粉質黏土層盾構施工管片上浮控制技術研究

胡波

中鐵十局集團西北工程有限公司 陜西西安 710000

管片上浮是指管片脫離盾尾后，在集中應力作用下產生向上運動的現象。根據西安地區(qū)粉質黏土層及西安地鐵1-4號線盾構隧道施工要求，只有將管片上浮量控制在35mm內才能保證成型隧道不侵界限。西安市地鐵臨潼線（9號線）為西安主城區(qū)向東北區(qū)域延伸的一條具有“國際歷史范”的重要旅游線路，建設單位對盾構管片施工提出了更高的要求，管片上浮量控制在30mm以內。

1 工程簡介

西安地鐵臨潼線（9號線）一期工程土建10標段位于西安市臨潼區(qū)，為2站3區(qū)間，即北二環(huán)站、秦漢大道站，廣場路(不含)-北二環(huán)站-秦漢大道站-終點風井風道，線路全長2912．939m。盾構區(qū)間單線平均長度979．25m，最大坡度27‰，地質主要以粉質黏土層為主，粉質黏土層針狀孔隙發(fā)育，地下水位埋深 9．5m-16m，區(qū)間埋深 8．66m-11．76m，線間距為13．5m-14．0m。盾構隧道襯砌采用C50預制鋼筋混凝土管片，襯砌環(huán)外徑φ6000mm，內徑φ5400mm，管片厚度0．3m，環(huán)寬1．5m[2]。

對北二環(huán)站-秦漢大道站盾構區(qū)間粉質黏土層已拼裝成型的205環(huán)管片上浮量進行復測，測量結果發(fā)現，管片上浮量控制在30mm以內的管片數量179環(huán)，上浮量在30mm-35mm之間的成型管片26環(huán)，上浮量控制在30mm以內的管片比例為87．3%。

2 管片上浮原因分析

對粉質黏土層管片上浮量在30mm-35mm之間的成型管片26環(huán)進行進行影響因素分析，統(tǒng)計結果見下表：

序號 影響因素 上浮量30mm-35mm（環(huán)） 頻率% 累計頻率%1 同步漿液質量不合理 17 65.4 65.4 2 掘進姿態(tài)不穩(wěn)定 6 23.1 88.5 3 機械故障 2 7.7 96.2 4 測量誤差 1 3.8 100 5 合計 26 100

從調查表得出，同步漿液質量不合理占65．4%，掘進姿態(tài)不穩(wěn)定占23．1%，兩項合計占88．5%。可以看出同步漿液質量不合理和掘進姿態(tài)不穩(wěn)定是影響粉質黏土層管片上浮合格率的關鍵因素[3]。

對盾構隧道施工同步漿液質量不合理和掘進姿態(tài)不穩(wěn)定從人、機、料、法、環(huán)、測六個方面進行逐一進行原因分析，得出同步注漿配合比調整不合理、盾構掘進速度不穩(wěn)定、盾構掘進姿態(tài)控制不當為主要原因。

（1）同步注漿初凝時間不合理。對北二環(huán)站-秦漢大道站粉質黏土層盾構隧道同步注漿配合比進行檢查，水泥用量210kg/m3、砂子用量680kg/m3、膨潤土110kg/m3、摻合料380kg/m3、水370kg/m3，同步注漿初凝時間≥6h，不能滿足粉質黏土層同步注漿初凝時間≤4h的要求，不能及時提供強度抑止管片上浮。

（2）盾構掘進速度不穩(wěn)定。通過檢查北二環(huán)站-秦漢大道站盾構區(qū)間前100環(huán)掘進記錄，對盾構掘進速度進行跟蹤調查后發(fā)現，掘進速度未按照30±5mm/min內勻速推進，最大掘進速度為59mm/min。前100環(huán)掘進速度數據見下圖。

盾構掘進速度過快，同步注漿施工工序的作業(yè)時間短而忙亂，導致管片與隧洞間空隙填充質量差，漿液不能及時提供抑止管片上浮所需的強度。

（3）盾構掘進姿態(tài)控制不當。對北二環(huán)站-秦漢大道站盾構掘進姿態(tài)進行觀測后發(fā)現，推進姿態(tài)已超出設計隧道軸線以下-20mm±5mm控制范圍，盾構掘進需進行頻繁糾偏，對已拼裝完成的管片擾動較大，導致管片上浮。

3 管片上浮控制對策措施

對粉質黏土層引起盾構隧道管片上浮的主要原因進行分析及研究后，在后續(xù)施工中采取了針對性的施工處理措施，以確保把管片上浮控制在合理的范圍內。

（1）縮短同步漿液初凝時間。對P．O42．5水泥、粉煤灰等現場主要原材料按規(guī)定頻次進行抽檢，確保原材料全部合格；結合粉質黏土層地質情況，確定最佳同步注漿配合比，經試驗表明，水泥用量300kg/m3、砂子用量600kg/m3、膨潤土100kg/m3、摻合料370kg/m3、水350kg/m3，同步注漿初凝時間在3．5h左右，滿足粉質黏土層同步注漿初凝時間≤4h要求，合理的同步注漿初凝時間，達到抑止粉質黏土層管片上浮的最佳效果。

（2）控制盾構掘進速度。對盾構操作人員進行盾構掘進方案培訓，明確盾構掘進速度要求，對兩名盾構司機進行考試；及時對盾構掘進指令進行查閱，確保掘進速度控制在30±5mm/min范圍內，掘進速度和粉質黏土層有效匹配，確保了管片在脫出盾尾后不會因同步注漿作業(yè)滯后問題而產生不穩(wěn)定的位移。

（3）合理控制掘進姿態(tài)。對測量儀器檢定，控制測量誤差；確定盾構機掘進高程，將盾構機切削盤軸線高程降至隧道設計高程以下-20mm±5mm處，能很好抵消的管片上浮，更好地使隧洞軸線與設計軸線相重合。

4 效果檢測

對策措施實施后，對北二環(huán)站-秦漢大道站盾構區(qū)間粉質黏土層已施工完成的439環(huán)管片進行了全面檢查，管片上浮量控制在30mm以內的管片數量429環(huán)，上浮量在30mm-35mm之間的成型管片10環(huán)，上浮量控制在30mm以內的管片比例為97．7%，粉質黏土層盾構施工管片上浮得到有效控制。

5 結語

西安地鐵9號線北秦區(qū)間盾構位于水位線下并穿過粉質粘土層，通過采取縮短同步漿液初凝時間、控制盾構掘進速度、適當壓低掘進姿態(tài)等措施，有效解決了粉質粘土盾構施工管片上浮問題，成形盾構誤差滿足設計和規(guī)范要求，確保了盾構施工質量，為后續(xù)此類工程提供借鑒。