CN106703819A - 一种超浅埋大断面隧道小半径盾构曲线始发施工方法 - Google Patents
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Abstract
一种超浅埋大断面隧道小半径盾构曲线始发施工方法，针对大断面隧道的高质量小半径（R413~500m），且管片楔形量为40~46mm的始发掘进技术展开研究，采用割线始发和轴线精细化控制技术。（1）始发线型的合理选择：包括始发井在内的整个盾构始发区段都处在小半径曲线段（R413~500 m），始发时盾构机只能沿直线推进，且盾构半径较大，对轴线的偏差控制要求极为严格，始发路径选择的合理与否是制约整个盾构始发过程的关键和难点，本发明采用割线始发技术。
Description
技术领域
本发明涉及一种盾构隧道始发施工方法，尤其是涉及一种超浅埋大断面隧道小半径盾构曲线始发施工方法。
背景技术
随着我国城市建设的高速发展，城市地下轨道交通的建设也相应取得了飞速发展，但在城市轨道交通线路的选线设计方面，由于受规划及既有建(构)筑物的制约，使得城市轨道交通的线形设计越来越复杂，不可避免的会出现存在小半径曲线的规划线路。小半径曲线盾构法施工技术与常规盾构法施工技术相比存在一定的特殊性，施工难度大、风险大。盾构机在小半径曲线区段施工技术的关键在于始发质量的好坏及掘进过程中轴线的精细化控制，始发成功与否决定着整个区间隧道盾构施工的成败，对隧道施工安全、进度、质量、工期及经济效益产生决定性的影响，轴线的精细化控制可以更好地提升盾构施工的质量。且随着地下铁路的提速，隧道直径也相应变大，大断面隧道的修建越来越多。因此采取怎样的合理措施来保证大断面隧道盾构施工在小半径曲线上高质量始发掘进，使管片不出现错台、漏水等事故是整个盾构施工过程的难点与重点。
之前学者对于小半径盾构始发掘进基本上都是在地铁施工过程中研究，由于地铁施工所用盾构机直径较小，一般为6m多，在小半径曲线段始发掘进相对较容易，且始发技术已较为成熟，本发明所研究的小半径(R413)曲线段始发盾构机直径为8～8.8m，为典型的大断面隧道，且埋深较浅，松弛荷载较大，施工控制较为困难，且管片楔形量为40～46mm，管片纠偏极为困难，如果控制措施采取不当，极易造成始发结构的坍塌，管片出现错台、漏水等工程病害，且整个曲线隧道施工质量的好坏决定于盾构始发控制及掘进过程中对轴线的精细化控制。为此发明针对大断面隧道的小半径高质量曲线始发及精细化轴线控制开展了研究，为以后类似盾构始发技术研究提供了可靠的借鉴依据及参数模板。
发明内容
本发明为了解决上述背景技术中的不足之处，提供一种超浅埋大断面隧道小半径盾构曲线始发施工方法，一种超浅埋大断面隧道小半径盾构曲线始发施工方法，包括以下操作步骤：
所述大断面为盾构机直径为8～8.8m，所述小半径为413～500m，楔形量为40～46mm；
步骤一、确定割线的参数设计，盾尾进洞后开始纠偏计算：
盾构机采用始发段圆曲线的割线线型，采集盾构机参数、托架长度、反力架距离盾构钢环尺寸、盾构始发起点里程、隧道中心坐标以及台车长度与宽度，根据始发井与暗埋段接头处隧道中心线的距离、始发割线与隧道中线平面图、始发井与中隔墙边线的距离、《盾构法施工隧道施工与验收规范》、根据轨道的平顺度公差要求，限定后配套台车出反力架分别与暗埋段侧墙以及中隔墙保持18～22cm，以及盾构始发井长度；根据始发割线与隧道中线平面图计算确定盾构始发割线在盾构机刀盘位置向曲线内侧偏移距离，始发时刀盘的坐标为(x1,y1),单位m；始发割线方位为α1，单位秒；则理论上在盾构机盾尾进洞后盾构机的刀盘坐标为：
x＝x1+L×cos(α1)；
y＝y1+L×sin(α1)；
其中，盾构机长度为L，单位m；
根据始发割线与隧道中线平面图中割线与隧道中线的相对几何关系计算可得盾尾完全进洞后刀盘坐标与隧道中线相比偏右E，单位m；
步骤二、设计盾构机纠偏曲线；
根据步骤一设定的始发割线，盾构机掘进过程中，当盾构机偏离隧道设计轴线时采用三次样条曲线作为纠偏曲线进行模拟设计；
根据盾构机的参数，在盾构机刀盘进洞5～8m以后开始纠偏，并根据步骤一设计的割线参数可得此时盾构机平面偏差为E1，单位m；其中-表示左偏；
设定开始纠偏时刀盘坐标为：步骤一中的始发时刀盘坐标(x1,y1),纠偏完成后刀盘坐标在隧道中线上；根据纠偏曲线长度、隧道偏差以及管片平顺度，按照平均每米的纠偏不大于10mm根据始发割线与隧道中线平面图进行几何计算，取得纠偏曲线的长度约为L1，单位m；主要是根据《盾构法隧道施工与验收规范》(GB50446-2008)和海瑞克DZ192盾构机图纸设计要求隧道的最大水平偏差确定割线。要求盾构机沿割线掘进后的成型隧道中线与设计的隧道中线偏差小于设计要求就行，在满足这个条件的前提下考虑盾构机参数、始发井的尺寸等相关情况。采用割线始发一般是用在小半径曲线始发的情况。
始发井和隧道中线的平面图就是根据设计的结构尺寸画出来的，在平面图上直接画出来想要始发的割线然后可以再图上量取割线和设计中线的最大偏差情况。
纠偏结束时隧道中线方位角为α2，单位秒；其中，纠偏结束时刀盘坐标为(x2,y2)，单位m；
设纠偏曲线的方程为：
y＝ax3+bx2+cx+d
将步骤一刀盘坐标(x1,y1)以及步骤二纠偏结束时刀盘坐标(x2,y2)代入公式可得：
y1＝ax1 3+bx1 2+cx1+d ①
y2＝ax2 3+bx2 2+cx2+d ②
三次样条曲线的一阶导数为曲线的斜率，纠偏开始时三次样条曲线的斜率等于割线的斜率；纠偏结束时样条曲线的斜率等于隧道中心线切线的斜率，可得到公式：
y1′＝3ax1 2+2bx1+c ③
y2′＝3ax2 2+2bx2+c ④
联立方程式①②③④可得到样条曲线的系数，即确定样条曲线；
进一步，根据步骤二的确定样条曲线，使用CAD软件以样条曲线与割线和隧道中线相切为条件做出样条曲线。
进一步，在步骤一之前还包括：小半径隧道盾构始发前期准备，依次进行如下步骤：
步骤a、始发端头土体稳定措施；
首先，加固区设置3～5处应急降水井，在破除洞门前3～5天实施降水，水位降至管片结构底1m以下，待盾构出洞，拼装3～5环管片后停止降水；
其次，井端头加固采用φ800mm@600mm旋喷桩加固，旋喷桩加固采用42.5级以上的普通硅酸盐水泥，每延米水泥用量不得少于300kg，水泥浆的水灰比为1:1～1:1.5；旋喷桩加固后土体28d无侧限抗压强度不小于2.0MPa，渗透系数不得大于10-7cm/s；
步骤b、采用橡胶帘布、固定板、垫片、折页翻板以及圆环板进行洞门的密封；
步骤c、始发时标高控制；采取盾构机水平始发并将盾构机刀盘位置的托架抬高0.020m。
进一步，在执行步骤一之后且步骤二之前执行以下步骤：
步骤1-1、根据盾构机的参数、步骤一始发的设计的割线参数和洞门钢环的位置计算出始发托架的空间位置，然后对始发托架进行放样，始发托架安装后进行测定验证，矫正托架的水平偏差不大于0.003mm，标高偏差不大于0.005mm；
步骤1-2、反力架定位；
根据盾构机的参数、步骤一始发的设计的割线参数和洞门钢环的位置计算出反力架的空间位置，然后对反力架进行放样，反力架安装后进行测定验证，矫正反力架的水平偏差不大于0.005mm，标高偏差不大于0.005mm，垂直度不大于1‰；
在执行步骤二之后执行以下步骤：
步骤三、首先，始发过程中，对土仓压力、总推力、推进速度、出土量、刀盘扭矩、刀盘转速以及注浆压力指标各个参数进行动态施工控制；
其次，对上述参数根据始发区域地层情况进行反复的理论计算，并根据实时监测数据进行参数调整，找到最优的施工参数；
步骤四、保持盾构机始发姿态；
施工掘进过程中要实时监测，依据测量结果，根据隧道盾构轴线，盾壳与管片四周之间的距离，分析并调整掘进参数，控制高程偏差和水平偏差；
步骤五、负环管片拼装；
负环管片闭口环脱离盾尾后，应立即对其进行加固支撑；当盾构机推进时，盾构机的上部千斤顶顶力通过第一环闭口环管片支撑进行轴向力传递；
当加固支撑设置完成后，在初始段，后靠要设置变形观察点，且测量次数要逐步增多，直至后靠变形稳定之后，再减少每环的观测次数直至停止观测；
步骤六、在盾构切口至支撑环以及支撑环至盾尾部增设铰接；
步骤七、对轴线进行精细化控制,在盾构机掘进过程中进行同步注浆和二次补充注浆，掘进过程中预留偏移量，考虑始发区域土层情况，经过理论计算，将预留偏移量设置为19～22mm，并在每环掘进的过程中都要进行纠偏，并且保证楔形块的环面要与径向曲率半径面垂直；
进一步，在步骤七中，施工时候采用低压石棉橡胶板，控制管片的位移。
进一步，还包括步骤八，始发施工质量分析；
始发过程中通过对始发区域部分管片安装的偏差情况进行测定及对周边环境的沉降变形情况进行总结分析。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
在城市地下轨道交通施工建设及选线设计时，不可避免的会出现存在小半径曲线的规划线路，且盾构机直径为8～8.8m，属于典型的大断面隧道，本发明针对大断面隧道的高质量小半径(R413～500m)，且管片楔形量为40～46mm的始发掘进技术展开研究，采用割线始发和轴线精细化控制技术。(1)始发线型的合理选择：包括始发井在内的整个盾构始发区段都处在小半径曲线段(R413～500m)，始发时盾构机只能沿直线推进，且盾构半径较大，对轴线的偏差控制要求极为严格，始发路径选择的合理与否是制约整个盾构始发过程的关键和难点，本发明采用割线始发技术。(2)始发架和反力架的设置：盾构机轴线纠偏调整存在滞后性是曲线段盾构始发的主要难点及重点，通过理论计算尽早采用超挖、设置铰接和区域油缸装置等预处理措施盾构机整体姿态和掘进线型进行调整，这就必然导致盾构推进反力的大小和方向存在较大的不确定性，故始发架和反力架必须牢固可靠，能够承受侧向力的作用。(3)负环管片拼装：负环按照16点位置拼装，螺栓紧固力36KgM，钢丝绳拉紧牢固。在洞门处对负环管片增加刚性支撑，使管片能承受侧向力的作用。(4)盾构推进时各项参数的合理选择：盾构曲线始发不仅处于小半径圆曲线段，而且处于纵向下坡段，盾构姿态的调整和控制至关重要，始发掘进每一环推进时各项参数的合理选择是关键。(5)采用割线始发和轴线精细化控制，保证了盾构机顺利始发并掘进，使盾构隧道管片姿态偏差及周边环境沉降变形都控制在规范允许范围之内，既节省了工期，又保证了盾构掘进施工的安全。(6)加强监测力度，实行动态信息化施工，密切监视各点位的沉降变化情况，并及时采取补救措施，最终使盾构施工高质量地在小半径曲线隧道始发掘进。
与现有技术相比，本发明具有的优点和效果如下：
本发明特别适合在城市地铁的隧道施工，既保证施工质量，还不损坏有限建筑，提高施工速度。本发明的姿态偏差及沉降变形均远远满足规范的控制标准，并保证了盾构机顺利始发并掘进，既节省了工期，又保证了质量和施工安全。
附图说明
图1是始发段交通平面图。
图2是浅埋大断面隧道小半径盾构曲线始发工艺流程图。
图3是始发割线与隧道中心线平面图。
图4是左线部分管片安装的偏差情况统计图。
图5是右线部分管片安装的偏差情况统计图。
图6是始发过程中左右线部分点位土体沉降情况图。
具体实施方式
本发明以新建珠海市区至珠海机场城际轨道交通项目拱北至横琴段的浅埋大断面(直径8.8m)盾构隧道施工为例，具体说明，如图1-6所示，本发明采用割线始发和轴线精细化控制技术，始发过程中隧道管片安装左线最大标高偏差19mm，最大水平偏差28mm，右线最大标高偏差16mm，最大水平偏差23mm；左线隧顶最大沉降量为1.6mm，右线最大沉降量为4.35mm。姿态偏差及沉降变形均远远满足规范的控制标准，并保证了盾构机顺利始发并掘进，既节省了工期，又保证了质量和施工安全。
隧道割线始发设计
1、盾构机概况
1#工作井～湾仔北站盾构区间，使用中国铁建重工研发的首批大直径盾构DZ192盾构机。盾构机长度10.3m，前盾直径8.8m，盾中8.785m，盾尾8.77m，后配套台车6节。
2、割线的参数设计
盾构机始发采用直线的线型，即始发段圆曲线的割线，盾尾进洞后开始纠偏计算。盾构机长度10.3m，托架长度14.5m，反力架距离盾构钢环15.2m。盾构始发起点里程为DK2+748.926，隧道中心坐标为(2456990.731,117846.517)，由于始发井与暗埋段接头处隧道中心线与中隔墙边线的距离只有3.33m，盾构机负环数量为9.5环，负环长度15.2m。而盾构始发井长度只有为19.2m，后配套台车的宽度为6.1m，中隔墙限制了后配套台车的行走线路，为保证台车的安全，盾构始发割线在盾构机刀盘位置向曲线内侧偏移0.070m，始发时刀盘的坐标为(2456990.759,117846.581)。始发割线方位为155°12′13.97″，与刀盘位置隧道中线切线方向(155°08′0.23″)夹角为0°4′13.74″。则理论上在盾构机盾尾进洞后盾构机的刀盘坐标为：
x＝2456990.759+10.3×cos(155°12′13.97″)＝2456981.409
y＝117846.581+10.3×sin(155°12′13.97″)＝117850.901
根据割线与隧道中线的相对几何关系计算可得盾尾完全进洞后刀盘坐标与隧道中线相比偏右0.075m，符合《盾构法施工隧道施工与验收规范》的要求，同时保证台车和电瓶车轨道的平顺度和后配套台车出反力架后与暗埋段侧墙和中隔墙保持20cm的安全距离，始发割线与隧道中心线平面图如图3。
3、盾构机纠偏曲线设计
盾构机掘进过程中，当盾构机偏离隧道设计轴线时需要进行纠偏，本文以平曲线为例采用三次样条曲线作为纠偏曲线进行模拟计算。
根据盾构机的性能，在盾构机刀盘进洞5m后可以开始纠偏，并根据设计的割线参数可得此时盾构机平面偏差为-0.032m(“-”表示左偏)。
经计算开始纠偏时刀盘坐标为：(x1＝2456990.759,y1＝117846.581),纠偏完成后刀盘坐标在隧道中线上。为尽量减小纠偏曲线长度，减少隧道偏差，并考虑管片平顺度，按照平均每米的纠偏不大于10mm进行计算，则纠偏曲线的长度约为17.6m(11环)。纠偏结束时隧道中线里程为DK2+771.526，方位角为151°53′46.27″，隧道中心坐标为(x2＝2456970.572,y2＝117856.745)。
设纠偏曲线的方程为：
y＝ax3+bx2+cx+d
将两个刀盘坐标代入公式可得：
y1＝ax1 3+bx1 2+cx1+d ①
y2＝ax2 3+bx2 2+cx2+d ②
样条曲线曲线的一阶导数为曲线的斜率，纠偏开始时三次样条曲线的斜率等于割线的斜率；纠偏结束时样条曲线的斜率等于隧道中心线切线的斜率，可得到公式：
y1′＝3ax1 2+2bx1+c ③
y2′＝3ax2 2+2bx2+c ④
联立方程式①②③④可得到样条曲线的系数，即确定样条曲线。为了更主观的显示和减少计算量，使用CAD软件以样条曲线与割线和隧道中线相切为条件做样条曲线，直接能够反映出样条曲线的情况和每掘进1m需要的纠偏量。
小半径隧道盾构始发前期准备
1、始发端头土体稳定措施
(1)降水
加固区设置3处应急降水井，在破除洞门前3～5天实施降水，水位降至管片结构底1m，待盾构出洞，拼装3环管片后停止降水。降水作为辅助措施，可提高土体的密度及强度。
(2)土体加固
1#井端头加固采用旋喷桩加固，旋喷桩加固采用42.5级以上的普通硅酸盐水泥，每延米水泥用量不得少于300kg，水泥浆的水灰比为1:1～1:1.5。旋喷桩加固后土体28d无侧限抗压强度不小于2.0MPa，渗透系数不得大于10-7cm/s。
2、洞门密封的安装
为了防止始发时泥浆从始发洞门与盾构机之间的缝隙中流出以及盾尾通过始发洞门时注浆浆液的流出，始发时洞门需要进行严格密封，如洞门密封问题处理不好，盾构机通过洞门装置时会发生漏浆漏水事故，且泄露严重的话会造成坍塌事故，必须引起高度重视。本发明采用橡胶帘布、固定板、垫片、折页翻板及圆环板进行密封。
3、始发时标高控制
盾构机始发位置的隧道中心线沿15.7‰的坡度下坡，考虑到盾构机直径大，盾构始发掘进过程中反力架受力较大，为保证反力架的受力均匀稳定，采取盾构机水平始发。盾构机始发脱离托架后会产生不同程度的栽头现象，因此将盾构机刀盘位置的托架抬高0.020m。
4、始发托架与反力架定位
始发托架的定位精度决定了盾构机始发时的姿态，反力架的定位精度将影响盾构机掘进时的受力和管片拼装的质量。
(1)始发托架定位
根据盾构机的参数、始发的设计的割线参数和洞门钢环的位置计算出始发托架的空间位置，然后对始发托架进行放样，始发托架安装后进行测定验证，托架的水平偏差为0.003mm(右偏)，标高偏差0.005mm。
(2)反力架定位
始发托架的定位设计方案一样对反力架进行定位，安装完验证得水平偏差为0.005mm(右偏)，标高偏差0.005mm，垂直度为1‰。
5、推进参数控制管理
始发过程中，要对土仓压力、总推力、推进速度、出土量、刀盘扭矩、刀盘转速、注浆压力等指标进行动态施工控制，始发初期，要对上述参数根据始发区域地层情况进行反复的理论计算，并根据实时监测数据进行参数调整，找到最优的施工参数。
6、盾构机始发姿态控制
盾构姿态是指从盾构切口及盾尾两中心线的高程、水平、坡度、轴线等方面的瞬间姿态，盾构姿态保持的优劣对整个区间隧道的走向起着主导作用，施工掘进过程中要勤勘勤测，依据测量结果，及时分析并调整掘进参数，使得隧道盾构轴线和管片轴线拟合最好，高程偏差和水平偏差控制在最小范围，盾壳与管片四周之间的空隙保持均匀。
7、负环管片拼装
在盾构机初期掘进期间，为使盾构的推力从后方传递至后座再传递到竖井结构，在盾构机+1环与反力支座间需拼装负环管片。1#工作井实际可用轴线尺寸为19.2m，盾构后座由9环负环管片拼装而成。负环管片推出盾尾后要立即进行加固支撑，保证负环管片的拼装质量，从而保证盾构机的始发姿态。
为了确保始发段管片拼装的质量，使管片受力尽量均匀，负环管片闭口环脱离盾尾后，应立即对其进行加固支撑。盾构机推进时，上部千斤顶顶力通过第一环闭口环管片支撑进行轴向力传递。加固后推进千斤顶的受力区域及油压可以有较大的选择范围，便于盾构出洞施工时轴线的控制。加固支撑设置完成后，在整个始发段盾构推进期间应注意观察后座的变形，防止位移过大而造成破坏。在初始段，后靠要设置变形观察点，且测量次数要逐步增多，直至后靠变形稳定之后，再减少每环的观测次数，变形稳定后方可停止观测。
8、铰接
在盾构切口至支撑环及支撑环至盾尾部增设铰接部分，以提高整个盾构机的灵活性，可以有效地减少隧道超挖量，确保隧道曲线施工掘进的轴线控制达到最佳效果。
9、轴线控制
盾构机掘进过程中同步注浆和二次补充注浆不能完全保证围岩的承载强度，以至于管片会受到侧向力的作用，并向外侧偏移，为了使隧道管片安装偏差控制在规范要求之内，掘进过程中要预留一定的偏移量，考虑始发区域土层情况，经过理论计算，将预留偏移量设置为20mm左右，并保证每环掘进的过程中都要进行纠偏，保证偏移量尽量小确保楔形块的环面要与径向曲率半径面垂直。施工过程中采用低压石棉橡胶板，控制管片的位移，保证环面的平整，减小管片的破碎，从而有效地对轴线进行精细化控制。
10、始发施工质量分析
盾构在小半径圆曲线段始发掘进施工，始发的成功与否是整个盾构施工的关键，对施工质量、安全、施工进度及工期起着至关重要的作用，始发过程中通过对始发区域部分管片安装的偏差情况进行测定及对周边环境的沉降变形情况进行总结分析。
(1)管片姿态分析
盾构施工质量的好坏很大程度上决定于管片安装的偏差情况，管片安装的偏差越小，错台、漏水等工程病害控制的就越好，后期养护维修成本也会更大程度上地降低，1#工作井左、右线前12环管片安装的偏差情况如图4～5所示，负值表示向右偏，正值表示向左偏。
由图4可以看出，左线前12环管片安装的标高偏差都控制在20mm以内，最大偏差出现在第4环管片处，偏差为19mm，前2环偏差为负，3环以后偏差为正，且偏差总体趋势在变小；水平偏差都控制在30mm以内，最大偏差出现在第6环管片处，偏差为28mm，且前12环管片的水平偏差都为负值向左偏，且随着施工的进行，后来管片的偏差也越来越小；
由图5可以看出，右线前12环管片安装的标高偏差跟左线相同，都控制在20mm以内，最大偏差为16mm，全部向右偏；水平偏差最大为23mm，全部向左偏。开始掘进时，反力的实施主要依靠反力架及负环管片，受力较为复杂，受力方向与线路隧道轴线设计存在差异，管片安装的偏差较大，随着施工安装环数的增多，施工反力的施加越来越稳定，管片安装出现的偏差就越低。
(2)始发过程周边环境沉降变形情况
大断面隧道小半径始发盾构施工过程中，对周边环境的扰动很大，加固处理不当就使得对周围土层产生较大的变形，甚至会出现倾覆坍塌病害，且此次始发区域周边环境极为复杂，始发过程中的左、右线隧顶正上方部分点位土体沉降变形情况如图6，下沉为负，隆起为正。
由图6可知，始发过程中左、右线隧顶土体变形均表现为下沉，左线最大沉降量为1.6mm，右线最大沉降量为4.35mm，远远低于施工要求的控制规范，表明此次盾构始发施工预加固效果很好。
本发明特别适合在城市地铁的隧道施工，既保证施工质量，还不损坏有限建筑，提高施工速度。采用割线始发和轴线精细化控制技术，始发过程中隧道管片安装左线最大标高偏差19mm，最大水平偏差28mm，右线最大标高偏差16mm，最大水平偏差23mm；左线隧顶最大沉降量为1.6mm，右线最大沉降量为4.35mm。
Claims (6)
1.一种超浅埋大断面隧道小半径盾构曲线始发施工方法，其特征在于：包括以下操作步骤：所述大断面为盾构机直径8m至8.8m，所述小半径为413～500m，管片楔形量为40～46mm；
步骤一、确定割线的参数设计，盾尾进洞后开始纠偏计算；
盾构始发采用始发段圆曲线的割线线型，采集盾构机参数、托架长度、反力架距离盾构钢环尺寸、盾构始发起点里程、隧道中心坐标以及台车长度与宽度，根据始发井与暗埋段接头处隧道中心线的距离、绘制的始发割线与隧道中线平面图、始发井与中隔墙边线的距离、《盾构法施工隧道施工与验收规范》、根据轨道的平顺度公差要求，限定后配套台车出反力架分别与暗埋段侧墙以及中隔墙保持18～22cm，以及盾构始发井长度；根据始发割线与隧道中线平面图计算确定盾构始发割线在盾构机刀盘位置向曲线内侧偏移的距离，始发时刀盘的坐标为(x1,y1),单位m；始发割线方位为α1，单位秒；则理论上在盾构机盾尾进洞后盾构机的刀盘坐标为：
x＝x1+L×cos(α1)；
y＝y1+L×sin(α1)；
其中，盾构机长度为L，单位m；
根据始发割线与隧道中线平面图中割线与隧道中线的相对几何关系计算可得盾尾完全进洞后刀盘坐标与隧道中线相比偏右E，单位m；
步骤二、设计盾构机纠偏曲线；
根据步骤一设定的始发割线，盾构机掘进过程中，当盾构机偏离隧道设计轴线时采用三次样条曲线作为纠偏曲线进行模拟设计；
根据盾构机的参数，在盾构机刀盘进洞5～8m以后开始纠偏，并根据步骤一设计的割线参数可得此时盾构机平面偏差为E1，单位m；其中-表示左偏；
设定开始纠偏时刀盘坐标为：步骤一中的始发时刀盘坐标(x1,y1),纠偏完成后刀盘坐标在隧道中线上；根据纠偏曲线长度、隧道偏差以及管片平顺度，按照平均每米的纠偏不大于10mm根据始发割线与隧道中线平面图进行几何计算，取得纠偏曲线的长度约为L1，单位m；
纠偏结束时隧道中线方位角为α2，单位秒；其中，纠偏结束时刀盘坐标为(x2,y2)，单位m；
设纠偏曲线的方程为：
y＝ax3+bx2+cx+d
将步骤一刀盘坐标(x1,y1)以及步骤二纠偏结束时刀盘坐标(x2,y2)代入公式可得：
y1＝ax1 3+bx1 2+cx1+d ①
y2＝ax2 3+bx2 2+cx2+d ②
三次样条曲线的一阶导数为曲线的斜率，纠偏开始时三次样条曲线的斜率等于割线的斜率；纠偏结束时三次样条曲线的斜率等于隧道中心线切线的斜率，可得到公式：
y1′＝3ax1 2+2bx1+c ③
y2′＝3ax2 2+2bx2+c ④
联立方程式①②③④可得到样条曲线的系数，即确定样条曲线。
2.根据权利要求1所述的一种超浅埋大断面隧道小半径盾构曲线始发施工方法，其特征在于：根据步骤二的确定三次样条曲线，使用CAD软件以三次样条曲线与割线和隧道中线相切为条件做出样条曲线。
3.根据权利要求1所述的一种超浅埋大断面隧道小半径盾构曲线始发施工方法，其特征在于：在步骤一之前还包括：小半径隧道盾构始发前期准备，依次进行如下步骤：
步骤a、始发端头土体稳定措施；
首先，加固区设置3～5处应急降水井，在破除洞门前3～5d实施降水，水位降至管片结构底1m以下，待盾构出洞，拼装3～5环管片后停止降水；
其次，始发井端头加固采用旋喷桩加固，旋喷桩加固采用42.5级以上的硅酸盐水泥，每延米水泥用量不得少于300kg，水泥浆的水灰比为1:1～1:1.5；旋喷桩加固后土体28d无侧限抗压强度不小于2.0MPa，渗透系数不得大于10-7cm/s；
步骤b、采用橡胶帘布、固定板、垫片、折页翻板以及圆环板进行洞门密封；
步骤c、始发时标高控制，盾构机水平始发并将盾构机刀盘位置的托架抬高0.020m。
4.根据权利要求1所述的一种超浅埋大断面隧道小半径盾构曲线始发施工方法，其特征在于：
在执行步骤一之后且步骤二之前执行以下步骤：步骤1-1、根据盾构机的参数、步骤一始发的设计的割线参数和洞门钢环的位置计算出始发托架的空间位置，然后对始发托架进行放样，始发托架安装后进行测定验证，矫正托架的水平偏差不大于0.003mm，标高偏差不大于0.005mm；
步骤1-2、反力架定位；
根据盾构机的参数、步骤一始发的设计的割线参数和洞门钢环的位置计算出反力架的空间位置，然后对反力架进行放样，反力架安装后进行测定验证，矫正反力架的水平偏差不大于0.005mm，标高偏差不大于0.005mm，垂直度不大于1‰；
在执行步骤二之后执行以下步骤：
步骤三、首先，始发过程中，对土仓压力、总推力、推进速度、出土量、刀盘扭矩、刀盘转速以及注浆压力指标各个参数进行动态施工控制；
其次，对上述参数根据始发区域地层情况依据土力学原理进行反复的理论计算，并根据实时监测数据进行参数调整，找到最优的施工参数；
步骤四、控制盾构机始发姿态；
施工掘进过程中要实时监测，依据测量结果，根据隧道盾构轴线，盾壳与管片四周之间的距离，分析并调整掘进参数，控制高程偏差和水平偏差；
步骤五、负环管片拼装；
负环管片闭口环脱离盾尾后，应立即对其进行加固支撑；当盾构机推进时，盾构机的上部千斤顶顶力通过第一环闭口环管片支撑进行轴向力传递；
当加固支撑设置完成后，在初始段，后靠要设置变形观察点，且测量次数要逐步增多，直至后靠变形稳定之后，再减少每环的观测次数直至停止观测；
步骤六、在盾构切口至支撑环以及支撑环至盾尾部增设铰接；
步骤七、对轴线进行动态精细化控制，在盾构机掘进过程中进行同步注浆和二次补充注浆，掘进过程中预留偏移量，考虑始发区域土层情况，经过理论计算，将预留偏移量设置为19～22mm，并在每环掘进的过程中都要进行纠偏，并且保证楔形块的环面要与径向曲率半径面垂直。
5.根据权利要求4所述的一种超浅埋大断面隧道小半径盾构曲线始发施工方法，其特征在于：在步骤七中，施工时候采用低压石棉橡胶板，控制管片的位移。
6.根据权利要求4所述的一种超浅埋大断面隧道小半径盾构曲线始发施工方法，其特征在于：
还包括步骤八，始发施工质量分析；
始发过程中通过对始发区域部分管片安装的偏差情况进行测定及对周边环境的沉降变形情况进行总结分析。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Sun Tiecheng Inventor after: Yang Zhihao Inventor after: Yue Zurun Inventor after: Zhang Song Inventor after: Sun Xin Inventor before: Yang Wangxing Inventor before: Liu Tang Inventor before: Huang Jun Inventor before: He Wenbo Inventor before: Fan Guibo Inventor before: Wang Lei Inventor before: Yang Bao Inventor before: Fan Yu Inventor before: Zhang Xin Inventor before: Li Baoping |
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
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Effective date of registration: 20180115 Address after: 050043 Hebei province Shijiazhuang North Second Ring Road No. 17 Applicant after: Shijiazhuang Tiedao University Address before: 101127 Beijing Tongzhou District city in the rural home of the Hui Jufuyuan national industry development base and poly St. 2 Applicant before: China Railway 16 Bureau Group Beijing Metro Engineering Construction Co., Ltd. Applicant before: Guangzhou Railway (Group) Company Engineering Quality Safety Supervision Station Applicant before: Tianjin New Asia Pacific Construction Supervision Co., Ltd. |
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20170524 |