近日，由上海城投公路集团投资、隧道股份上海隧道工程有限公司承建的北横通道II标又传喜讯——超大直径盾构“纵横号”完成首段急曲线施工，北横通道通过了首个“小路考”S弯。
“曲线之美”成为北横建设的最大挑战
北横通道主线盾构法隧道长达6.4km，通过3座工作井分成东、西两段，西段从中江路始发井到中山公园工作井，长约2761m，东段从中山公园工作井到筛网厂接收井，长3664m。工程采用1台直径15.56m的泥水平衡盾构——“纵横号”掘进施工。
隧道线路多处连续急曲线转弯（俗称“S弯”）是北横盾构隧道的显著特点，尤其是东段，直线部分仅占15%，最小转弯半径仅500m（规范中将转弯半径小于40倍开挖直径定义为急曲线转弯），而且转弯半径500m的区段长度占到34%。对直径15.56m超大盾构而言，如此小转弯半径属“国内首次，世界少有”。急曲线转弯将给盾构装备选型、管片结构设计、止水的密封性、施工风险的防控等诸多方面提出了极大的难度与挑战。富有超大盾构施工经验的上海隧道建设者笑称“眼下老革命遇上了新问题，我们有信心用技术来完美呈现艺术！”。
科学论证 “纵横号”必须是个灵活的“大块头”
生活常识告诉我们，小汽车转弯比大卡车要容易得多，原因是小汽车的灵活性高。超级盾构“纵横号”开挖断面相当于6层楼的高度，长度超过100m，这个庞然大物的灵活性又如何呢？这个问题需在盾构装备选型阶段就要充分考虑。
为了保证设备对急曲线的适应性，首先对机头是否设置铰接进行了专题论证与优化。通过对安全性、经济性与适应性的综合评估最终选择了固定式盾尾。对盾构的机头及后配套车架采取紧凑型设计，无论是机头还是后配套车架长度与同类型的盾构机相比都要短许多。
除此之外，将机头设计为锥形，也就是头大屁股小，前盾、中盾和尾盾直径依次减小3cm，锥度一方面增加了盾构在土体里的灵活性，也有助于减小盾构机与土体的摩阻力。
同时，在刀盘周边还配备一定数量的超挖刀，当急曲线转弯遇到困难的情况下可以通过对外弧侧土体的超挖帮助转弯。
盾构的锥度以及弧线段的超挖又带来一个新的问题，那就是隧道的建筑空隙增大了，对同步注浆的要求提高了，为此，“纵横号”配备了10点注浆。
用于北横通道的盾构机“纵横号”
精心筹划 为隧道转弯特制“乐高块”
盾构法施工的原理是，在盾构掘进的同时，通过在后盾拼装预制的混凝土衬砌管片实现对外部水土的支护，形成永久隧道结构。
北横通道每环管片的宽度为2m，每环由10块组成，环与环之间，块与块之间通过螺栓连接。管片的拼装过程犹如拼接乐高一样。那么衬砌结构的曲线又是如何形成的呢？
其实，管片拼装成环后并非每处的宽度都是2m，以北横隧道的管片为例，最宽的地方是2.04m，最窄的地方只有1.96m，最宽和最窄处相差8cm，这就是专业上所称的“楔形量”。如果把最宽的位置始终拼在一侧，那么成形隧道就会向另一侧弯曲，如果最宽和最窄的位置交替出现，那么成形隧道就是一条直线。通过管片进行旋转，把最宽管片拼在不同点位上，就会产生不同的超前量，便形成所需要的空间曲线，这也就是专业上所说的通用管片。
鉴于北横通道的线型复杂，衬砌采用了楔形量为4cm和8cm两通用管片。在转弯半径小于600m区段采用8cm楔形量的管片，直线段和转弯半径大于1000m区段采用4cm楔形量的管片，其它情况则2种管片混合使用。
严控过程 完美“S”源于精细施工
根据隧道线路图，北横通道西线从中江路出发1110m到1262m为第一段500m转弯半径的急曲线，上海隧道建设团队仅用13天时间，驾驭“纵横号”走出了个完美的“S”弯，平均推进速度达到11.8m/d。
得益于合理的施工筹划和科学的施工组织，施工效率高达80%，北横通道初步实现了急曲线段的均衡化施工针对急曲线段可能出现平面整体漂移的问题，建设团队加强施工过程中水平位移监测，根据施工测量数据未来几环的姿态趋势进行预判，提前选型计算超前量，并根据最新数据及时修正。
急曲线施工过程中，管理人员全程监督指挥，把控推进参数、盾构姿态、拼装点位的选择及拼装质量。成形的隧道表观质量良好，无渗漏、管片碎裂、无明显环高差。周边环境沉降均控制在规定的范围内。
第一段急曲线的成功实施验证了设备选型、衬砌结构以及施工工艺参数的适应性与可靠性，为后续的急曲线掘进积累经验和资料。
急曲线段隧道质量与效果