盾構(gòu)施工管片上浮控制控制技術(shù)

葉全瑩

中鐵十九局集團(tuán)軌道交通工程有限公司 北京 100000

1 管片上浮的危害性

隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，盾構(gòu)法以其高效、安全、環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)被越來越多的城市認(rèn)可，其管片安裝質(zhì)量直接關(guān)系到隧道線型是否符合設(shè)計軸線與滿足建筑界限。管片上浮是指管片在脫出尾盾后，受地質(zhì)、水、同步漿液等因素的影響，造成管片向上位移的現(xiàn)象。成型隧道管片高程和水平偏差應(yīng)控制在±100mm。如果管片成型姿態(tài)超限，直接影響盾構(gòu)隧道成型質(zhì)量甚至出現(xiàn)隧道調(diào)線調(diào)坡的情況。管片上浮危害主要分為2種：一是管片上浮造成管片成型質(zhì)量缺陷（管片錯臺）。當(dāng)管片錯臺達(dá)到15mm時，管片螺栓連接處會出現(xiàn)破損，同時管片上浮影響管片止水膠條的止水效果，造成管片滲漏水。二是管片姿態(tài)超限，直接影響隧道線型是否符合設(shè)計軸線和是否滿足隧道建筑界限[1]。

2 管片上浮分原因析

2.1 管片與圍巖間存在空隙

管片安裝后的外緣直徑與盾構(gòu)機(jī)切削圍巖形成隧洞的直徑間無疑存在差異，使得管片脫出盾尾后，管片外緣與隧洞圍巖不完全密貼，而是存在環(huán)向空隙。如不能及時將空隙填充，給了管片上浮的空間。

2.2 盾構(gòu)掘進(jìn)超挖影響

盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)時切削盤的軸線與設(shè)計的隧洞中心線存在一定偏差，故掘進(jìn)時需不斷對盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整及糾正，故盾構(gòu)機(jī)切削盤以“蛇形”的折線向前推進(jìn)。且此段掘進(jìn)時盾構(gòu)機(jī)處于強(qiáng)、中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖的不同地層交界處，盾構(gòu)機(jī)前行時更易出現(xiàn)“抬頭”及“栽頭”現(xiàn)象，無疑增加了管片的上浮空間。

2.3 工程地質(zhì)及線路坡度的影響

當(dāng)盾構(gòu)機(jī)掘經(jīng)軟弱圍巖時，因圍巖軟弱，塑性變形大，拱頂圍巖自穩(wěn)能力差，管片脫出盾尾時，隧洞頂圍巖在產(chǎn)生沉降變形，減少或消除了拱頂圍巖與管片之間的空隙，此時有利于控制管片的上浮。但本段隧洞穿越主要為泥質(zhì)粉砂巖，其自穩(wěn)能力較強(qiáng)，圍巖與管片間的空隙得不到減少或消除，在不及時加以約束的情況下，管片可在間隙內(nèi)無約束上浮。本段圍巖裂縫較多，施工期間為長沙當(dāng)?shù)氐挠昙荆叵滤惠^高（隧洞位于地下水位以下），在透水地層中盾構(gòu)掘進(jìn)時，管片浸泡于水或是漿液中，巨大浮力使得管片上浮。

2.4 漿液影響

切削形成的隧洞與管片間存在空隙，通常采取及時壓注硬性單液水泥砂漿進(jìn)行填筑，以避免管片產(chǎn)生上浮等位移。砂漿填充的密實(shí)情況及能否盡早提供強(qiáng)度是控制管片位移的關(guān)鍵。

3 管片上浮的控制措施

3.1 管片上浮的控制措施

在含水軟土地層中，解決管片上浮問題實(shí)質(zhì)上是同步注漿穩(wěn)定管片與管片上浮在時間上的問題,比較理想的注漿方法應(yīng)是盾構(gòu)沿軸線掘進(jìn)，注漿漿液完全充填施工間隙并快速凝固形成早期強(qiáng)度，隧道與周圍土體形成整體構(gòu)造物從而達(dá)到穩(wěn)定。在漿液性能上的選擇唯有雙液瞬凝性漿液（水泥漿液和水玻璃漿液）和同步注漿工藝能徹底解決管片上浮的問題。雙液瞬凝漿液因其時效特點(diǎn)在隧道位移控制上是具有優(yōu)勢的，但雙液漿隨著溫度的變化，同種配比的漿液化學(xué)凝膠時間因時而異，堵管故障極易發(fā)生。同步注漿管在掘進(jìn)結(jié)束前只能清洗而無法更換，這也是本區(qū)間仍然采用惰性漿液的原因之一。根據(jù)管片上浮的規(guī)律值和盾構(gòu)推進(jìn)姿態(tài)的關(guān)系合理選擇注漿孔位、注漿量和注漿壓力。根據(jù)本區(qū)間施工經(jīng)驗(yàn)，盾構(gòu)上部兩注漿孔的注漿量明顯大于下部兩孔位的漿量，有時甚至下部可以不注漿以減小管片的上浮量。

3.2 盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)控制技術(shù)

盾構(gòu)機(jī)過量的蛇形運(yùn)動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。所以要求在掘進(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。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±50mm。發(fā)現(xiàn)偏差時應(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。施工中重點(diǎn)控制急曲線和大坡度轉(zhuǎn)點(diǎn)，一要合理調(diào)整各區(qū)域千斤頂油壓，但各區(qū)千斤頂油壓差不宜過大，與盾構(gòu)中心線相對稱區(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；二要跟蹤測量管片法面的變化，及時利用環(huán)面粘貼石棉橡膠板糾偏，粘貼時上下呈階梯狀分布。三要根據(jù)上浮規(guī)律值控制盾構(gòu)推進(jìn)高程[2]。

3.3 掘進(jìn)速度控制技術(shù)

若同步注漿過程中，漿液不能達(dá)到及時有效地固結(jié)和穩(wěn)定管片的條件時，應(yīng)適當(dāng)控制盾構(gòu)掘進(jìn)速度，一般以緩?fù)茷橐耍七M(jìn)速度不大于4cm/min，確保管片脫出盾尾時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。

3.4 上浮后的管片處理技術(shù)

上浮后的管片處理比較難，一般可嘗試在隧道底部打開注漿孔泄壓，釋放管片底部的注漿漿液，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，此方法效果不理想，且污染隧道。一旦發(fā)現(xiàn)管片上浮超限，立即停止盾構(gòu)掘進(jìn)，對已上浮的管片通過注漿孔進(jìn)行二次注漿。注漿材料以瞬凝雙液漿為最好，注漿壓注順序應(yīng)順著隧道坡度方向，從隧道拱頂至兩腰，最后壓注拱底。終止注漿以打開拱底注漿孔無滲水為條件，以防止盾構(gòu)恢復(fù)掘進(jìn)后管片繼續(xù)上浮[3]。

總之，影響管片上浮的因素多，作用較為復(fù)雜，在施工時要根據(jù)復(fù)雜多變的地質(zhì)情況及外部影響因素，結(jié)合監(jiān)控量測結(jié)果，對各種施工信息進(jìn)行動態(tài)分析及研究，通過技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的綜合考慮，對漿液的配合比進(jìn)行適時調(diào)整及動態(tài)管理，以達(dá)到最佳的控制上浮效果。施工時，還要持續(xù)收集盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時的各種參數(shù)及對應(yīng)的管片上浮量，進(jìn)行總結(jié)及分析，探索出不同地質(zhì)條件下的適宜掘進(jìn)參數(shù)，最大程度地控制管片的上浮，以達(dá)到規(guī)范及設(shè)計要求。