摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，目前國內(nèi)城市地鐵施工越來越多，盾構(gòu)法應(yīng)用更為廣泛，南北方各城市地質(zhì)千變?nèi)f化，盾構(gòu)施工中問題更是各不相同又互有關(guān)聯(lián);盾構(gòu)施工管片上浮是盾構(gòu)施工較為常見又不好處理的技術(shù)難題，根據(jù)福州地鐵五號(hào)線鳳福區(qū)間盾構(gòu)施工中遇到的管片上浮問題為例，主要通過對(duì)盾構(gòu)機(jī)性能、同步注漿、二次注漿、盾構(gòu)姿態(tài)、管片姿態(tài)、掘進(jìn)參數(shù)、監(jiān)控量測等方面分析研究，提出相關(guān)的控制措施，并在后續(xù)施工中得到了切實(shí)可行的效果，以此為同行作為借鑒。

Abstract： With the development of the economy， there are more and more subway constructions in the country at present， and the shield method is more widely used. The geology of the cities in the north and south is ever-changing and the problems in shield construction are also different and related to each other. The segment floating is a common technical problem that is difficult to deal with in shield construction. According to the example of the segment floating problem encountered in the shield construction of Fengfu section of Fuzhou Metro Line 5， this paper mainly analyzes the shield machine performance， synchronous grouting， secondary grouting， shield posture， segment posture， driving parameters， monitoring and measurement， and puts forward related control measures， which has obtained practical and feasible results in subsequent construction.

關(guān)鍵詞：淤泥中砂;盾構(gòu)施工;管片上浮;掘進(jìn)參數(shù);控制技術(shù)

Key words： sand in silt;shield construction;segment floating;tunneling parameters;control technology

中圖分類號(hào)：U455.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2020）22-0154-03

0? 引言

隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，時(shí)代與科技的進(jìn)步，國內(nèi)城市地鐵施工，盾構(gòu)法應(yīng)用越來也廣泛，盾構(gòu)法是一種安全、高效、快速的施工方法。

成型隧道的線型控制是盾構(gòu)施工的關(guān)鍵所在，但在實(shí)際施工中，盾構(gòu)施工管片上浮是盾構(gòu)施工較為常見又不好處理的技術(shù)難題。造成盾構(gòu)管片上浮的原因有很多，比如：地層水文地質(zhì)、隧道線型、盾構(gòu)機(jī)的性能參數(shù)、掘進(jìn)參數(shù)、同步注漿、二次注漿、盾構(gòu)姿態(tài)等方面的因素。文本依據(jù)福州市軌道交通五號(hào)線鳳山路站—福灣路站盾構(gòu)區(qū)間管片上浮為實(shí)例，主要通過對(duì)盾構(gòu)機(jī)性能、同步注漿、二次注漿、盾構(gòu)姿態(tài)、管片姿態(tài)、掘進(jìn)參數(shù)、監(jiān)控量測等方面查找原因并分析研究，提出相關(guān)的控制措施，并在后續(xù)施工中得到了切實(shí)可行的效果，避免了管片的錯(cuò)臺(tái)、破損及管片線型超限。

1? 工程概況及水文地質(zhì)

1.1 工程概況

鳳山路站～福灣路站區(qū)間線路出鳳山路站后沿盤嶼路下方由西北向東南行進(jìn)，下穿臺(tái)嶼河到達(dá)福灣路站，規(guī)劃盤嶼路寬度42m;區(qū)間右線長518.258m，左線長510.990m，總長度為1029.248m，隧道覆土厚度約7～11m。該區(qū)間左右線分別采用中交天河盾構(gòu)機(jī)和中鐵裝備盾構(gòu)機(jī)施工，兩臺(tái)盾構(gòu)均為土壓平衡主動(dòng)鉸接式;最大開挖直徑6500mm，包含16組液壓推力油缸，推進(jìn)油缸行程2100mm，8組與12組鉸接液壓油缸，油壓分區(qū)為上下左右4個(gè)分區(qū)。區(qū)間采用通用型管片襯砌，楔形量37.2mm，管片外徑6200mm，內(nèi)徑5500mm，厚度35mm，環(huán)寬1200mm，最小可用于200m轉(zhuǎn)彎半徑的隧道;管片拼裝采用錯(cuò)縫拼裝，分為6塊，三塊標(biāo)準(zhǔn)塊B型，兩塊鄰接塊L型，一塊封頂塊F型，拼一環(huán)共計(jì)28顆弧形連接螺栓，盾構(gòu)掘進(jìn)共有8路（4備）同步注漿管路，采用單液惰性漿液，同時(shí)盾構(gòu)配備雙液注漿泵一臺(tái)用于二次注漿。

1.2 水文地質(zhì)

鳳山路站～福灣路站區(qū)間主要穿越的地質(zhì)有淤泥、粉質(zhì)黏土、含泥中砂、中砂層，上覆土層主要為雜填土、填礫粗砂、中粗砂、淤泥、粉質(zhì)黏土等，下臥層主要為發(fā)育淤泥、粉質(zhì)黏土、中砂、淤泥質(zhì)土等，具體區(qū)間地質(zhì)參看圖1所示;本區(qū)間隧道覆土厚度約8～11m，地下水包含上層滯水和承壓水兩種，勘察范圍內(nèi)所有鉆孔均遇見地下水，勘察時(shí)測得鉆孔初見水位埋深為1.30～4.20m，氣候濕潤，雨量充足，大氣降水豐沛，是地下水的補(bǔ)給期，其水位會(huì)明顯上升，填石及砂層中富水性、滲透性較好。

2? 施工中管片上浮情況

依照地鐵公司管理文件及相關(guān)規(guī)范要求，盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，管片姿態(tài)測量為每日一次，如有管片上浮，監(jiān)測頻率加大到每日兩次;本區(qū)間左線盾構(gòu)于10月份先行始發(fā)，12月份右線再行始發(fā)掘進(jìn)，在左線盾構(gòu)掘進(jìn)至164環(huán)時(shí)發(fā)現(xiàn)管片頂部錯(cuò)臺(tái)明顯增大，同時(shí)管片姿態(tài)測量數(shù)據(jù)證明上浮嚴(yán)重，通過幾天數(shù)據(jù)觀察至管片穩(wěn)定，據(jù)統(tǒng)計(jì)管片最大上浮量為195mm（上浮量統(tǒng)計(jì)見圖2單環(huán)上浮與多環(huán)管片相對(duì)上浮曲線），錯(cuò)臺(tái)達(dá)到25mm，個(gè)別部位還出現(xiàn)破損及滲漏水現(xiàn)象。

施工過程中，針對(duì)上浮現(xiàn)象，采取了一些措施，如：壓低盾構(gòu)姿態(tài)、管片連接、改良砂漿、加強(qiáng)二次注漿等措施，取得了部分效果，但無法徹底消除與控制住管片上浮。

3? 上浮危害

依據(jù)GB50446-2017《盾構(gòu)法隧道施工及驗(yàn)收規(guī)范》中9.3.4隧道軸線和高程允許偏差和檢驗(yàn)方法要求管片拼裝質(zhì)量允許偏差為±50mm;16.0.3隧道軸線平面位置和高程偏差要求地鐵隧道的規(guī)范允許值均為±100mm。根據(jù)規(guī)范要求，如此大的上浮量，造成成型管片實(shí)際軸線高程大于規(guī)范值，超限后又涉及整個(gè)區(qū)間的調(diào)線調(diào)坡問題;再有就是不均性的上浮，造成管片錯(cuò)臺(tái)超限，錯(cuò)臺(tái)過大進(jìn)而破壞密封條，影響防水的質(zhì)量，造成滲漏水，個(gè)別位置管片破損嚴(yán)重，降低了管片本身的抗壓強(qiáng)度和抗?jié)B壓力。

4? 原因分析

4.1 地質(zhì)水文條件

鳳福區(qū)間上浮段正好位于淤泥中砂地層，頂部覆土最淺的位置，拱頂埋深僅為8m左右，上覆土為雜填土、填礫粗砂、中粗砂，填石及砂層中富水性、滲透性較好，造成地層含水量大;盾構(gòu)機(jī)開挖直徑為6500mm，管片外徑為6200mm，理論上管片與土層的間隙都有150mm，同步注漿不可能做到及時(shí)凝固;管片本身為中空結(jié)構(gòu)，此段又覆土淺，包裹約束力不足，抗浮性能較差;綜合以上幾個(gè)因素，給管片上浮創(chuàng)造了時(shí)間與空間。

4.2 隧道線型與盾構(gòu)掘進(jìn)

盾構(gòu)姿態(tài)是指盾構(gòu)機(jī)在操作中的實(shí)際行動(dòng)曲線，施工中必然與隧道設(shè)計(jì)軸線存在偏差，只有通過對(duì)各掘進(jìn)參數(shù)的精確控制，才能使盾構(gòu)姿態(tài)更加貼合隧道設(shè)計(jì)軸線;鳳福區(qū)間設(shè)計(jì)由兩端直線和一段圓曲線構(gòu)成，曲線半徑為550m，區(qū)間隧道縱斷面采用V字坡，最大坡度為6.2‰，上浮段位于最小半徑轉(zhuǎn)彎及最大下坡段，盾構(gòu)姿態(tài)的控制帶來一定困難，姿態(tài)調(diào)整過程中，由于設(shè)備重、覆土淺，出現(xiàn)“載頭”現(xiàn)象，造成底部分區(qū)油壓過大，通過加大土壓、降低推進(jìn)速度、鉸接垂直角度放到最大及頂部油缸全部摘除，才控制了盾構(gòu)繼續(xù)“載頭”的趨勢，由此造成管片受力更加不均衡，產(chǎn)生垂直向上的更大分力，外加下坡，更加加劇了管片向上的趨勢，一定程度上加劇了管片的上浮，推進(jìn)油缸分部如圖3所示。

4.3 同步注漿的質(zhì)量

同步注漿的目的，主要是填充盾構(gòu)開挖與管片之間的空隙，支撐管片周圍巖體，防止地面沉降，確保建構(gòu)筑及地下管線的安全;凝結(jié)的砂漿作為盾構(gòu)施工隧道的第一道防水線，提高管片穩(wěn)定性以及管片防水功能;當(dāng)?shù)叵滤S富時(shí)，還能防止盾尾后的水匯集至刀盤土倉內(nèi)，減小了噴涌的發(fā)生。為達(dá)到以上條件，選用砂漿最為重要，砂漿性能的要求主要有以下幾個(gè)方面：漿液充填性好、和易性好、泌水率低、初凝時(shí)間適當(dāng)、早期強(qiáng)度高、硬化后體積收縮率小、粘稠度合適、不被地下水稀釋為宜。

本區(qū)間采用水泥砂漿，通過一定試驗(yàn)，但為考慮以上幾種因素的情況下，初期效果不錯(cuò);由于管片上浮的關(guān)系，結(jié)合上兩點(diǎn)原因，受地下水的影響，砂漿質(zhì)量下降，初凝時(shí)間變長、和易性變差等，無法對(duì)管片起到應(yīng)有的約束力，同時(shí)砂漿里面的沙子沉淀至管片底部，水離析至管片頂部，更加加大了管片上浮力度，因此后期對(duì)砂漿的性能提出了更高的要求。

5? 控制措施

通過上述原因分析，應(yīng)根據(jù)不同的原因制定相對(duì)應(yīng)的處理辦法，但如開始所講，管片上浮的都是各種原因綜合產(chǎn)生的，因此除要每一項(xiàng)制定措施外，更要綜合利用，才能達(dá)到理想的效果。

5.1 掘進(jìn)參數(shù)的控制

推進(jìn)過程中，通過對(duì)盾構(gòu)姿態(tài)的下壓控制，雖然一時(shí)控制了管片上浮超限問題，但不能解決真正的上浮問題;后面通過降低刀盤轉(zhuǎn)速（控制在0.8rpm）、放慢推進(jìn)速度（不超過40mm/min）、增加土壓、打開垂直鉸接角度（0.5deg），把盾構(gòu)姿態(tài)穩(wěn)住，控制盾構(gòu)繼續(xù)“載頭”，通過5環(huán)的慢慢調(diào)整，盾構(gòu)趨勢逐步調(diào)順，各分區(qū)油壓恢復(fù)正常，糾偏過程每環(huán)控制3mm以內(nèi)，合理調(diào)整各分區(qū)推進(jìn)油缸油壓值，使相鄰分區(qū)油壓差控制在50bar以內(nèi)，嚴(yán)禁急糾與超挖;加強(qiáng)管片拼裝點(diǎn)位選擇，防止因選型失誤產(chǎn)生上浮應(yīng)力。

5.2 同步砂漿性能調(diào)整

結(jié)合地層變化及管片上浮情況，同步砂漿進(jìn)行送檢試驗(yàn)，確定初凝時(shí)間及各性能指標(biāo)變化，重新制定配合比，最終確定砂漿的初凝時(shí)間為6個(gè)小時(shí)，終凝時(shí)間為12小時(shí)，漿液靜置不離析、不沉淀，泌水率小于2.5%，具體配合比見表1。

同步注漿參數(shù)要求及其它調(diào)整變化：

①盾構(gòu)同步注漿孔位的選擇，由原來的四個(gè)孔位注漿調(diào)整為左上與右上兩個(gè)孔位，注漿孔位如圖4所示。

②注漿速度與推進(jìn)速度的匹配，兩者相輔相成，只有兩者完美匹配，才能第一時(shí)間確保管片與地層間隙的完美填充。

③注漿量的變化，經(jīng)計(jì)算，推進(jìn)一環(huán)理論間隙體積為3.3m3，依據(jù)規(guī)范要求同步注漿填充率為130～180%，前期采用的填充率為150%，結(jié)合地層變化，填充率調(diào)整為180%，也是確保每環(huán)不低于6m3砂漿。

④注漿壓力的變化，壓力過小，漿液填充速度慢，填充不密實(shí);壓力過大，地層擾動(dòng)大，砂漿容易擊穿盾尾止?jié){板，包裹盾尾，對(duì)后期施工產(chǎn)生不可逆的嚴(yán)重影響;結(jié)合各方面數(shù)據(jù)，最終確定注漿壓力確定為土倉壓力的1.2～1.5倍。

⑤加強(qiáng)攪拌站原材料把關(guān)，定期送檢;同時(shí)加強(qiáng)砂漿性能試驗(yàn)和砂漿攪拌站各部件檢修與標(biāo)定復(fù)核，通過定期送檢及不定期抽檢的方式，做到準(zhǔn)確計(jì)量拌制，全面確保砂漿拌制的穩(wěn)定性。

5.3 二次注漿控制

二次注漿作為盾構(gòu)施工的一種輔助工法，主要起到補(bǔ)充加固、提高管片抗?jié)B性的作用，由于同步注漿漿液凝固后有所收縮，或者同步注漿沒有填充密實(shí)，需要二次注漿進(jìn)行補(bǔ)充，二次注漿采用雙液漿（水泥+水玻璃），將管片壁后的流水阻斷，防止地下水繼續(xù)流入土倉內(nèi)。

二次注漿參數(shù)控制

①配比：采用普通硅酸鹽水泥，水泥漿與水玻璃調(diào)配混合初凝時(shí)間確定為20S，注漿壓力控制在不超過4bar，注漿速度控制在20L/min。

②注漿點(diǎn)位：利用管片吊裝孔進(jìn)行二次注漿，注漿的點(diǎn)位主要集中在整環(huán)管片腰部以上位置，最頂部具備注漿條件，優(yōu)先注漿。

③注漿環(huán)號(hào)，因要避免距離盾尾太近，擊穿盾尾刷，造成盾尾密封失效，決定自盾尾后7～8環(huán)位置開始二次注漿，并且此位置注漿時(shí)必須與掘進(jìn)施工同步進(jìn)行，確保了尾刷的雙重安全。

④施工中，因?yàn)殡p液注漿不能距離盾尾太近，還采取了把一路注漿管引到盾尾后三環(huán)的位置，進(jìn)行砂漿的補(bǔ)注，注漿壓力控制在1.5～2bar。

5.4 其他輔助性控制措施

①利用槽鋼和管片螺栓，對(duì)上浮的管片進(jìn)行管片縱向連接，使其整體受力，防止錯(cuò)臺(tái)過大造成破損及滲漏水，對(duì)整體抗浮性也能起到積極的作用。

②對(duì)上浮嚴(yán)重區(qū)段，管片底部開孔處理，看是否有水流，有水的把水放掉，頂部二次注漿，待管片穩(wěn)定后，再封堵吊裝孔。

③加大管片監(jiān)測頻率，每隔5環(huán)或6小時(shí)監(jiān)測一次，對(duì)上浮量大的管片進(jìn)行相關(guān)措施處理;并對(duì)圓曲線上浮段，加大導(dǎo)向系統(tǒng)檢查及姿態(tài)復(fù)核頻率，發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)換站及復(fù)核。

④加強(qiáng)螺栓復(fù)緊次數(shù)，正常掘進(jìn)施工，管片螺栓復(fù)緊為3次，管片上浮區(qū)段，螺栓復(fù)緊5次，更好的控制管片間的密貼。

⑤加強(qiáng)人員培訓(xùn)及設(shè)備維保，防止盾構(gòu)機(jī)在軟弱地層的長時(shí)間停機(jī)，真正做到盾構(gòu)施工的連續(xù)與穩(wěn)定。

6? 控制效果

通過對(duì)盾構(gòu)機(jī)性能、同步注漿、二次注漿、盾構(gòu)姿態(tài)、管片姿態(tài)、掘進(jìn)參數(shù)、監(jiān)控量測等方面控制措施，管片上浮得到了明顯的效果，基本控制在20～25mm之間，最終成型隧道線型與設(shè)計(jì)軸線的偏差±50mm以內(nèi)，因此，盾構(gòu)施工中應(yīng)加強(qiáng)各環(huán)節(jié)的把控，控制管片上浮，更好的避免了管片的錯(cuò)臺(tái)、破損及管片線型超限。

7? 結(jié)語

淤泥中砂層控制管片上浮的根本性措施是確保盾構(gòu)的連續(xù)掘進(jìn)，掘進(jìn)參數(shù)的有效控制、調(diào)整，同步注漿的性能的把控，二次注漿的及時(shí)性，以及科學(xué)有效的管理。

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作者簡介：李光山（1986-），男，山東禹城人，本科，學(xué)士學(xué)位，工程師。