王 靜/WANG Jing

（中鐵工程裝備集團(tuán)有限公司，河南 鄭州 450016）

隨著城市建設(shè)的發(fā)展，公路隧道合建方案成為高效利用地下空間資源行之有效的途徑，超大斷面的公路、鐵路隧道建設(shè)逐漸增多，如雙向四車道或六車道公路隧道等[1]。受制于城市周邊密集建筑物的影響，小半徑曲線轉(zhuǎn)彎成為超大直徑盾構(gòu)施工時的難點，如武漢兩湖隧道最小轉(zhuǎn)彎半徑為500mm、深圳春風(fēng)隧道最小轉(zhuǎn)彎半徑為750mm等。為了滿足城市施工對地表沉降精度和施工風(fēng)險的要求，此類工程一般選用泥水盾構(gòu)，并采用無鉸接設(shè)計。同時，盾構(gòu)設(shè)計單位會盡量縮短主機長度，配備具有伸縮擺動功能的主驅(qū)動、以實現(xiàn)超挖的目的，以便能順利通過小半徑曲線轉(zhuǎn)彎。本文以某項目為背景，理論分析超大直徑泥水盾構(gòu)的小半徑曲線轉(zhuǎn)彎，為今后具有伸縮擺動功能盾構(gòu)的轉(zhuǎn)彎提供參考。

1 工程背景

本項目的開挖直徑為15.02m，盾體總長為14.5m，前中尾盾為無鉸接直徑階梯狀逐步減小設(shè)計。配備的伸縮擺動主驅(qū)動結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，內(nèi)環(huán)與伸縮油缸連接，外環(huán)與盾體連接，伸縮機構(gòu)后部安裝有多組伸縮油缸，通過伸縮油缸的不同伸縮行程控制，實現(xiàn)內(nèi)環(huán)的伸縮與球鉸的擺動，最終使刀盤具備伸縮和擺動超挖功能。

根據(jù)施工經(jīng)驗，盾構(gòu)的姿態(tài)調(diào)整主要限制在主機部分，本文僅以主機為研究對象。盾構(gòu)在小半徑曲線轉(zhuǎn)彎處于卡盾狀態(tài)時，圖2中C、D點距離隧道的距離均為零，本文以此狀態(tài)為極限狀態(tài)研究盾構(gòu)的最小轉(zhuǎn)彎半徑。

圖1 主驅(qū)動伸縮擺動示意圖

圖2 主機處于卡盾狀態(tài)示意圖

2 轉(zhuǎn)彎模擬研究

2.1 無伸縮擺動狀態(tài)下的轉(zhuǎn)彎

如圖3所示，刀盤在無伸縮擺動情況下，開挖直徑為15.02m，單側(cè)不超挖，此時最小轉(zhuǎn)彎半徑約為700m，此時等同于主機之間均為剛性連接。

圖3 無伸縮擺動狀態(tài)下的最小半徑轉(zhuǎn)彎

2.2 伸縮擺動狀態(tài)下的轉(zhuǎn)彎

如圖4～9分別為超挖5mm、10mm、15mm、20mm、25mm和30mm狀態(tài)下的最小半徑轉(zhuǎn)彎，通過主驅(qū)動后部的伸縮油缸，推動刀盤伸出、帶動主驅(qū)動擺動，使刀盤超挖5mm，單側(cè)開挖半徑達(dá)到7.515m，此時最小轉(zhuǎn)彎半徑為650m。刀盤超挖10mm時最小轉(zhuǎn)彎半徑約為600m。刀盤超挖15mm時最小轉(zhuǎn)彎半徑約為550m。刀盤超挖20mm時最小轉(zhuǎn)彎半徑約為520m。刀盤超挖25mm、轉(zhuǎn)彎半徑為520m時，開始出現(xiàn)盾體與隧道干涉現(xiàn)象。刀盤超挖30mm、轉(zhuǎn)彎半徑為520m時，盾體與隧道的干涉達(dá)到5mm。

圖4 超挖5mm狀態(tài)下的最小半徑轉(zhuǎn)彎

圖5 超挖10mm狀態(tài)下的最小半徑轉(zhuǎn)彎

圖6 超挖15mm狀態(tài)下的最小半徑轉(zhuǎn)彎

圖7 超挖20mm狀態(tài)下的最小半徑轉(zhuǎn)彎

圖8 超挖25mm狀態(tài)下的轉(zhuǎn)彎

圖9 超挖30mm狀態(tài)下轉(zhuǎn)彎

3 結(jié) 論

1）本項目在通過伸縮擺動在達(dá)到超挖量為20mm時，最小轉(zhuǎn)彎半徑達(dá)到了520mm，相比無超挖時，減小了最小轉(zhuǎn)彎半徑?？梢姡笾睆侥嗨軜?gòu)配備伸縮擺動主驅(qū)動，能夠?qū)崿F(xiàn)超挖的目的，這在一定程度上有助于通過小半徑曲線。

2）本項目在超挖量為25mm、30mm時，開始出現(xiàn)盾體外側(cè)與開挖隧道干涉的情況，說明此時超挖不是實現(xiàn)小半徑曲線轉(zhuǎn)彎的主要手段，超挖量并非越大越好。

通過對比具有鉸接的盾構(gòu)，本法發(fā)現(xiàn)具備伸縮擺動功能的盾構(gòu)，在一定程度上與具有鉸接的盾構(gòu)類似，此時刀盤和主機其他部分之間具有一定的柔性，這對于通過小半徑曲線十分有利。

超大直徑泥水盾構(gòu)為了減少施工風(fēng)險，一般來說不帶鉸接，這對于小半徑轉(zhuǎn)彎來說，方向控制比較困難。設(shè)計單位應(yīng)選擇合適的超挖量、配備多種監(jiān)測裝置（如盾尾間隙測量裝置、開挖直徑檢測裝置等）；施工方可從控制注漿量、注漿質(zhì)量、推進(jìn)速度、保證管片拼裝質(zhì)量等方面采取措施以便盾構(gòu)順利通過小半徑曲線[2]。（注：本文系科研項目支持下完成，課題名稱：?15.8m超大直徑氣墊式泥水盾構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用；課題編號：裝備研合2017-23。）