盾构小曲线段施工管片质量控制

郭军伟

摘要：文章针对曲线段盾构施工过程中管片成型控制的重、难点，结合在中铁隧道股份有限公司武汉轨道交通二号线越江地铁项目部的实际经验，对曲线段盾构施工中管片成型过程中出现的渗漏水、崩缺、错台等问题形成的原因进行了分析，并提出了对策及预防措施。

关键词：盾构；管片质量；渗漏水；崩缺；错台；原因

Abstract: As for the difficult or key points to the control of segment shape for shielding construction in a tight curve section, this paper will analyze, in accordance with the practical experience from the cross-river project of Wuhan Metro Line 2, the relevant reasons resulting in the water penetration or leaking and segment broking or staggering, and put forward corresponding measures and precautions.

Key words: shield, segment quality, water penetration or leaking, segment broking, segment staggering, reason

中图分类号：文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

1 绪言:

目前，随着我国经济的迅速发展，城市化进程越来越快，随之而来的问题是地面交通日益拥堵，在地面空间无法满足发展需求的时候，城市的发展最终迈出向地下发展的步伐。如：北京、上海、广州、南京、武汉、西安、郑州、深圳、青岛、苏州等很多一线城市及沿海经济发达城市开始修建地铁轨道交通作为新的交通要道。由于地铁隧道采用盾构法施工在工期、质量、安全等诸多方面具有明显的优势，所以现在地铁隧道的修建基本都是采用盾构法施工。

盾构法施工形成的地铁隧道主要由提前预制好的钢筋混凝土管片按设计要求拼装成型形成，对管片的抗渗、抗压、耐久性等有很高的要求。在地铁隧道小曲线段盾构法施工过程中，拼装成型后的管片一旦出现质量问题，可能会出现灾难性的后果。所以在小曲线段盾构施工方面，管片成型的质量控制仍有许多重点和难点需要进一步提高认识，加强解决，如防治管片的渗漏水、崩缺、错台就是其中常见的技术问题。

2 现状调查

武汉轨道交通二号线越江地铁隧道是武汉市重点工程，是国内首条穿越长江的地铁隧道，地质条件复杂，施工难度大。盾构隧道采用管片拼装式单层衬砌， 衬砌环由一个封顶块（K）、两个邻接块（B1、B2）和三个标准块（A1、A2、A3）组成，管片为双面楔形通用管片，楔形量为40mm。

曲线段最小转弯半径为350m，且在曲线上穿越风井，而地层含水量高，水压大，盾构施工时需连续纠偏，钢筋混凝土管片在拼装成型过程中容易发生崩缺、错台、渗漏水等质量缺陷。

当盾构机进入小曲线半径90环后，对拼装完成的管片进行质量检查，共检查90个点，发现问题16个点，调查表如下：

小曲线段质量调查统计表

结合《小曲线段质量调查统计表》，得出以下统计表格：

调查统计表

序号 问题 频数（点） 频率（%） 累计频率（%）

1 管片错台（>10mm） 9 56.25 56.25

2 管片接缝渗漏水 4 25 81.25

3 管片崩缺 3 18.75 100

合计 16 100

管片拼装质量合格率为82.2%

根据管片拼装质量调查统计情况，可以看出已施工完成的管片拼装质量不容乐观，部分管片错台已超出了规范要求的范围，部分位置渗漏水严重，管片拼装质量如再不进行控制提高，将直接影响整个工程的竣工验收及评价。

3 原因分析及对策

3.1点位选择不理想

管片K块点位虽进行了精确计算，但实际施工中最理想点位并不能与理论K块的拼装点位相重合，造成管片环面与盾构掘进方向不垂直，在点位选择偏差时，容易造成拼装困难，影响线路纠偏，从而导致管片错台。

3.1.1实施对策

点位拟合提前技术准备，在盾构施工进入350m半径圆曲线前进行理论模拟，提前做好技术支持，编制技术交底。计算出每环管片需要的楔形量，保证盾尾有合适的间隙，并形成交底下发，交接班人员交接清楚，选派有经验的工程师进行值班。

(1)左右油缸行程差的计算：

盾构管片外直径为6200mm，转弯半径为350米，其左右油缸行程差的计算示意图见下图1所示。假设左侧油缸（12号）行程为X,右侧油缸（4号）行程为Y。由下图1可知： ， ，经计算Y-X=26.57mm,取为26.6mm 。

图1 左右油缸行程差计算图

图2K块理论位置计算图

(2)管片K块拼装点位计算

管片的最大楔形量为40mm，计算左右油缸行程差为26.6mm，所以管片K块的理论位置为是使整环管片左右侧差也为26.6mm。由计算知K块的理论位置为：50.2082o。见上图2所示。

由图2计算知当K块在12#，左(12)右(4)油缸行程差为-40mm，当K块在13#、11#，左(12)右(4)油缸行程差为-37mm，当K块在14#、10#，左(12)右(4)油缸行程差为-28.2mm，当K块在15#、9#，左(12)右(4)油缸行程差为-15.4mm。

K块的理论位置在10#和14#附近，相差50.2082o。在管片K块点位选择时，最好是在10#和14#附近，同时根据施工过程中每环盾构姿态，对K块点位适当调整。

3.2掘进姿态偏差

在盾构机掘进至缓和曲线时，经计算应尽可能将盾构姿态调整到位或进行侧向20mm-30mm的预偏，盾构机在实际掘进过程中呈蛇形前进，如没有很好的姿态进入小曲线，运动轨迹波动幅度过大，掘进与设计中线偏差较大，盾构机在连续纠偏后必然导致盾尾间隙分布不匀，由于尾刷在盾尾不能直观观察有无变形情况，，内侧部分管片使尾刷发生变形，管片与尾刷的间隙增大，从而降低了尾刷的密封性能，容易产生渗漏，管片拼装时为避免内侧管片与盾尾接触对盾尾刷造成损害而产生错台，崩缺。

3.2.1实施对策

(1)加强控制提前技术准备，制定合理的技术交底，提前调整盾构姿态，可预一定的反向位。

在发生管片脱出盾尾移位、盾构姿态难以控制等意外情况时，在隧道衬砌未超限的前提下，为确保管片不受盾尾挤压，应适当调整盾构掘进纠偏量，确保管片拼装质量。盾构机纠偏时宜慢不宜急，防止盾构机蛇行量过大，每环纠偏量不超过40mm。根据盾构现有的姿态，找出最合理的纠偏曲线。并在下步掘进时，对盾构掘进纠偏量进行调整，逐步将掘进趋势调整至设计线路中线上。

由上环K块位置，通过左右油缸行程差来调整下环盾构姿态，利于控制盾构姿态。见盾构姿态控制表如下：

盾构姿态控制表（通过油缸差）

(2)小曲线段掘进时，应适当增加隧道测量的频率，通过多次测量来确保盾构测量数据的准确性，同时实施跟踪测量，促使盾构机形成良好的掘进姿态。

3.3管片拼装不规范

在拼装管片的过程中，操作人员拼装不规范，K块拼装前预留的空间不足，径向插入时受相邻管片挤压，导致管片错台、崩缺，同时止水条受挤压变形，达不到密封效果，产生渗漏水现象。

本线路管片没有设计转弯环，管片在曲线段拼装只能依靠楔形量来转弯，当管片拼装时没有均布摆匀，螺栓穿插困难，拼装完毕后没有及时复紧螺栓，这些不规范的操作是导致管片错台重要因素。

3.3.1实施对策

加强监督管片拼装过程，对违章或不符合规范要求的挫折及时制止和纠正，严禁未完成就进行下一道工序。

(1)严格控制管片拼装质量：严格控制管片拼装顺序、螺栓复紧等管片拼装制度，确保拼装后的整环管片椭圆度控制在规范要求范围内。管片螺栓未全部禁锢前，不允许盾构掘进。同时在掘进过程中要加强管片螺栓的复紧。

(2)随时观察盾尾：在盾构掘进的过程中，土木值班工程师、工班长和管片拼装司机等人员要随时观察管片和盾尾相对位置，如果出现盾尾与管片挤压，应及时通知盾构掘进司机，调整纠偏量或停止纠偏，直至管片和盾尾不再挤压再进行纠偏。

(3)管片拼装时，可适当将管片整体向右侧偏移，管片拼装尽量减小，避免横向变大。

(4)管片理想位置为是掘进完成后，盾尾间隙右侧小于左侧；管片拼装完毕后盾尾间隙左侧小于右侧。

(5)在小半径曲线隧道掘进过程中设置预偏量20 ～40 mm，建议预偏量为25mm左右。

(6)在每环掘进开始，盾构掘进速度不允许快速加大，待掘进20cm后，然后再按正常掘进速度进行掘进。

3.4盾构推力不均

盾构在小曲线段掘进过程中，需要加大曲线外侧推力来增加左右两侧油缸的推力差，从而实现盾构机转弯。由此导致左右侧两组油缸分区推力不均，造成管片崩缺碎裂。

3.4.1实施对策

分析确定合理有效的盾构参数，控制好盾构推进速度与推力的关系，掘进刚开始时以较小速度递增，避免千斤顶起始推力过大。

在掘进过程中，提前进行盾构姿态预偏，掘进过程中若遇到左右分区压力差异过大，可以适当减小。

(1)严格控制盾构推进速度：推进时速度应控制在30mm /min以内,避免因推力过大而引起的侧向压力的增大。

(2)严格控制盾构正面平衡压力：必须严格控制与切口平衡压力有关的施工参数,如推进速度、总推力、实际泥水压力等。同时防止过量超挖、欠挖,尽量减少平衡压力的波动,其波动值控制在0. 2bar以内。

(3)严格控制同步注浆量和浆液质量：推进时应严格控制同步注浆量和浆液质量, 确保每环注浆总量到位, 浆液均匀合理地压注,确保浆液的配比符合质量标准。注浆未达到要求时盾构暂停推进,以防止土体变形。

4 结论

经过项目部全体员工的共同努力，在右线隧道小曲线段施工完成，左线隧道完成小曲线段的50%的时候，经现场检查统计150个点，出现质量问题的点有5个，管片错台、崩缺、渗漏水合计缺陷为3.3%，管片拼装质量合格率为96.7%，通过后期封堵和修补达到了规范验收要求。说明采取的措施是有一定成效的。

参考文献：

[1]张凤祥，傅德明，杨国祥等.盾构隧道施工手册[M].北京：人民交通出版社。

[2]周文波.盾构法隧道施工技术及应用[M].北京：中国建筑工业出版社。

[3]竺维彬，鞠世建.复合地层中的盾构施工技术[M].北京：中国科学技术出版社。

[4]秦汉礼.盾构隧道钢筋混凝土管片制作技术[J].隧道建设。