盾構(gòu)隧道管片上浮原因分析及應(yīng)對(duì)措施 高偉

1、盾構(gòu)隧道管片上浮原因分析及應(yīng)對(duì)措施高偉摘要：襯砌管片上浮是盾構(gòu)隧道施工過程中普遍存在的問題，一直困擾著盾構(gòu) 隧道的施工。針對(duì)寧波地鐵3號(hào)線一期體育館站到明樓站區(qū)間盾構(gòu)隧道施工過程 中出現(xiàn)的管片上浮問題，分析了盾構(gòu)掘進(jìn)過程中管片上浮的原因，并從地質(zhì)條件、 注漿方法、漿液選擇、注漿參數(shù)控制、隧道上覆土、盾構(gòu)姿態(tài)入手，提出了施工、 設(shè)計(jì)過程中控制襯砌管片上浮的對(duì)策和針對(duì)性措施，為盾構(gòu)隧道的施工和設(shè)計(jì)提 供了參考。關(guān)鍵詞：盾構(gòu)隧道管片；上浮原因分析；應(yīng)對(duì)措施引言地鐵盾構(gòu)掘進(jìn)施工過程中，管片上浮問題比較突出，部分項(xiàng)目甚至嚴(yán)重到需 設(shè)置調(diào)坡以適合線路設(shè)計(jì)，造成了較大的工期及經(jīng)濟(jì)損失。為了確保地鐵隧洞線 型

2、滿足設(shè)計(jì)及保證工程質(zhì)量，需將管片上浮位移量控制在規(guī)定的合理范圍內(nèi)。盾 構(gòu)掘進(jìn)時(shí)管片的上浮主要是因?yàn)楣芷垢∧芰Σ蛔闼?，管片上浮問題受到多 種復(fù)雜因素的影響，包括水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、掘進(jìn)工法及工藝措施、管片構(gòu)造、 管片后壓漿等。本文依托此項(xiàng)目的工程實(shí)例，從盾構(gòu)工法特征、盾構(gòu)作業(yè)姿態(tài)及 管片后壓漿等多方面著手，對(duì)管片上浮問題產(chǎn)生的原因進(jìn)行了系統(tǒng)的分析及研究， 并采取針對(duì)性施工對(duì)策及措施，很好地控制了管片的上浮1。1管片上浮的危害隧道管片的局部上浮會(huì)帶來一系列連鎖反應(yīng)：由于管片上浮直接影響成型 隧道的軸線偏差，并引起了襯砌結(jié)構(gòu)侵入隧道的建筑限界；管片上浮會(huì)引起管 片間的錯(cuò)臺(tái)，使縱向連接螺栓受剪，

3、出現(xiàn)管片裂縫，嚴(yán)重著會(huì)剪斷縱向連接螺栓， 影響結(jié)構(gòu)安全；螺栓的剪斷或管片間出現(xiàn)裂縫和錯(cuò)臺(tái)等，都可能破壞管片的防 水結(jié)構(gòu)，進(jìn)而引起滲漏。不及時(shí)補(bǔ)救，破壞程度蔓延，某些地層中可能出現(xiàn)嚴(yán)重 的管涌、流沙等事故；上覆土受土體自重和管片上浮力的影響，產(chǎn)生局部裂縫 或壓縮現(xiàn)象，嚴(yán)重者會(huì)出現(xiàn)貫通裂縫，如果地層不透水，加之上覆土也受到浮力 作用的影響，上覆荷載相應(yīng)減小，無疑增加了隧道管片的上浮幅度；在同步注 漿的施工中，由管片上浮引發(fā)的上覆土裂縫會(huì)使?jié){液外流，注漿量也會(huì)明顯增加， 裂縫中水的補(bǔ)給會(huì)阻礙漿液凝固，更不利于上浮現(xiàn)象的改善；千斤頂頂在管片 上為盾構(gòu)掘進(jìn)提供所需的推力，如果局部管片上浮，將會(huì)導(dǎo)致盾構(gòu)推

4、進(jìn)施工時(shí)上 浮管片和臨近管片的偏心受力，管片內(nèi)力重新分布，甚至?xí)l(fā)管片裂縫或更嚴(yán) 重的破壞；因局部管片上浮導(dǎo)致的縱向連接螺栓受到的剪力會(huì)傳輸給相鄰的管 片上，致使管片內(nèi)力重新分布，而且同樣可能引發(fā)管片裂縫或更大的破壞。2盾構(gòu)隧道管片上浮原因2.1有的隧道圍巖具有自穩(wěn)的性能，地層壓力不會(huì)對(duì)脫出盾尾后的襯砌環(huán)產(chǎn)生 太大的影響，若沒有水或未凝漿液的作用，上浮問題往往不會(huì)出現(xiàn)。如果處在富 水地層或使用惰性漿液同步注漿時(shí)，襯砌環(huán)將會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的上浮問題，且這種現(xiàn) 象不會(huì)持續(xù)太長(zhǎng)的時(shí)間。如果盾構(gòu)機(jī)在含水地層掘進(jìn)過程中，即盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)形成 的環(huán)形建筑空間在充滿水，或在充填環(huán)形建筑空隙漿液初凝時(shí)間很長(zhǎng)的條件下，

5、 整個(gè)的隧道管片會(huì)浸泡在盾構(gòu)掘進(jìn)而成的圓形坑道之中，如果管片的重量達(dá)不 到管片所承受的浮力，管片就可能上浮。2.2壁后注漿壁后注漿的目的主要是：一是防止地層變形；二是確保管片的穩(wěn)定（位移變 形）和受力均勻；三是提高隧道的抗?jié)B性2。要達(dá)到上述目的，關(guān)鍵問題是選擇 的注漿漿液應(yīng)滿足：1）必須具有充填性；2）應(yīng)具有一定的和易性且離析少；3） 應(yīng)及早凝固且有一定的早期強(qiáng)度，以抵抗變形對(duì)管片產(chǎn)生的不均勻壓力；4）漿 液硬化后的體積收縮率要小，滲透系數(shù)小，以便更好地固定管片；5）應(yīng)有合適 的稠度，以便不被地下水稀釋，無公害，價(jià)格便宜。該區(qū)間盾構(gòu)同步注漿采用惰 性漿液，其主要成分為砂、粉煤灰、膨潤(rùn)土和水，這

6、類漿液24h強(qiáng)度很低，漿液 初凝時(shí)間長(zhǎng)（大于12h），漿液在初凝前很容易被稀釋。因此，該區(qū)間盾構(gòu)在自 穩(wěn)性較好的粉質(zhì)黏土層掘進(jìn)，上覆土體不會(huì)在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生沉降，致使管片脫出 盾尾后存在一定的空隙，而低強(qiáng)度、未初凝的惰性漿液無法對(duì)管片提供約束作用， 相反會(huì)使管片在漿液中浸泡，必然會(huì)產(chǎn)生管片上??；同時(shí)，在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)振動(dòng)和 隧道內(nèi)電瓶車運(yùn)行振動(dòng)影響下，未凝固的漿液材料很可能被擠到隧道底部或地層 其他間隙，進(jìn)一步加劇了隧道上浮。3盾構(gòu)隧道管片上浮的應(yīng)對(duì)措施3.1控制盾構(gòu)姿態(tài)首先提高盾構(gòu)操作水平，控制盾構(gòu)栽頭”，盾構(gòu)傾斜與隧道坡度差控制在2%。 以內(nèi)。但是對(duì)于流塑性淤泥質(zhì)地層，由于復(fù)合盾構(gòu)的刀盤很重，施

7、工時(shí)有必要進(jìn) 行地基加固，或掘進(jìn)前將待安裝管片堆放在盾尾內(nèi)等臨時(shí)壓重措施，以減小由于 盾構(gòu)栽頭引起的上浮。3.2提高漿液早期抗剪強(qiáng)度漿液特性在實(shí)際工程中對(duì)控制管片上浮位移起到?jīng)Q定性作用，特別是在此工 程中，能有效地控制管片的上浮，當(dāng)漿液的早期抗剪強(qiáng)度越高，觸變性越大，F(xiàn)j 越大，F(xiàn)n越大，抗浮能力越好。為了提高早期抗剪強(qiáng)度，可以通過降低粉煤灰和 增加黃砂含量來適當(dāng)降低漿液的塌落度、稠度值及流動(dòng)性；同時(shí)，也可以增加膨 潤(rùn)土的含量來降低漿液的泌水率。3.3控制和調(diào)整盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)與姿態(tài)盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)的姿態(tài)直接關(guān)系到土方開挖量，超挖現(xiàn)象越嚴(yán)重，盾尾管后空隙 就越大，上浮空間也就越大。所以必須控制好盾構(gòu)機(jī)姿

8、態(tài)，盡可能地使其沿隧道 軸線作最小的蛇形運(yùn)動(dòng)，一有偏差就做最小、最精確的糾正。當(dāng)發(fā)現(xiàn)盾構(gòu)掘進(jìn)中 軸線的平面位置和高程的允許偏差大于規(guī)范要求50mm時(shí)，應(yīng)逐步進(jìn)行糾偏，不 能過猛地糾正偏差，糾偏角度不得大于3mmm 1。同時(shí)，也要合理調(diào)整各個(gè)區(qū) 域千斤頂?shù)挠蛪?，避免局部油壓過大導(dǎo)致管片環(huán)面受力不均勻而加劇管片上浮的 趨勢(shì)。盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)速度也應(yīng)控制在3cmmin 1以內(nèi)，防止因推進(jìn)過快，管片 后漿液未及時(shí)凝固導(dǎo)致大面積上浮。在施工后期過程中，施工單位將單一硬性漿 液改為雙液瞬凝漿，同時(shí)，將盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)調(diào)整為中線以下，然后，保持盾構(gòu)機(jī)姿 態(tài)一直以一個(gè)角度上揚(yáng)推進(jìn)。通過監(jiān)測(cè)其中部分管片上浮位移，最大上浮

9、量為 39mm，為原來管片上浮量最大值的一般，說明在采取相應(yīng)措施之后，管片的上 浮得到有力的控制。3.4掘進(jìn)速度控制因本項(xiàng)目的強(qiáng)、中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖的圍巖較軟，正常情況下盾 構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)速度很快，同步及二次注漿施工工序的作業(yè)時(shí)間短而忙亂，導(dǎo)致管片 與隧洞間空隙填充質(zhì)量差，漿液不能及時(shí)提供仰止管片上浮所需的強(qiáng)度。故掘進(jìn) 速度需與注漿速度相適宜，本項(xiàng)目經(jīng)過試驗(yàn)，采取的推進(jìn)速度不超過5cm/min， 以確保管片在脫出盾尾后不會(huì)因注漿作業(yè)滯后問題而產(chǎn)生不穩(wěn)定的位移3。結(jié)語文中通過對(duì)管片姿態(tài)變化的監(jiān)測(cè)與分析、歸納，探討了管片上浮的原因，并 從注漿漿液與注漿方法的選擇、盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)的控制及參數(shù)的選擇、考慮上覆土與 土層擾動(dòng)、管片姿態(tài)的控制等方面給出了控制盾構(gòu)管片上浮的措施，為今后類似 工程施工提供借鑒。在實(shí)踐中，應(yīng)綜合考慮各種影響管片上浮的因素，及時(shí)對(duì)盾 構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化和調(diào)整，最大可能地控制管片在施工過程中的上浮，使 隧道軸線滿