地鐵盾構隧道施工中管片錯臺控制技術研究

李 磊

中交一公局橋隧工程有限公司，湖南 長沙 410000

地鐵工程施工過程復雜，諸多因素均會影響其工程質量，而管片錯臺就是地鐵盾構施工期間常見的一種質量缺陷，一旦出現管片錯臺，可能會使成型的隧道發生大面積的破損或者滲漏現象，不僅會對列車的運行安全造成不利影響，而且會對隧道的安全性和耐久性產生威脅。因此，在地鐵盾構隧道的施工中，需要采取有效的管片錯臺控制技術，避免管片錯臺情況的發生，從而為地鐵工程的盾構隧道施工質量提供保障。

1 工程概況

長沙市朝陽村站—芙蓉區政府站區間地鐵工程中，采取了盾構法進行施工，在區間的左線和右線分別修建兩條單線隧道。區間內平面曲線的最小半徑為1km，左線和右線的間距為13.0～15.7m。左線和右線的隧道均呈V字坡縱斷面，最小和最大坡度分別為2%和-29%，其豎曲線最小半徑為3km。其地鐵盾構區間設計范圍如表1所示。地鐵盾構隧道管片內徑為5.5m、外徑為6.2m、厚度為350mm、寬度為1.5m、分塊數為6塊。此混凝土的管片采取標準左右環和左右轉彎環管片進行組合，管片環寬度為1.5m，環向的分塊數為6塊，即1塊封頂塊、2塊鄰接塊、3塊標準塊的組合，轉彎環管片具有45mm楔形量。地鐵盾構的隧道管片類型為高精度鋼筋混凝土，強度為C50等級，抗滲強度為P12等級；管片的端面采取平面式，環、縱縫的接觸面，都不設置凹凸榫槽，只在管片環和縱縫的接觸面設置彈性、密封墊槽和嵌縫槽。管片的塊和塊之間通過12根彎螺栓進行連接，環和環之間通過16根彎螺栓進行連接[1]。

表1 地鐵盾構區間設計范圍 單位：m

2 地鐵盾構隧道施工中出現管片錯臺的原因

若管片選型不當，特別是對于帶楔形量的管片，容易造成盾尾間隙過小，使得鉸接油缸與推進油缸間的行程差較大，隧道設計軸線與實際軸線之間出現偏差，盾構機糾偏難度系數增加等，進而導致管片發生錯臺破損或者滲漏水等情況。

在推進盾構時，刀盤的推進速度與扭矩之前呈正比關系，隨著推進速度的不斷增加，刀盤扭矩出現異常情況的可能性也會逐漸增加，隨著推進速度的增加，扭矩也會隨之變大，同時也會使盾體振動幅度發生一定程度的改變。盾構推進油缸的推力會影響拼裝管片成型，加快管片成型的速度還會使活動的管片出現擺動的情況，管片的環向間會存在較大的擠壓力，導致管片破損[2]。

盾尾的間隙變化受盾構機姿態變化的影響非常突出，假如盾構機的運動軌跡發生較大程度的波動，加之管片形態慣性的影響，會使得盾尾間隙出現不均衡的情況。當盾尾的間隙變小后，管片安裝難度就會增加，完成安裝的管片遭受盾尾的擠壓容易出現錯臺或者破損等情況。

在開展同步注漿施工時，漿液初凝的時間較長，管片在浮力的作用下會出現上浮的情況，使得管片易出現錯臺的現象。如果注漿壓力較大，管片就會受到嚴重的擠壓，使得管片出現破損或者是錯臺的情況。如果注漿方量比較少，使得隧道襯砌間隙很難被填平，砂漿未能將管片固定好，管片就會隨之發生位移，在偏心力的作用下，管片局部應力就會比設計的強度要求大，也會使管片出現錯臺或者破損等情況[3]。施工期間若盾尾的間隙太小，盾尾擠壓管片后，會發生錯臺的情況，此時管片的選型會給盾構姿態調整和盾尾間隙大小帶來直接影響，特別是小曲線的半徑內更易出現盾尾間隙過小的情況。管片的強度不夠或存在裂紋和缺角時，管片也容易出現錯臺或者破損等情況。同時，若管片拼裝過程中存在拼裝不規范的現象，也會造成管片出現錯臺或者破損等情況。

3 地鐵盾構隧道施工中管片錯臺控制技術要點

3.1 管片的合理選型

在管片選型過程中，要全面考慮管片姿態相對關系、盾構機姿態、管片四周超前量、鉸接和推進油缸行程差、盾構機姿態、盾尾間隙及隧道線型等信息，科學確定預拼裝管片的型號。以隧道曲線設計的標準為基礎，事先考慮清楚管片選型和盾構掘進姿態等內容，在拼裝封頂塊時，最好在隧道腰部位置完成拼裝施工，使管片拼裝與隧道設計的施工標準保持一致。

3.2 科學控制推進速度

在粉質黏土與黃土狀的土質內，如果將刀盤轉速固定在某一個值上，則推進速度、刀盤扭矩及管片錯臺率間的關系如圖1所示。

圖1 推進的速度、刀盤的扭矩及管片錯臺率間的關系圖

由圖1可知，隨著推進速度的增加，刀盤扭矩及管片錯臺率均在增加。通過分析可知，盾構推進的速度適合控制在45mm/min，刀盤扭矩宜低于1800kN·m，這樣管片錯臺或者破損等問題能夠得到有效解決。

3.3 做好盾構姿態控制

對盾構姿態進行調整時，要控制好盾構趨勢，防止出現過猛的糾偏，要按照勤糾緩糾的原則進行，防止盾構出現“蛇形”運用。具體調整過程中，控制在每環5mm的標準，將隧道設計軸線偏差和盾構軸線偏差控制在設計允許的范圍內。在隧道挖掘施工卸荷后，地基會出現回彈的情況，管片隨之上浮，因此在推進盾構時，盾尾垂直方向要控制在-2cm以下，使管片后期出現的上浮量與之相互消除。盾構施工管理人員要全面了解整個區間的線路設計情況，當盾構進入豎曲線或平曲線階段后，以曲線半徑為依據，使盾構逐漸向曲線內部移動，并使盾構姿態在曲線段實現有效的整合。

3.4 嚴格同步注漿操作

（1）依據不同地層信息來調整漿液配比，漿液的凝結時間要保持在7h左右，如果遇到特殊情況，則可以使用添加速凝劑的方法來將凝固時間降到最低。

（2）注漿壓力要大于土倉壓力0.15～0.2MPa，要以地層沉降監測數據和隧道埋深數據為基礎做好整合工作。

（3）注漿速度和推進速度要具有良好的匹配度，不僅要避免注漿速度太快，還要確保注漿方量足夠，必要時可以對脫出盾尾4～6環的管片壁后實施二次注漿處理，對于同步注漿施工過程中產生的后部管片填筑不密實的情況要及時采取措施解決，使其結構穩定性得到保證。

3.5 做好盾尾間隙控制

在直線段使用轉彎環來調整盾尾間隙時，要采取預期彌補盾尾間隙的方法，實時監測成型隧道測量數據和盾構姿態。如果誤差較大或誤差在逐漸變大，需要使用相反轉彎環來補救。一旦隧道的設計軸線與盾構推進線路之間產生巨大的誤差，則管片受到偏向力的影響也會更大，從而造成管片出現大面積的破損情況。

3.6 嚴控管片與拼裝質量

在生產制作管片前，需認真校驗管片模具的尺寸，并抽樣檢查管片的質量，使管片的生產質量滿足設計標準。運送到施工現場的所有管片必須有質量合格證明材料，相關工作人員需認真檢查管片的強度和外觀，防止不合格的管片出現在隧道施工建設過程中。在拼裝管片時，嚴格管控拼裝施工質量，使成型管片拼裝、螺栓自由穿插管片、均勻排布管片和拼裝施工等全部滿足盾構姿態調整的方向要求。管片拼裝施工要嚴格按照設計的標準執行，拼裝成型的管片盡量保持橢圓形。

4 結束語

綜上所述，在地鐵盾構隧道施工中，由于受到諸多因素的影響，管片頻繁出現錯臺的情況，為了避免此類情況頻繁發生，保障施工質量，就需要施工人員針對地鐵盾構隧道施工中的管片錯臺情況采取科學的控制技術，這也是確保地鐵盾構隧道順利施工的關鍵所在。