复合式TBM管片错台的分析及控制研究

汪岳健，郭方禄

（重庆交通建设（集团）有限责任公司，重庆 401120）

复合式TBM管片错台的分析及控制研究

汪岳健，郭方禄

（重庆交通建设（集团）有限责任公司，重庆 401120）

管片错台一直是复合式TBM施工的重点关注对象，拼装手的操作、管片点位的选择、壁后注浆初凝时间的长短等都会导致管片错台。该文根据重庆某工程实际情况，通过实际施工分析管片错台产生的原因，主要采取了规范管片拼装程序、掘进姿态控制、点位选择、加强注浆等方式降低管片错台，其中加强注浆中采用双液注浆泵做施工管箍，降低地下水对浆液的冲刷，具有很好的推广前景。

管片错台；曲线小半径；TBM；隧道掘进；施工管箍

1 工程概况

1.1 工程简介

该工程为重庆轨道交通环线体育公园站至冉家坝站区间隧道工程，位于重庆江北区和渝北区交界处。区间隧道工程采用复合式TBM掘进，南体区间全长596m，体冉区间572m。区间埋深29.6～32.2m，掘进断面积为37.16㎡复合式TBM隧道防水是以自防水为主，管片采用C50 P12防水混凝土。

该区间范围内自上而下分布有：素填土层、粉质粘土层、砂质泥岩层、砂岩层。区间工程地质主要属构造剥蚀丘陵斜坡地貌，现状地形起伏较小，地势平缓，区间主要分布于砂岩层内，砂岩的石英含量高，局部结构位于砂质泥岩层。该区间水文地质情况为第四系松散层孔隙水及基岩裂隙水，主要补给来源为大气降水、地面池塘水体渗漏及城市地下排水管线渗漏，受季节影响变化较大。地下水以围岩裂隙水为主，水量较小，区间无不良地质构造，围岩稳定性较好。该区间范围无断层及其他不良地质现象。

出渣运输方式：通过皮带机输送至渣斗内，然后用有轨电机车水平运输至始发井，使用龙门吊垂直运输提升出始发井。

1.2 施工质量要求（表1）

表1 管片拼装允许偏差表

1.3 工程的重难点

根据设计该工程复合式TBM区间隧道位于曲线上，其中右线转弯半径370m，左线转弯半径380m，始发位置右线在缓和曲线上，左线在圆曲线上。曲线小半径始发是该工程的难点。

复合式TBM为敞开模式，区间隧道处于长下坡，且地下水较丰富，造成浆液流失严重，对于围岩空隙的保浆量是重点。

1.4 管片错台的危害

盾构区间隧道施工中，由于管片同一位置处均有橡胶止水带，相邻管片间通过挤压橡胶止水带，使之接触压密，从而起到止水作用；当管片错台时，橡胶止水带挤压不密实，容易造成渗漏水。管片错台时，千斤顶作用力在管片上很容易产生应力集中现象，使管片发生破裂、崩角等质量问题。这些问题直接影响工程质量，造成后期修补费用的增加，渗漏水严重还会影响后期轨道交通的运营。

2 原因分析

2.1 管片拼装操作不规范

管片拼装是降低管片错台关键环节，管片拼装是由工人操作拼装机进行，其熟练程度及责任心都会影响管片成型质量。管片安装时，在盾尾残留的渣土未清理干净，尤其是底部，有时是盾尾漏泥沙，清理困难，在此位置的某片管片很难就位，甚至螺栓难以插入，造成错台[1]；管片拼装顺序未按方案及技术交底进行；管片拼装摆布不均匀，螺栓孔不齐，螺栓难以插入；F块强行插入；管片内外翻；管片拼装完成和管片脱离盾尾未及时进行螺栓复紧等，都是导致管片错台不可忽视的直接因素。

2.2 复合式TBM姿态控制

复合式TBM掘进参数的选择直接影响掘进姿态，而掘进姿态变化会造成盾尾间隙的变化。由于管片螺栓的连接作用，上环管片基本决定了下一环管片的空间位置，若复合式TBM姿态控制不好，掘进轴线波幅过大，纠偏过急、过猛造成较大的径向位移，必然导致盾尾间隙相差过大，甚至某个方向无间隙。当盾尾间隙过小时，盾尾的径向运动通过盾尾刷以力的形式传递给管片，从而导致管片错台，甚至导致盾尾刷挤压刮坏管片、盾尾刷磨损变形等，进而管片发生渗漏水，盾尾漏浆等问题。

2.3 点位选择

根据线路走向，通过管片型号和拼装位置的选择，以达到拟合隧道线路的管片组合。在区间小半径曲线段掘进或盾构急纠转弯时，若管片楔形量不能满足管片转弯需求，会造成管片前端面与盾构掘进方向不垂直。

2.4 管片上浮

管片上浮有时可造成管片连续错台，在壁后注浆进行围岩间隙填充时，当注入的浆液未初凝，不足以稳住管片时，管片在浆液浮力的作用下产生上浮的趋势，就容易因浮力造成管片错台。

2.5 管片法面与盾构掘进方向不垂直

在小半径曲线段掘进或盾构纠偏过急时，若管片楔形量不能满足转弯需求，会造成管片法面与盾构掘进方向不垂直。盾构机向前推进的推力，将在管片上产生径向分力，造成管片环缝错台。

3 管片错台控制措施

3.1 规范管片拼装程序

管片拼装前必须清理盾尾底部污泥与污水，管片拼装应按拼装工艺要求逐块进行，安装时必须从隧道底部开始，然后依次安装相邻块，最后安装封顶块[2]。拼装时必须使用管片拼装机微调装置，保证待装管片块与已装相邻管片块的内弧面连接平顺，螺栓孔位置对正；F块安装前，止水条应进行润滑处理；安装时先径向插入800mm，微调管片使相邻管片块的内弧面平顺后缓慢纵向插入。

3.2 掘进姿态控制

在施工过程中，复合式TBM推进不可能完全按照设计的隧道轴线前进，因此需要及时调整、纠正偏差；及时按照量测反馈资料，调整盾构施工参数[3]。当复合式TBM遇到上软下硬土层时，为防止复合式TBM“抬头”，要保持下俯姿态，需加大上侧油缸的推力来进行纠偏；反之，则要保持上仰姿态，需加大下侧油缸的推力。掘进时要注意上下左右的油缸行程差不能太大，控制在±20mm。曲线段掘进过程中,曲线内侧偏移量一般取10～30mm。水平纠偏与竖直纠偏的原理一样。纠偏及修正应缓慢进行，每环纠偏量小于6mm/环。

3.3 点位的正确选择

根据通用环管片，通过点位组合拟合设计隧道曲线,竖曲线拟合和竖向调向采用贴片控制，不要使用管片进行竖向的调整，水平方向尽可能采用管片组合进行调整。缓和曲线右转点位组合采用2+4+3+9的四点位循环，并根据盾构姿态确定是否增加反向调整环片（9点位管片）；圆曲线上的右转点位组合采用2+3+4+3的四点位循环，每完成2个循环，中间设置一个反向调整环片（9+3点位管片）。

3.4 加强注浆管理

3.4.1 同步注浆

理论上注浆压力应略大于地层土压和水压，以达到对环向空隙的有效充填而不是劈裂注浆[4]，敞开模式注浆压力控制在0.5MPa以内，注浆量为理论注浆量的1.3～1.8倍，一般控制在5.7～7.9方/环。保证管片脱出盾尾时形成的空隙量与注浆量平衡。

3.4.2 二次补强注浆

同步注浆量不足或发生漏浆时应及时的进行二次注浆，凝胶时间调整至10～30S，注浆压力为：0.2～0.5MPa。对于区间隧道处于长下坡，且岩层水量较大，为了保住管片背部浆液，采用水泥-水玻璃双液浆，每隔50环施做施工管箍进行堵水保浆。通过在管片的吊装孔进行开口的方式，利用双液注浆泵进行压浆，逐渐把浆液累高形成一个封闭环，减少对浆液的冲刷，起到保浆的作用。施工管箍示意图如图1。

图1 施工管箍示意图

3.4.3 保持管片法面与盾构掘进方向垂直

通用管片全错缝拼装施工时，通过管片楔形量逐环灵活地调整法面，确保超前量相差不要太大。在实际施工过程中遇到管片的楔形量不能满足转弯需求，可以通过贴2mm或3mm的石棉橡胶板增加楔形量，调整管片法面。

3.4.4 螺栓多次复紧

管片安装完后应及时拧紧纵、环向螺栓，在下一环掘进至0.9～1.2m时，及时复紧纵、环向螺栓,当成环管片推出盾尾后必须再次复紧纵、环向螺栓。

4 结语

该工程在管片错台控制过程中，除了采用常规的控制措施外，特别采用了双液注浆打环箍进行堵水保浆的措施，这样能够有效地减少地下水对浆液的冲刷，提高同步注浆的保浆量，有效地控制管片错台。

总之，根据实际工程各自的特点，管片错台发生的原因也不完全相同，因此在施工过程中管片发生错台时，应根据实际情况分析其主要原因，采取相应的措施，使管片错台得到有效的控制，从而使盾构隧道施工质量得到保障。

[1]张则忠.盾构施工中管片错台的成因分析以及防治措施[J].深圳土木与建筑，2013（1）.

[2]陈馈，洪开荣，吴学松.盾构施工技术[M].北京：人民交通出版社，2009：102.

[3]刘建航，侯学渊.盾构法隧道[M].北京：中国铁道出版社，1991：398.

[4]朱科峰.盾构法隧道施工背后注浆技术[J].广东土木与建筑，2003（7）：19-21

Analysis and Control Research of Compound TBM Segment Dislocation

Segment dislocation has been a major focus in the compound TBM construction.The operation of assemblers,the selection of the segment spot,the time length of the initial setting time of the back-wall grouting,etc.will all lead to the segment dislocation.Based on the actual situation of a project in Chongqing,this paper adopts approaches such as regulating the assembling process of segment,controlling drilling mode,reasonably selecting the point,strengthening grouting,and so on based on the segment dislocation causes.The double-mortar grouting pump is applied to strengthen grouting for construction banding,and reducing the scouring action of groundwater has a good promotion prospects.

segment dislocation;curve with small radius;TBM;tunnel drilling;construction banding

U455.44

A

1671-9107（2017）12-0025-03

10.3969 ／j.issn.1671-9107.2017.12.25

2017-07-04

汪岳健（1988-），男，四川成都人，本科，工程师，主要从事轨道交通隧道施工工作。

责任编辑：孙苏，李红