[发明专利]一种超浅埋大断面隧道小半径盾构曲线始发施工方法

摘要

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。

主权项

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＝ax13+bx12+cx1+d   ①y2＝ax23+bx22+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′＝3ax12+2bx1+c   ③y2′＝3ax22+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。