盾構(gòu)施工過程中管片上浮原因分析及處理技術(shù)

王浩宇

【摘 要】本文以成都地鐵施工案列為基礎(chǔ)，對(duì)盾構(gòu)隧道施工中管片上浮的原因進(jìn)行分析，并從同步注漿、管片姿態(tài)等方面提出控制及處理隧道管片上浮的針對(duì)性措施，供同行參考。

【關(guān)鍵詞】盾構(gòu)；管片上浮；原因分析；處理

隨著時(shí)代的進(jìn)步，安全、環(huán)保意識(shí)得加強(qiáng)，盾構(gòu)法施工以其影響面小、安全、快速等優(yōu)點(diǎn)，成為城市軌道交通建設(shè)的首選。

盾構(gòu)施工過程中，拼裝完成的管片不時(shí)會(huì)出現(xiàn)局部或整體上浮。本文結(jié)合成都地鐵2號(hào)線二期工程土建03標(biāo)盾構(gòu)隧道工程實(shí)例，就施工期間盾構(gòu)隧道管片上浮機(jī)理及控制進(jìn)行研究探討，力求為解決同類型盾構(gòu)施工中管片上浮問題提供一些方法借鑒和建議。

0.工程概述

成都地鐵2號(hào)線二期工程03標(biāo)“保安村～龍泉東站”盾構(gòu)區(qū)間長1490.108m，隧道埋深8.6m～17.40m；區(qū)間線路從保安村站以20‰坡度下坡至YDK54+100.00，隨后以28‰坡度上坡至YDK55+050.00，最后再以2‰坡度下坡至龍泉東站。本線路穿越地層均為成都地區(qū)典型的砂卵石地層，地下水位高、水量豐富、補(bǔ)給性強(qiáng)。施工過程當(dāng)中，隧道左、右線在里程YDK53+300.00～330.00、YDK53+420.00～435.00處下坡段掘進(jìn)時(shí)，管片均不同程度上浮7～9cm，導(dǎo)致隧道管片局部接縫出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)超限、破損嚴(yán)重現(xiàn)象，對(duì)工程外觀和實(shí)體質(zhì)量均造成不良影響。

1.盾構(gòu)管片上浮的原因分析

盾構(gòu)管片上浮是在多種因素共同作用下產(chǎn)生。就本工程本區(qū)段而言，產(chǎn)生盾構(gòu)管片上浮原因主要有以下四點(diǎn)。

1.1地下水作用力

概述中已經(jīng)提及，成都地區(qū)地層含水量豐富，且本文所述地鐵施工里程正好位于區(qū)間線路的下坡地段，在下坡段的掘進(jìn)施工中，地下水由于自身向低處流淌的特性，大量匯集于盾構(gòu)機(jī)作業(yè)位置。

盾構(gòu)機(jī)械設(shè)計(jì)制造時(shí)，為保證順利掘進(jìn)和管片拼裝空間，盾構(gòu)機(jī)的切削刀盤直徑D與隧道襯砌管片的外徑d有一定的差值（14cm），這就導(dǎo)致管片在脫出盾尾后，其實(shí)際處于四周無約束的狀態(tài)。此時(shí)，匯集在作業(yè)面的地下水產(chǎn)生的浮力，使剛安裝的管片在此14cm的空隙內(nèi)自由的上浮偏移。

1.2盾構(gòu)機(jī)反向推力

在下坡段掘進(jìn)時(shí)，盾構(gòu)機(jī)油缸頂推力方向?yàn)椤靶焙蠓较蛏稀保鶕?jù)力學(xué)原理，此推力可分解為一個(gè)水平方向和一個(gè)豎直方向的分力。管片在豎直分力的作用下向上位移，最終表現(xiàn)為管片在高程方向的上浮現(xiàn)象。

1.3同步注漿工藝的影響

同步注漿原理是使?jié){液在填充隧道建筑間隙后，讓管片與周圍土層緊密接觸，形成穩(wěn)定的復(fù)合構(gòu)造體共同抵抗外力。

從理論上講，漿液需100%充填建筑總空隙。但漿液通常情況下是失水固結(jié)，盾構(gòu)推進(jìn)時(shí)殼體帶土使開挖斷面大于盾構(gòu)外徑，部分漿液劈裂到周圍地層，導(dǎo)致實(shí)際注漿量要超過理論注漿量，而此量難以掌握，可能造成漿液的不飽滿；與此同時(shí)，現(xiàn)階段國內(nèi)同步注漿基本采用惰性漿液，這類漿液24h強(qiáng)度低且初凝時(shí)間長，極易被地下水稀釋。因此，在一定程度上，低強(qiáng)度漿液不僅無法對(duì)管片提供約束，相反提供了上浮力。

1.4盾構(gòu)掘進(jìn)速度

盾構(gòu)推進(jìn)速度如果過快，會(huì)導(dǎo)致盾構(gòu)通過區(qū)域的地層不穩(wěn)定，注漿漿液不能及時(shí)凝結(jié)，使管片上浮的危險(xiǎn)性提高。

2.應(yīng)對(duì)措施及處理技術(shù)

分析了管片上浮和位移的原因，應(yīng)根據(jù)不同的上浮機(jī)理制定相應(yīng)的處理辦法。但如前所述，很多時(shí)候出現(xiàn)管片上浮是各種原因共同作用的結(jié)果，因此針對(duì)每一項(xiàng)問題制定出解決辦法以后，還應(yīng)采取綜合利用的手段，才能確保達(dá)到最佳的處理效果。

2.1控制盾體周圍水量

地下水是自然載體。但在施工中，盾體周圍的地下水含量在短期內(nèi)可通過洞內(nèi)抽排、洞外線路側(cè)面降水井降水等手段予以實(shí)現(xiàn)。本標(biāo)段就通過盾構(gòu)機(jī)端頭排水與外部降水相結(jié)合的方式，有效的減少施工期間的水量，達(dá)到了一定的控制管片上浮效果。

2.2合理選擇注漿孔位及注漿參數(shù)

根據(jù)成都地鐵東延線3標(biāo)盾構(gòu)區(qū)間施工經(jīng)驗(yàn)，盾構(gòu)上、中部4個(gè)注漿孔的注漿壓力和注漿量明顯大于下部2孔，有時(shí)下部的2孔甚至可以不注漿，以減小管片的上浮量。對(duì)于整環(huán)管片來講，上中部與下部的注漿量比例為2：1或者2：0為宜。

另外，注漿壓力應(yīng)為保證足夠注漿量的最小值。注漿壓力過大，管片周圍土層將會(huì)受到擾動(dòng)而造成后期地層沉降，容易跑漿；注漿壓力過小，漿液填充速度過慢，填充不充分，會(huì)導(dǎo)致地表變形增大，盾尾漏漿、漏水。同步注漿壓力一般控制在土倉壓力的1.1～1.2倍。同步注漿漿液應(yīng)滿足如下性能指標(biāo)：①漿液初凝時(shí)間3～5h，終凝4～12h；②固結(jié)體24h抗壓強(qiáng)度一般不小于0.3MPa，28d抗壓強(qiáng)度不小于2.5MPa；③固結(jié)率>95%，固結(jié)收縮率<5%；④在壓力地下水作用下，漿液具有較好的防水稀釋性能；⑤漿液靜置后不沉淀、不離析。

注漿速度也直接影響漿液的滲透和固結(jié)，從而間接地影響管片上浮。注漿速度應(yīng)根據(jù)盾構(gòu)推進(jìn)速度確定，以每循環(huán)達(dá)到總注漿量并且能均勻注入為宜。注漿與推進(jìn)同步，注漿速度與盾構(gòu)推進(jìn)速度相匹配。

2.3控制盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)

盾構(gòu)機(jī)過量的蛇形運(yùn)動(dòng)和下坡推進(jìn)必然造成頻繁的糾偏，糾偏的過程就是管片環(huán)面受力不均的過程。所以在掘進(jìn)過程中必須要控制好盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)，盡可能地使其沿隧道軸線作小量的蛇形運(yùn)動(dòng)，按規(guī)范要求，盾構(gòu)掘進(jìn)中，拼裝管片中心軸線的平面位置和高程允許偏差為±50mill。發(fā)現(xiàn)偏差時(shí)應(yīng)逐步糾正，避免突糾，以免人為造成管片環(huán)面受力嚴(yán)重不均。同時(shí)，要合理調(diào)整各區(qū)域千斤頂油壓，使油壓差不宜過大，與盾構(gòu)中心線相對(duì)稱區(qū)域的千斤頂油壓差應(yīng)小于5MPa，其伸出長度差應(yīng)小于12cm。并要跟蹤測量管片法面的變化，及時(shí)利用環(huán)面黏貼石棉橡膠板進(jìn)行糾偏。

2.4控制掘進(jìn)速度

同步注漿過程中，漿液如果不能達(dá)到及時(shí)有效地固結(jié)和穩(wěn)定管片時(shí)，應(yīng)適當(dāng)控制盾構(gòu)掘進(jìn)速度，一般以緩?fù)茷橐?，推進(jìn)速度不大于30 mm/min，確保管片脫出盾尾時(shí)形成的空隙量與注漿量平衡，盡量避免注入的漿液被水稀釋而降低漿液性能。

2.5及時(shí)緊固管片與管片之間的聯(lián)接螺栓

推進(jìn)完成后及時(shí)地將螺栓連接起來，使本環(huán)管片與上環(huán)管片成為一體，可以最大限度地防止管片上浮。連接過程中必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的力矩參數(shù)進(jìn)行緊固，否則起不到應(yīng)有的作用。

3.管片上浮控制效果檢查

自發(fā)現(xiàn)管片上浮問題后，項(xiàng)目部邀請(qǐng)專家進(jìn)行分析，初步制確認(rèn)了以上原因及處理技術(shù)，并在隨后工作中采取嚴(yán)格的防范措施，將各類控制技術(shù)綜合利用，保證了后期管片上浮全部控制在+80～一10mm、隧道中線誤差控制在20mm以內(nèi)，所涉及到的其他各項(xiàng)監(jiān)測也都符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，從根本上杜絕了管片上浮超限現(xiàn)象。

4.結(jié)束語

成都地鐵2號(hào)線二期工程03標(biāo)“保安村～龍泉東站”盾構(gòu)區(qū)間施工，左線于2012年11月25日開始掘進(jìn)，現(xiàn)階段掘進(jìn)840m；右線于2012年12月20日開始掘進(jìn)，目前掘進(jìn)620m。通過第1階段520m下坡段掘進(jìn)施工分析，在調(diào)整、優(yōu)化參數(shù)的基礎(chǔ)再次分別施工了100m和320m，從目前情況分析，盾構(gòu)施工安全可控、質(zhì)量優(yōu)良，施工進(jìn)度也得到了建設(shè)單位和監(jiān)理單位的認(rèn)可。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

[1]洪開榮.廣深港大斷面特長水下盾構(gòu)隧道的技術(shù)難點(diǎn)分析[J].隧道建設(shè)，2007，27（6）：1-3.

[2]朱科峰.盾構(gòu)法隧道施工背后注漿技術(shù)[J].廣東土木與建筑，2003（7）：19.21.

[3]周文波.盾構(gòu)法隧道施工技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：北京建筑工業(yè)出版社，2007：116-132.