沈阳地区盾构下穿河流段管片上浮控制技术研究

刘铁

摘要：盾构穿越河流段施工过程中发现，管片在脱出盾尾3～4环出现上浮。主要从管片受力、承压水、建筑空隙及同步注浆等方面进行研究并制定相关控制技术措施。经过分析，盾构在刚进入河流下坡段的理论建筑空隙为管片上浮提供了自由空间；盾构在下穿河流的过程中覆土的突然减小、受到向上的合力、为管片上浮提供了动力；同步浆液及注浆的形式造成管片的不稳定性。通过理论结合实际对管片上浮进行控制，保证了后续顺利施工。

Abstract： During the construction process of shield tunneling through river section， it is found that the segments rise up and fall in the 3～4 ring of the shield tail. This paper mainly studies from the segment pressure， pressure water， construction gaps and synchronous grouting and other aspects and makes relevant control measures. After analysis， it is found that the theoretical building space where the shield just enters the downhill section provides a free space for the segment to float up； the sudden reduce of casing and the upward force provide power for the segment to float up during the shield down passing through the river； synchronous slurry and the form of grouting caused the instability of the segment. Measures are taken to control the segment floating up combining theory with practice， which ensures smooth follow-up construction.

关键词：下穿河流；地下水；同步注浆；上浮；控制

Key words： down passing river；groundwater；synchronous grouting；floating；control

中图分类号：U455.43 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）08-0120-02

0 引言

盾構法施工在沈阳地区的应用越来越广，它的优势明显，如安全、高效、对周边环境影响小等，尤其在城市施工中受到广泛欢迎。盾构法施工相对比较成熟，但施工过程中仍有一定问题出现，需要注意并且进行研究、克服。盾构施工中易出现管片上浮，尤其浅覆土、下坡段，轻则管片错台、破损和漏水，重则影响隧道线形。故必须根据具体现场情况分析原因，并找出相应的控制措施。本文通过对区间管片上浮的分析与研究，找到了原因，制定了相关的控制措施，后续施工管片上浮问题得到很好的控制，保证了工程的顺利进行，积累了宝贵的施工经验。

1 工程简介

区间右K6+790.0～右K7+588.000正线采用盾构法施工，盾构段长度为798m。区间在纵断面上线路呈“V”形坡，隧道拱顶覆土厚度约6.79～15.7m。区间在里程右K7+147.5设置一个联络通道兼泵站，采用矿山法施工。盾构区间在右K7+193.528～右K7+519.204范围内下穿蒲河，根据现有详勘资料，观测蒲河水位标高在43.46～47.19m之间，水深3m。区间拱顶距离蒲河河底约6.79m～11.79m。盾构下穿河流区段隧道上半部分粉质粘土，下半部分为中粗砂，中粗砂渗透性较好，含有承压水。如图1。

2 施工情况

右线盾构始发后高程以半径3000的竖曲线，自2‰上坡变坡为-26‰下坡，变坡点在65环结束，66～350环为-26‰下坡，下坡过程中盾构穿越河流。右线盾构掘进过程中发现管片在脱出盾尾3～4环出现上浮情况，其统计数据见表1。

从统计数据和管片垂直位移曲线走势（图2）可以看出，盾构隧道88～105环管片发生垂直向上位移，最大量为77mm。

3 管片上浮原因分析

对于管片的上浮的原因，主要从建筑空隙、管片受力、同步浆液进行分析：

3.1 建筑间隙

管片外径6000mm，盾构开挖直径6310mm，理论间隙15.5mm。理论间隙由同步注浆浆液填充，为管片上浮提供了空间。盾构在这段的施工中处于-26‰下坡的状态，盾构下坡掘进过程中也在不停调整姿态，造成了一定的超挖量，进一步增大了上浮空间。

3.2 管片受力

3.2.1 承压水影响

管片主要受浮力及其自重的影响且该段中砂层含有承压水。

盾构隧道管片所受浮力按照隧道排出的水的体积和承压水共同作用计算：

F浮=ρgV+F1=283kN/m

管片自重：

P=■×γ砼=74.9kN/m

管片自重小于所受浮力，有了上浮的动力。

3.2.2 相邻管片影响

相邻管片之间的相互作用力，从新拼装管片传递过去的力不垂直后一环的环面，也可能导致管片的上浮。如图3。

3.2.3 其它影响

包括管片螺栓不禁锢，未形成整体。

3.3 同步注浆

盾构掘进施工同步注浆采用惰性浆液，初凝时间长，且强度较低，无法约束管片，并且还会提供向上浮力。同步注浆浆液受重力作用，沉积在管片下部，也是造成管片上浮的原因。

4 上浮的控制措施

①盾构掘进。

盾构在施工掘进过程中的运动轨迹实际上是一条蛇形运动轨迹，始终围绕着隧道轴线作蛇形运动，需通过调整各分区油缸千斤顶的推力来让盾构运动中不断逐渐靠近设计轴线。因此施工过程中严格控制盾构的姿态，同时不要过急过猛地纠正偏差，做到勤纠、缓纠。如图4。

②控制掘进速度选用优质浆液。

理论注浆量为2.9m3，充填系数1.5，每环注浆量为4.35m3，实际注浆量为4.5m3。注浆配合比如表2。

在注浆孔位选择上，根据管片上浮规律及盾构掘进姿态，选择上部1/4注浆孔。如果同步注浆过程中，盾构推进速度和注浆流量不能匹配情况下，应适当调整盾构掘进速度，确保管片脱出盾尾时形成的空隙量与注浆量平衡，尽量避免注入的浆液被水稀释而降低浆液稠度，以减少管片上浮量。

③盾构机管片脱出盾尾20环左右，每隔10环对未稳定成型隧道采用二次注浆，以加快對成型隧道的稳定，减少管片上浮量。二次注浆采用整环注浆的方法，每环注4个孔，即顶部、两腰和底部，同一环管片严格按先拱顶后两腰，两腰对称的方法注入。双液浆注浆压力控制在0.3～0.5MPa。

④适当降低盾构机的姿态，有意识地压低管片高程，使脱出盾尾的管片不至于超限。

⑤加强监测，做到早发现，早处理。

1）每天必须测量一次，前后交叉，当发现管片上浮时，加密管片测量频率。

2）设立警戒值，管片上浮速率大于30mm/d，视为警戒，当管片上浮速率大于50mm/d，立即停机，实施二次注浆。

5 结论

通过对区间管片上浮的分析与研究，找到了原因，制定了相关的控制措施，后续施工管片上浮问题得到很好的控制，保证了工程的顺利进行，也积累了宝贵的施工经验。

参考文献：

[1]张凤祥，朱合华，傅德明.盾构隧道[M].北京：人民交通出版社，2004.

[2]张海涛.盾构同步注浆材料试验及隧道上浮控制技术[D]. 上海：同济大学土木工程学院，2007.

[3]杨延栋，陈馈，李凤远，周建军.全断面硬岩地层盾构隧道管片上浮控制技术研究[J].隧道建设，2015（02）.