近些年，盾构隧道除了向大断面、大深度、长距离方向发展外，急曲线工况也是越来越多。日本道路狭小，隧道施工均面临各种工况下的急曲线，对此开发了多种急曲线施工技术。让我们一起来了解一下吧!
超挖切削装置
为了使盾构机能够通过曲线施工段，曲线内侧需要开挖至比盾构外径更大空间，因此密闭式盾构施工中开发了全周超挖装置(超挖刀)。
超挖刀有通过液压油缸调节伸长量和固定在外圈保持伸长量2种方式。但超挖刀会产生隧道上、下部分等曲线掘进必要范围以外的超挖量，存在开挖土方量和注浆量增加、土体扰动范围增大、曲线外侧土体反力不足等问题。
使用超挖刀的超挖范围为此，日本石川岛播磨重工业开发了仿形刀，并于1976年首次应用在名古屋市北千种干线下水道工程。仿形刀的外观形状与超挖刀基本相同，但仿形刀可在刀盘旋转时伸缩，无需刀盘停止即可调节至所需伸长量，因此能够减少超挖量。
使用仿形刀的超挖范围
铰接装置
铰接装置是使盾构机前、后体之间可以弯曲的一种装置，能够减少必要超挖量。通过铰接弯曲时推力传递方式的不同有2种形式的铰接装置。
(1)前体顶推方式(被动铰接)
前体顶推方式的铰接装置是美国罗宾斯公司开发的专利技术，日本小松制作所于1976年引入，首次应用于东京都井之头干线下水道工程中。这种形式的铰接装置是通过推进油缸支撑在盾构机前体的结构，推进油缸的推力作用方向与前体掘进方向相同示。
前体顶推方式(被动铰接)
(2)后体顶推方式(主动铰接)
1983年，石川岛播磨重工开发了后体顶推方式的铰接机构，应用于东京电力扇岛火力发电厂隧道工程。这种形式的铰接装置是推进油缸支撑在盾构机后体的结构，在铰接弯曲状态下使推进油缸运作，推力沿前体的曲线外侧方向作用。
后体顶推方式(主动铰接)
盾尾密封
盾尾密封是急曲线施工中的关键技术之一。在敞开式盾构广泛应用的1970年代初期，通常采用丁腈橡胶或聚氨酯橡胶作为密封件的盾尾密封，但对于管片错台等原因形成的偏差追随性较差，经常发生地下水渗入或橡胶破损等问题。1975年左右，日本铁建建设研发了一种细钢丝束合组成的钢丝刷式盾尾密封，能够用于各种盾构机。1980年代初，东京电力和石川岛播磨重工业共同开发了钢丝刷和掺纤维油脂结合的盾尾密封结构，成为了如今盾构机的标准配置。
钢丝刷式盾尾密封
随着急曲线施工的盾构掘进和洞内测量相关技术不断发展，急曲线施工可行性提升，急曲线盾构工程案例增多。但仅依靠上述设备装置无法确保施工顺利，因此针对急曲线施工研究了各类配套措施。
通过曲线外侧确保土体反力
曲线施工时为了产生盾构机旋转的力矩，主要有利用“左右油缸推力差”和“曲线外侧土体的反力”2种思路，通常是结合2种方式确保必要的旋转力。关于土体反力的大小和作用位置有不同的思路，但前提是在曲线外侧具有一定程度的土体反力，因此掘进地层自立性条件较差的情况下，需要进行土体加固确保曲线外侧的土体反力。
曲线施工时受到的土体反力的示例
防止超挖段坍塌
曲线施工需要一定的超挖量。为了防止超挖开挖面坍塌，过去通常在曲线段施工前对隧道上方和侧面进行土体加固。自90年代后半期开始采用对超挖段填充特殊材料的方式防止开挖面松动或坍塌。这类填充材料对于地下水的抗稀释性较好，并具有良好的流动性和黏度确保间隙填充、防止土体松动。
急曲线施工是日本率先发展的一项盾构关键技术，相关设备和材料经过不断改进，完成了多项急曲线盾构工程。而急曲线施工管理的不确定因素较多，需要应当灵活解决各种问题。
热门推荐