論述盾構法在隧道施工中常見質量原因及建議措施

王濤

【摘要】本文總結了盾構法在施工過程中經常遇到的一些質量缺陷，分析了上述質量缺陷產生的原因，并提出了預防和處理上述質量缺陷的方法，可供參考。

【關鍵詞】盾構法；施工方法；質量缺陷

一、隧道滲漏

盾構法隧道施工中襯砌環的滲漏現象在目前施工中普遍存在，造成滲漏現象的原因有很多，其中主要原因歸納有以下幾點：

1.1 管片自身存在滲漏水現象

造成管片自身出現滲漏水的原因主要有兩個方面：首先是制作管片的混凝土質量有缺陷，混凝土使用的配合比、采用的澆搗工藝、養護方法和時間以及各種外加劑摻加量等都與管片的自防水效果密切相關；其次是管片的制作精度，國內外的盾構隧道施工經驗表明，使用高精度的鋼模可以大大提高管片的制作精度。另外，管片制作精度將直接影響成型隧道管片環面平整度控制、管片安裝精度等也是管片破損漏水現象的影響因素之一。

1.2 施工工藝以及后續操作不當引起的管片滲漏

首先是管片背后注漿的施工，管片背后注漿是防水工程的一項重要環節，實施得好與壞，將直接影響到隧道施工的質量。即使管片背后注漿一般用來控制地面的下沉，卻實際上也是隧道防水的第一道防線。所以注漿量不足不僅會造成隧道產生較大的后期沉降，也會影響管片防水效果。其次是掘進過程中盾構姿態不當引起的滲漏，盾構機姿態不當主要包括盾構實際掘進軸線與設計軸線的偏差較大，盾尾與成型隧道管片間間隙不均勻造成盾盾尾擠壓成型管片，容易造成管片之間錯位，相鄰管片的止水帶不能正常的重合壓緊，從而導致滲漏，盾尾與管片間隙控制不當時甚至可能會造成管片外弧面碎裂，影響管片防水及結構性能。

1.3 管片選型不當引起的滲漏

當盾尾間隙不均勻或過小，且管片選型不當時，在掘進的過程中容易造成管片外壁甚至止水條損壞，造成滲漏水情況的發生。因此盾構管片選型的原則是：首先考慮線路的特點，再依據盾構機的姿態、千斤頂行程差和盾尾的間隙來選型。

二、管片裂紋

盾構管片產生的裂紋在盾構施工中存在較多不利因素，如在管片開裂處漏水、崩裂掉角，在運營期漏水導致混凝土脫落甚至會給運營帶來很大的安全隱患，減少使用壽命。產生裂紋的原因有以下幾種：

2.1 管片在生產、運輸過程中產生裂紋

第一階段是在盾構管片的制作過程中和管片脫模后的養護過程中處理不當造成的開裂，在管片表面產生的裂紋能夠目測到；第二階段則是在養護28 d以后，在吊卸、出廠運輸和使用過程中出現的細微裂紋，管片受到較大的集中力作用，細微的裂紋就會迅速的擴展。

2.2 管片在施工過程中出現裂紋

這個階段的開裂主要是由于作用于管片上的力造成的。作用在管片上的力主要分為掘進推力和注漿壓力兩種，作用力過大、不均勻、管片環面不平整均會造成管片出現裂紋。首先土倉壓力調整不當會導致總推力逐漸加大；其次是在拼裝預制管片前盾尾沒有充分清理干凈，導致整環管片的環面不平整，盾構推進時因管片受力不均勻，造成應力集中而產生裂紋。另外在進行管片后背的二次注漿時，注漿壓力太高也會導致管片出現裂紋。

2.3 已完成的隧道上浮也會造成管片產生裂紋

在中風化或者微風化的地層中掘進，盾尾同步注漿漿液未及時凝固或注入量不夠，會造成不同程度的隧道上浮，不均勻的上浮會造成管片出現裂紋。

三、管片破損

一般情況下的管片破損是由于操作不當而造成的，大多表現在管片的端面與吊裝孔的位置。主要原因如下：

3.1 吊運與拼裝時發生的碰撞

吊運拼裝過程中碰撞主要原因是由于指揮人員指揮失誤、操作人員熟練度不夠有關。管片碰撞后可能引起管片缺邊掉角現象，直接影響管片外觀、結構性能及防水效果。

3.2 管片拼裝時管片姿態控制不佳引起管片破損

管片拼裝過程中，應避免管片外翻、內翻等通病，并嚴格進行成型管片橢圓度控制。管片姿態調整過程中，應避免急于進行糾偏導致管片之間錯臺，造成管片的外壁或者螺栓孔處發生破壞；

3.3 管片發生較大扭轉造成盾構千斤頂直接作用于管片縱縫位置

管片發生較大扭轉時，推進千斤頂的撐靴偏離了盾構管片上的抗剪加強區，造成管片端部的混凝土發生開裂破損。特別在盾構千斤頂作用于管片縱縫位置時將會造成縱縫對應位置的管片角部產生剪拉破壞。

四、管片扭轉

管片扭轉可能會造成管片的端部與千斤頂作用面接觸的受壓區混凝土開裂破損或者接縫處的兩塊相鄰管片蹦角。導致管片發生扭轉的原因主要有：盾構刀盤長時間的朝同一個方向旋轉，盾構機在反作用扭矩影響下，通過與管片接觸的千斤頂帶動管片產生扭轉；管片螺栓孔徑的尺寸誤差積累或一個方向的拼裝次數明顯多于另一方向；在線路的轉彎段，盾構推進千斤頂產生不對稱的橫向分力，對管片造成附加的扭矩。刀盤和管片安裝設備朝兩個方向的旋轉保持基本的平衡能夠減少襯砌環發生的扭轉，另外施工時還可以借助加強襯砌環的抗扭轉能力來減少甚至消除襯砌環的扭轉。

五、隧道軸線的偏差

大多數情況下，盾構隧道的軸線偏差是普遍現象，也是永久性的質量問題，發生隧道軸線偏差的主要原因有：

5.1 掘進盾構姿態控制的原因

施工人員的盾構姿態控制有誤，導致較大的軸線偏差；使用的掘進指令有誤，沒有前瞻性；測量誤差甚至錯誤引發不合理的姿態控制指令導致軸線產生偏差。

5.2 地質條件的原因

場地地質情況導致軸線偏差，這種情況一般容易發生在微風化或中風化的地層中，上述地層地下水含量豐富，并且盾構的掘進姿態難以控制，在這種地層中控制盾構的姿態一般應提前向與軸線偏差相反的方向進行預控制，同時進行相應的處理，如注雙液漿對地層進行改善。

5.3襯砌環后背注漿的原因

在掘進的過程中均進行了同步注漿，由于同步注漿的漿液初凝時間較長，導致漿液的初期強度不能滿足限制隧道上浮的要求，造成隧道上浮形成軸線偏差。

六、地表沉降與隆起

盾構施工引起的地面沉降共分五個階段，分別為初始沉降階段、開挖面前沉降或隆起階段、盾尾沉降階段、盾尾空隙沉降階段及后續固結沉降階段。

地面的沉降與隆起有以下幾點主要原因：

6.1 掘進的過程中出土量控制的原因

通常情況下，盾構推進一環的出土量是固定不變的，但地層不同土的松散系數也是不同的，一旦在掘進的過程中發生超挖造成出土量過大，必定會導致地面不同程度的下沉。

6.2 襯砌環壁后注漿量的原因

對襯砌環壁后同步注漿通常對地面的下沉有很好的控制效果，如果掘進時出土量較大而注漿量較少，或是由于漿液的凝縮量過大均會導致地表沉降。反之，如果過大的注漿量將會導致地面的隆起。

6.3 地質條件的原因

盾構在砂層地質段掘進時，如果發生塌方或者噴涌而導致難以控制出土量時將會發生地表沉降；還有一種情況就是在富含地下水的地層中因為水土流失同樣也會出現較大的地表沉降。

6.4 盾構土倉結泥餅引起地面隆起或沉降

盾構在掘進過程中，當開挖面溫度較高，開挖面土層粘性較高時易引起土倉內結泥餅現象，土倉內結泥餅后由于螺旋機無法正常出土引起土倉內土壓力急劇上升，引起盾構切口前方地面隆起現象。

當土倉內出現結泥餅現象時通常采取對土倉內進行土體改良、注入泡沫劑等措施，但在實際土體改良處理過程中由于土倉內土壓力平衡較難控制，往往會出現土倉內土壓偏低，引起切口前方地面沉降現象。

七、結語

綜上所述，本文針對盾構在施工中容易出現的一些質量缺陷進行了歸納總結，并對其出現的原因進行了分析。為盾構施工中有預見性的進行管控提供了經驗，減少或避免出現質量事故；為從事隧道或地下工程的工作人員提供一些合理化的建議。