大物，其偏差一旦产生、纠偏是比较困难的，因此在上述各盾构推进参数的调控中，一定要注意“及时”和“微调”，切不可把希望寄托在大量值纠偏上。
（2）玄线进入
在进入曲线隧道时，提前预估纠偏量，将盾构机方向严格控制在曲线的内玄线上确保盾构机掘进方向。
（3）对刀盘边缘滚刀的安装进行改进，增强边缘滚刀的扩孔能力，提高对中前盾的控制；
经过分析论证决定边缘滚刀外伸10mm，这是根据刀具的磨损量（不损坏刀鼓），原刀具安装设计的安全系数为0.5～1.0，外伸10mm为原设计损失的30%，小于安全系数最小的计算取值，而且在边缘刀座外侧用10mm耐磨钢板进行加焊，再加尺寸（长×宽×高）为80mm×80mm×5mm网格状耐磨层。刀具与刀槽安装接触面，经过计算边缘滚刀外伸10mm，刀槽侧壁一边的打磨量仅为1.34mm，在安装过程中添加垫片来增强刀具与刀座之间的稳定性。经过论证用此方法改装的刀具不但损失强度非常小，而且紧固、稳定，完全满足整体强度及施工要求。边缘刀具改进安装示意图如下图。
图1边缘刀具改进安装示意图
（4）被动式铰接变主动式铰接，提高对盾尾控制。
在小半径施工过程中我们发现盾构铰接油缸设计值为7340KN回缩力无法达到自由收缩的能力，铰接在逐渐拉长而无法收回存在很多隐患，如不及时处理可能将会发生事故。
经研究决定对被动式铰接进行改进，改进方式为原有被动式收铰接变为主动式收铰接，通过液压泵站进行操作。具体操作方法为：首先断开铰接油管与盾构机油路的链接，然后接入液压泵站进、出油路油管，通过液压泵站的压力调节来控制铰接油缸的伸缩长度。
2.2盾构管片浮动
盾构机向前掘进时，管片逐渐脱出盾尾挣脱掉尾盾束缚后将发生浮动。为了确保管片脱出盾尾不发生或只发生较小的浮动，保证盾构机姿态不偏离隧道中心走向甚至超限而造成不必要的调线，施工中采取了如下施工工艺进行控制。
（1）加大同步注浆量
盾构机掘进时，盾体在地层中形成的空间直径大于衬砌管片外径，盾构机通过后围岩与管片外壁存在空隙，因此尽快地用浆液完整的填充这一间隙并使尽早具有一定的强度就可以有效地减小管片的侧向移动。足量的浆液注入可以保证管片衬砌外空隙量与注浆量平衡，尽量避免注入的浆液被水稀释而降低浆液性能。
（2）改进注浆工艺
在掘进过程中每环管片采取同步不均匀注浆，即加大曲线外侧盾尾的注浆量确保管片外侧注浆压力大于内侧注浆压力，使管片受到向曲线内侧的作用力，避免管片在向外作用力下向外发生浮动。实际操作过程中，如果管片仍向有外较大浮动时，可以采取在浆液中添加速凝剂的方式提高浆液凝结速度减小管片浮动。
（3）做止水环
管片脱出盾尾后每隔三十环使用双液浆泵在管片吊装孔处加注聚氨脂形成截水环。该材料遇水后立即反应产生气体，体积膨胀并生成一种不溶于水并具有一定强度的发泡体，不仅可以防水堵漏，更适合于加固补强。
（4）二次注浆
在盾构机台车上加装了单液浆注入设备，在同步注浆的同时对节水环内管片壁后加注单液浆对隧道衬砌进一步加固。单液浆主要通过打通的管片吊装孔进行压注，注入点位主要分布在半径外侧1点到5点位之间区域。
（5）加强管片和吊兰的监测
盾构机姿态由VMT系统测得并显示在监测电脑上。VMT系统主要由全站仪、后视棱镜及中盾激光靶组成。后视棱镜及全站仪机座的准确性决定了盾构机姿态的准确性。管片发生浮动后如果不及时进行测量更正盾构机将在错误姿态的指示下前进发生倾线。所以在小半径掘进中测量应加密对管片测量和对吊兰的复核，以便在发现问题时及时解决，避免发生质量事故。
2.3盾构近距离通过建筑物及既有桩基础
动物园～杨箕区间盾构隧道隧道下穿了多栋建筑物和内环路高架桥的桩基。其中东风广场会所HC9A桩基、环风变电站东北角1#桩基，分别离左、右线隧道水平净距只有0.181m（距离刀盘边缘0.041m）和0.405m。
HC9A桩基外临200m曲线段隧道。盾构在特急曲线段掘进，轴线不易控制，刀盘可能会切削桩体，破坏东风会所结构；盾构掘进引起地面沉降，会导致东风会所围护结构或设备基础破坏，因此盾构如何通过特急曲线段HC9A桩为为工程难点。HC9A桩基础与地铁隧道的位置关系见下图。
图2 HC9A桩基础与地铁隧道的位置关系图
当盾构在特急曲线上掘进并且距离附近建筑物的桩基颇近时，施工遵循的原则：
① 慢慢推、慢慢转、均匀转。
慢剪试验表明，随着剪切速率的降低，孔隙水压力降低，土体强度增加。盾构掘进过程中头部刀盘“慢慢推”、“慢慢转”，一方面有助于提高土体强度；另一方面还可以降低施工对周围环境的扰动。盾构在曲线段“分小段推”即每掘进30cm左右收缩一次千斤顶，能够减少因为超挖而产生的地层损失，“均匀转”能够降低土层损失为最小。
② 调整压力，顶住正面；合理注浆、封住盾尾。
盾构在风化岩层中急转弯掘进，足够的、快凝的同步注浆及二次双液注浆必不可少，它能尽早填充并补偿地层损失；固定管片，改善管片的受力状态，防止管片错台破损，同时在管片外部形成密闭止水环，有效地防止喷涌情况发生。
2.4盾构其他风险
（1）防止泥饼形成
通过地质资料显示，除砂层外，本标段盾构穿越的其他地层有泥饼形成的条件。盾构在高粘性土或泥质岩等地层中掘进时可能会在刀盘尤其是中心区部位及土仓隔板前刀盘支撑之间产生泥饼，当产生泥饼后，掘进速度急剧下降，刀盘扭矩也会上升，同时造成刀盘油温过高而使盾构无法掘进，大大降低开挖效率。施工中采取的主要技术措施如下：
①在有泥饼形成条件的地层，中央操控人员要严格监测盾构机的各种参数，合理的控制掘进速度，及时用低比重优质泥浆置换土仓内粘土，防止粘土在土仓内堆积，保证刀盘开口处通畅。
②掘进时注泡沫剂，改善土体的和易性，预防粘土结块。
③对泥浆处理设备的出土温度进行跟踪监测，对土仓隔板的温度也进行人工随时探测。及时发现异常苗头。
④按规定的时间间隔注入高压水清洗刀盘和土仓，而且在高压水中加入分散剂（如工业用洗涤材料），可大大降低泥饼的形成或化解初步形成的泥饼。
（2）防止盾构机旋转
①在掘进过程中，有针对性的加注泡沫减小刀盘扭矩，消除产生盾构机产生旋转的外力因素；
②及时注浆，确保注浆量，采用活性浆液等措施增大盾构周边摩檫力控制盾构旋转；
③通过改变刀盘旋转方向来纠正盾构旋转；
④放慢推进速度，采用刀盘正、反转的措施对盾构机旋转角度进行控制。
3.结束语
在急曲线盾构施工中，如果不对以上风险进行预测和预防，不提前准备好应对措施，一旦风险发生，将产生非常严重的经济乃至生命财产的损失。论文结合动~杨区间的施工环境，系统的对急曲线盾构的风险进行了预测并提出了相应控制措施，并在实际工作中得到了良好的应用，使盾构机顺利通过小半径急曲线地段，保证优质隧道的顺利贯通。
参考文献：
[1]周文波、盾构法隧道施工技术及应用.北京：中国建筑工业出版社、2004.
[2]施仲衡.地下铁道设计与施工.陕西科学技术出版社.2001.
[3]赵书银. 大坡度小半径重叠盾构隧道修建技术研究[D].上海:上海交通大学,2009.