喻青儒 肖飛 張道彬

摘 要：隨著國內(nèi)城市軌道交通建設(shè)的大面積展開，盾構(gòu)施工技術(shù)也在不斷向前發(fā)展。在此背景下，盾構(gòu)管片姿態(tài)偏差已經(jīng)成了盾構(gòu)施工中一項常見的質(zhì)量通病，輕則出現(xiàn)錯臺、滲漏水等現(xiàn)象，重則造成隧道中心軸線嚴重偏離設(shè)計、隧道管片破裂、螺栓剪斷等事故發(fā)生。管片上浮屬于姿態(tài)偏差的一種情況，管片上浮控制技術(shù)一直是業(yè)內(nèi)非常關(guān)注，也是一直進行研究的一項課題。管片上浮的控制與盾構(gòu)掘進、測量控制、同步注漿、二次注漿以及地層情況均有較為密切的關(guān)系。

關(guān)鍵詞：管片上??；二次注漿；錯臺

中圖分類號：U455 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）08-0110-02

相對于盾構(gòu)機掘進過程中的管片上浮管控，本文從盾構(gòu)工法、地層情況、注漿材料、注漿工藝等方面探討在盾構(gòu)機到達階段管片上浮管控的技術(shù)，并提出相應(yīng)的措施和建議。

1 管片上浮的理論基礎(chǔ)與主要應(yīng)對措施

一般認為做好掘進施工的精確測量、控制好盾構(gòu)機的姿態(tài)基本上就能保證管片的拼裝質(zhì)量與姿態(tài)，但是在多數(shù)情況下，管片脫出盾尾后必然會產(chǎn)生上浮的現(xiàn)象。就目前的理論研究方面來看，盾構(gòu)掘進的工法決定了管片上浮是必然存在的。

盾構(gòu)機刀盤直徑D>成型隧道外徑d，D與d之間的空隙一般情況下由同步注漿的漿液進行填充，當ρ漿液×g×V1>ρ混凝土×g×V2（V1為單環(huán)切削土體理論體積，V2為單環(huán)混凝土管片體積，一般情況下ρ漿液V1必定大于ρ混凝土V2）時，在管片脫出盾尾失去約束后，臺車及后配套的重量無法抵抗上浮的力，管片必然造成上浮。

根據(jù)相關(guān)文獻及研究表明：Ⅴ級及以上等級的圍巖中，盾構(gòu)管片上浮主要是出現(xiàn)在管片脫出殼體后產(chǎn)生的；而在軟弱土層中，管片上浮共分為兩個階段，第一階段是管片脫出盾尾時擠壓填充漿液時出現(xiàn)的，第二階段是成型隧道抵抗上部軟土的過程中出現(xiàn)的。在前一階段的管片上浮理論基礎(chǔ)基本相同，均是由于開挖截面大于隧道成型截面造成的，后一階段主要是由上覆土的情況決定。

根據(jù)規(guī)范的要求，管片拼裝軸線高程和平面的允許偏差為±50mm。為解決管片上浮這個必然的問題，盾構(gòu)掘進施工過程中可以根據(jù)不同的情況來采取措施：

（1）在第一階段（管片脫出盾尾階段），在實際盾構(gòu)施工操作中（如圖1），首先根據(jù)地質(zhì)條件和試掘進的參數(shù)，將盾構(gòu)機的實際軸線往下垂直偏移50mm左右，以消除或減小管片上浮后與設(shè)計中心軸線的偏差。

（2）第二個措施就是控制好同步注漿和二次注漿漿液的配合比與類型。當前漿液共有三種形式的同步注漿漿液：一種惰性漿液，一種普通水泥漿液，另外一種為雙液漿。

在巖層中，同步注漿漿液主要為填充縫隙，上部巖層不會產(chǎn)生沉降變形剪切漿液，所以一般情況下根據(jù)管片上浮的情況注入較便宜的普通水泥漿，在二次注漿的過程中通過調(diào)整注漿的順序和壓力來控制上浮。如若在上浮較大的情況下，可注入價格較貴的雙液漿，注入順序可先上后下。整個管片上浮基本上是在初凝階段發(fā)生的，配合比方面主要控制漿液的初凝時間即可。

在軟弱地層中掘進時，考慮地層沉降的趨勢，注漿材料采用惰性材料即能夠獲取較良好的初期控制，并能減少成本。遠期上浮則需要對地質(zhì)條件、覆土厚度以及列車運行震動等方面進行多方位的考慮。

（3）軟弱土層中成型隧道抵抗上部軟土形成上浮的現(xiàn)象是一個長期、緩慢的過程，如若覆蓋土層不能抵抗上浮力時，隧道管片上浮將會朝著隧道嚴重破壞的方向發(fā)展。在某些時候，列車的運營帶來的震動也可能造成軟弱土層的敏感性液化，進而將這一過程嚴重化，甚至導致隧道漏水、管片破裂影響運營安全。在這種情況下，就必須對隧道上方軟弱地層進行加固處理。常見的加固措施有三軸攪拌樁、雙管旋噴樁等加固措施。

2 到達階段管片姿態(tài)上浮研究與控制措施

2.1 到達階段推力不均導致管片上浮

在常見的盾構(gòu)隧道線型設(shè)計中，到達階段基本上為一個上坡段，盾構(gòu)機的姿態(tài)主要依靠主動或被動鉸接來進行調(diào)整，但在鉸接調(diào)整垂直或是水平姿態(tài)的過程中，也有出現(xiàn)姿態(tài)調(diào)整達不到要求的情況。在這種情況下，為滿足姿態(tài)調(diào)整的需要，盾構(gòu)機的操作手往往會對各千斤頂施加不同大小的力來輔助調(diào)整姿態(tài)。一般情況下先拼裝底部的管片，然后拼裝周邊與頂部管片，在利用千斤頂調(diào)盾構(gòu)機姿態(tài)時，操作手將千斤頂推力調(diào)整成F2>F1時（如圖2），Δ=F2-F1的水平分力產(chǎn)生了向上的作用力，導致脫出盾尾的管片產(chǎn)生向上移動的趨勢，從而導致管片上浮。

以上情況在到達階段也會因覆土層變淺，地質(zhì)斷面出現(xiàn)上軟下硬的情況時，盾構(gòu)底部千斤頂推力加大也有可能產(chǎn)生圖2的情況。

因推力造成的管片受力不均，開挖斷面內(nèi)的管片必然進行上浮，在這樣的情況下，就必須考慮調(diào)整盾構(gòu)機姿態(tài)，從設(shè)計上直接設(shè)計成直線出洞。如果設(shè)計沒有在線性上考慮，這需在施工階段考慮盾構(gòu)機直線出洞，然后在后期調(diào)整管片姿態(tài)以滿足設(shè)計要求。出洞后管片的糾偏工作主要依靠二次注漿來進行糾正，具體操作同常規(guī)的糾偏措施，滿足規(guī)范要求即可。

2.2 同步注漿導致的管片上浮

同步注漿是填充盾構(gòu)開挖面與管片界面之間間隙的一種手段，考慮到地下水的作用，漿液的選用方面和使用上主要考慮地層的問題。最終管片姿態(tài)的形成和控制均需要通過二次注漿來進行調(diào)整。多數(shù)情況下，二次注漿的選擇基本為水泥漿。二次注漿的漿液采用普通水泥漿時，初凝時間在外部地下水的影響下時間難以控制。這樣的二次注漿反而會對原先留置在空隙中正在進行初凝的同步注漿材料進行擾動，管片上浮產(chǎn)生的剪切破壞將會進一步加劇。

雙液漿的好處就是凝固時間較短，能夠有效的控制和調(diào)整管片的姿態(tài)。但是雙液漿也有它的缺點，比如在使用過程中易堵管且費用高，在操作不當?shù)那闆r下還有可能因壓力集中造成管片破壞。如果二次注漿全部采用雙液漿進行注漿，工程施工中是難以接受的。通過工程實例得出的結(jié)果，二次注漿過程中每隔5～8環(huán)采用雙液漿做一環(huán)的止水固定環(huán)，注漿壓力控制在0.2MPa以內(nèi)，然后其他環(huán)管片外部二次注漿采用普通水泥漿進行調(diào)整和填充，這樣能夠很好的解決以上存在的各種問題。

2.3 到達接收架階段管片上浮控制

達到接收架時，為保證二次注漿不污染盾尾刷，盾尾管片二次注漿的及時性將大大的延后?？紤]管片脫出盾尾上浮的情況下，在接收架安裝點較低時，盾構(gòu)機機頭落架時整體的重量會拉扯后部管片，形成一個非常大的向下的力。這樣極端的情況下，到達階段靠近洞口的管片將有可能造成螺栓拉裂，非常嚴重的管片錯臺，漏水漏水或是災難性事故的發(fā)生。圖3所示就是到達階段脫出盾尾部分管片與盾構(gòu)機內(nèi)的管片產(chǎn)生嚴重錯臺、螺栓拉裂的情況。

產(chǎn)生這樣的問題主要原因有以下兩個方面：（1）盾構(gòu)機姿態(tài)控制不到位；（2）接收架與出洞后盾構(gòu)機的刀盤位置未進行嚴格核算和調(diào)整，導致接收架過低。要解決此類問題，就必須在刀盤露出洞口后，精確測量刀盤中心與盾尾姿態(tài)，根據(jù)測算的數(shù)據(jù)，重新調(diào)整接收架高度；同時在到達階段將盾構(gòu)機整個姿態(tài)中心控制在設(shè)計軸線上。

2.4 精確測量

管片上浮的情況，在施工過程中可以通過管片拼裝質(zhì)量及管片的間隙來進行初步判斷。但管片上浮很大一部分是在管片剪切漿液或土體時因浮力產(chǎn)生的，這就需要對管片的情況及時掌控，以便在后續(xù)二次注漿或是掘進施工中采取措施和調(diào)整參數(shù)。

通過實踐表明，每日（24小時）掘進8～10環(huán)就必須進行一次管片姿態(tài)人工測量、盾構(gòu)機姿態(tài)人工測量，這樣能更好的合理設(shè)置盾構(gòu)機的掘進姿態(tài)以及管片外二次注漿的要點和時間點。

3 結(jié)語

通過不斷的實踐和理論研究，管片上浮現(xiàn)象是不可避免的，但控制和調(diào)整的手段也越來越得到一線作業(yè)人員與管理者的關(guān)注。隨著盾構(gòu)施工越來越智能化、自動化，在管片上浮理論研究及控制方面仍舊需要人工不斷的進行校正和調(diào)整，并將其得到更進一步的發(fā)展。

控制好管片上浮就必須根據(jù)不同地層選擇不同漿液，做好精確測量、同步注漿、二次注漿的工作。在到達階段，二次注漿的及時性不同于一般情況下的施工，應(yīng)做到及時、可靠，達到預先控制的目的，提高管片成型后的質(zhì)量，降低到達階段的施工風險。

參考文獻

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