盾構在粉砂及淤泥地層掘進過程中的管片上浮原因分析及控制

劉劍鋒

（杭州市地鐵集團有限責任公司，浙江杭州 310000）

0 引言

盾構法隧道的管片成型安裝質量的好壞，直接影響隧道線型是否滿足設計軸線和建筑界限的要求[1]。出現隧道管片位移現象，主要表現為管片上浮，因受到工程地質、襯砌背后注漿質量、盾構姿態等原因的影響[2]。解決管片上浮問題一直是盾構隧道施工過程中質量控制的關鍵所在。此類問題會影響盾構隧道管片的工后高程、隧道走向和凈空，也給隧道帶來防水隱患和安全隱患，影響工程的質量。如果與設計高程相差過大，就要采用各種方法對其調整，還會增加工程造價，造成浪費[3]。為此，盾構掘進中及時分析管片上浮原因并控制其上浮量，是施工過程中需要重點處理的問題。

1 概述

本文結合某地鐵區間隧道前300 環成型管片上浮情況作為樣本案例，作者通過理論和現場實際綜合分析，總結出部分應對管片上浮的有效施工措施，作為對盾構施工在相關地層條件下的參考。

該隧道前300 環穿越的地層主要為依次是②4層砂質粉土、③5層粉砂夾砂質粉土、③7層砂質粉土、⑥1層淤泥質黏土夾粉土。

2 管片上浮情況

組裝完成后的管片在脫出盾尾過程中受盾構姿態糾偏、螺栓復緊不及時等影響會發生上浮，脫出盾尾后在地層浮力下也會發生上浮，管片理論上浮量=穩定后的成型隧道管片高偏-拼裝時管片高偏，實際施工過程中，對每一環拼裝的管片進行高偏測量存在一定難度。本文采用的管片上浮量數據為實測的管片高偏減去對應環的盾構垂直姿態，不排除存在小量的誤差（0～20mm之間），但基本可以反映隧道上浮的整體情況。

圖1、圖2 分別為區間左線36～51 環、145～160 環管片實測高偏、盾構姿態及上浮量曲線圖。36～51 環盾構掘進地層為上部②4層砂質粉土、下部③5層粉砂夾砂質粉土，最大上浮量為39mm，平均上浮量25mm，大部分數據在控制范圍以內。145～160環盾構掘進地層為上部③5層粉砂夾砂質粉土、下部⑥1層淤泥質黏土夾粉土，最大上浮量59mm，平均上浮量43mm，成型隧道的軸線基本上在可控制的范圍以內。

圖1 36～51 環管片實測高偏、盾構姿態及上浮量曲線

圖2 145～160 環管片實測高偏、盾構姿態及上浮量曲線

圖3 、圖4 分別為區間左線113～128 環、177～192 環管片實測高偏、盾構姿態及上浮量曲線圖。113～128 環掘進地層為上部③5層粉砂夾砂質粉土、中部③7層砂質粉土、下部⑥1層淤泥質黏土夾粉土，實測管片最大高偏128mm，平均值100mm，最大上浮量108mm，平均值70mm，此段地層管片上浮量較大，且成型隧道管片存在超限情況。177～192 環掘進地層為上部③5層粉砂夾砂質粉土、中部③7層砂質粉土、下部為⑥1層淤泥質黏土夾粉土，實測管片高偏最大值48mm，平均值29mm，最大上浮量86mm，平均值65mm，管片上浮量依舊較大。

圖3 113～128 環管片實測高偏、盾構姿態及上浮量曲線

圖4 177～192 環管片實測高偏、盾構姿態及上浮量曲線

113～128 環出現成型管片超限情況后，項目采用壓低盾構姿態的方式進行掘進，145～192 環采用垂直姿態控制在-30mm 左右，都在設計軸線以下，以此抵消部分管片上浮量，測試管片高偏都在合理范圍內，但管片上浮量依舊較大。190 環之后，現場除了適當降低掘進過程中姿態外，還通過提高漿液稠度、調整注漿點位、跟進二次注漿等綜合措施，使成型管片上浮量控制在40mm 以內，設計軸線和管片軸線的偏差減小，成型管片質量得到較大的改善。

通過對區間不同地層的管片實測高偏及上浮量數據分析得出，盾構在③7層砂質粉土、⑥1層淤泥質黏土夾粉土中掘進會出現上浮量較大的現象，如不及時采取有效措施，一方面出現成型管片軸線偏差過大，甚至超限，另一方面管片大幅上浮，嚴重影響成型管片質量，出現管片錯臺和滲漏水等病害。

3 原因分析

通過對該區間前300 環不同地層的管片實測高偏及上浮量數據分析，結合現場施工情況，管片出現明顯上浮的主要原因如下：

（1）管片拼裝完成后，盾構開始推進，這個過程中管片螺栓復緊不及時，拼裝完成的管片脫出盾尾后因螺栓連接不緊缺少束縛力出現明顯上浮。

（2）現場采用同步注漿，漿液為惰性漿液，因為惰性漿液需要的初凝時間相對較長，在自然狀態下形成強度需要3d 左右時間，因為漿液初凝需要的時間長、形成強度的時間相應變長，導致不能及時對成型管片形成束縛力，造成管片上浮；另外一方面的影響是機器掘進振動、隧道內電瓶車的運行振動，漿液材料還沒完全凝固，容易出現被擠到隧道底部或地層其他間隙位置，從而增加管片的上浮現象[4]。

（3）盾構穿越地層含水率高、滲透系數高，通過對隧道不同地層的上浮量數據分析得出：上浮量相對較小是在②4層砂質粉土、③5層粉砂夾砂質粉土中，而上浮量變大是在③7層砂質粉土、⑥1層淤泥質黏土夾粉土中，造成隧道管片上浮的主要原因之一是因為地層含水率。

4 措施

（1）在管片拼裝到脫出盾尾過程中，對管片上浮量進行精確測量，詳細了解管片從拼裝到脫出盾尾穩定后的上浮量數據。

（2）優化同步注漿點位，建議以盾構上部兩個注漿點位注漿為主，同時觀察地表沉降監測數據變化。

（3）對漿液強度、膠凝時間、漿液稠度及固結收縮率等指標進行配比實驗，可適當加入促凝劑來或水泥降低膠凝時間，以減小漿液形成強度的時間，使同步注漿漿液及時對成型管片形成束縛力。

（4）管片上浮后，隧道上部注漿壁變薄，影響管片防水效果，根據地表監測數據反饋情況進行多次少量二次補漿（以上部點位為主），上浮量較大時建議每5 環或者10 環（脫離盾尾至少5環后）做一道環箍注漿。

（5）如果采取上述措施后，效果仍不理想，可采用如下方法，調整盾構推進軸線至設計軸線下方，保持在一定數值，以此抵消管片襯砌后期的上浮量[5]。

（6）及時掌握管片姿態及盾尾間隙，將管片姿態盡量調整到設計軸線上，尤其關注成型隧道坡度情況，可通過加拼轉彎環或“貼片方式”（通過管片上粘貼石棉紙來調整管片楔形量，以達到調整管片姿態的目的）調整管片坡度及盾尾間隙。

5 結語

通過對該區間盾構隧道管片上浮原因分析與排查，得出管片上浮的主要影響因素。現場通過適當降低掘進過程中姿態，提高漿液稠度、調整注漿點位、跟進二次注漿等綜合措施，使得本區間隧道190 環之后成型管片軸線整體在可控范圍內，上浮量有明顯減小，管片質量得到明顯提高，為類似工程環境下對盾構隧道軸線控制及管片質量控制可起到借鑒作用。