盾构施工中管片错台成因分析及防治措施

孙发平

（湖南顺天建设集团有限公司， 湖南 长沙 410000）

1 工程概况

开～湘区间左右线总长约1660m，共设两个曲线，左、右线中心线间距12.0m～15.0m，线路平面曲线半径为450m和800m，隧道顶覆土厚度8.98m～16.43m，线路纵坡设计为“V”坡形，最大坡度为25.0‰，最小坡度为2‰，区间埋深为9～17.5m，包含联络通道兼排水泵站一座。隧道外径为6m，衬砌为环宽1.5m，厚度300 mm的通用楔形管片，采用全错缝拼装，环向12根、纵向16根高强螺栓连接。

2 管片错台导致的问题

管片错台是指管片拼装后同一环相邻管片或者相邻环管片之间内弧面不平整的现象，前者称为环向错台，后者称为纵向错台。管片错台不仅影响隧道的外观质量，而且会导致以下更严重的问题。

2.1 管片破裂

由于盾构机的推进千斤顶作用在管片上，依靠管片提供后坐力使盾构机向前掘进，若刚拼装好的管片出现错台现象，就容易导致相邻管片间产生集中应力，使管片边缘发生破裂、崩角等质量问题。

2.2 隧道渗漏

管片间止水主要采用三元乙丙橡胶弹性密封垫，每块管片侧面相同位置都有一圈三元乙丙橡胶弹性密封垫，通过相邻管片互相挤压使之间的橡胶弹性密封垫接触压密以起到止水作用。橡胶弹性密封垫接触压密后宽度仅33～36mm，一般情况当管片错台超过 15mm时，橡胶密封垫之间的压密效果就受到较大影响，在地下水压较大情况下很容易造成管片渗漏水。

2.3 盾尾刷损坏

由于盾尾壳体对管片有约束力，因此管片纵向错台一般是管片脱出盾尾后才产生，但在纵向连接螺栓的作用下，盾壳外的管片环错台会导致盾壳内的管片环产生径向运动的趋势，造成盾尾与管片环之间的间隙不均匀，从而易对盾尾刷挤压磨损，进而导致盾尾漏浆，造成同步注浆浆液和盾尾油脂的大量消耗，以及地面沉降等严重事故。

3 管片错台的成因分析

3.1 管片拼装不规范

管片拼装过程是控制管片错台至关重要的环节，管片拼装工人的操作熟练程度及责任心直接影响管片拼装完的成型质量。

3.2 管片上浮

管片上浮有时可造成管片连续错台，尤其在滨湖相软弱地层中。由于地层较软，有经验的盾构司机会加快掘进速度以帮助姿态控制，然壁后浆液初凝前产生的浮力远大于管片自重，若此时纵向螺栓紧固不到位，隧道管片的上部就会发生连续性错台。

3.3 盾构掘进姿态不稳定

掘进过程中，盾构机一般是沿设计轴线呈波动曲线前进，且拼装环管片空间姿态受上一环成型隧道管片姿态影响。当盾构姿态波动过大，盾尾因纠偏幅度大产生较大径向位移时，必然出现盾尾间隙不均匀的情况，最坏情况下，某个方向可能甚至无间隙。

3.4 管片法面与盾构掘进方向不垂直

盾构机向前掘进的推力是通过千斤顶作用在刚拼好的管片衬砌横断面上，如果盾构掘进方向与管片法面之间不垂直，则其作用于管片上的巨大反推力可分解为纵向和径向两个分力，纵向分力可通过管片衬砌横断面不断传递直至消散，而纵向分力大于管片间摩阻力、壁后浆液与地层作用等阻力时，将必然造成管片环缝错台。由此易知盾构掘进总推力f越大，掘进方向与管片法面垂线夹角a越大，则径向分力越大，管片错台越严重。当径向分力特别大时，甚至会将管片螺栓位置拉裂，如管片相邻环上下错台，因螺栓布置于管片内侧面，故环缝错台引起的管片开裂多分布在管片内侧面的顶部及底部。

4. 管片错台防治措施

4.1 严格把控管片拼装过程

（1）拼装前，盾尾拼装部位的污泥与污水及前一环管片迎水面与盾尾间隙中的杂物必须清理干净。

（2）管片拼装应遵循由下至上、左右交叉、最后封顶的顺序，通过拼装机的微调装置，调节拼装环管片的内弧面与上一环的内弧面至平顺相接，螺栓孔位置对正，螺栓穿插容易。

（3）管片拼装时，同时连续收缩的油缸不得超过三组，非安装区油缸不可收缩。管片安装过程中，拼装机动作应平缓，避免撞击已定位管片。

（4）封顶块安装前应对止水条进行润滑处理，实测并确保两邻接块间间距，安装时先径向插入，调整位置后缓慢纵向顶推，严禁借用推进千斤顶强行顶推。

（5）管片拼装过程中，控制要素包括：垂直度、椭圆度及螺栓的拧紧程度。应尽量避免出现横、竖鸭蛋，管片内翻、外翻等现象。

4.2 有效控制管片上浮

（1）选择适当的同步注浆浆液。浆液性能的决定性因素包括：稠度、初凝时间、早期强度、填充性等。只有各项因素均处于合理范围，才能保证隧道管片与围岩土体一体化。

（2）适当控制掘进速度。如果壁后浆液不能及时固结和稳定管片，应适当控制盾构机掘进速度，一般控制在 3cm/min左右为宜，同时确保管片脱出盾尾时形成的空隙量与注浆量平衡，尽量避免壁后浆液被地层水稀释而降低浆液性能。

（3）跟踪盾尾及时二次注浆。当因为姿态控制和工期等原因不能降低掘进速度，而壁后同步注浆浆液又不能及时固结和稳定管片时，可根据施工经验在盾尾倒数第7～10环二次注浆，以使盾尾倒数7～10环以后的管片及时得到稳定，避免因管片上浮而造成的连续错台。

4.3 盾构姿态平稳控制

实际掘进时盾构机围绕设计轴线呈蛇形前进，姿态控制以勤纠、缓纠为原则，通过分组控制推进千斤顶、伸缩仿形刀及调节铰接油缸行程等方式，保证隧道轴线符合设计及规范，同时最大程度避免盾构机姿态发生突变。盾构机掘进姿态控制原则为：①、管片拼装点位选择时，优先考虑盾尾间隙，而后考虑隧道线型；b、单次纠偏操作中，油缸组行程差不得大于 60mm；c、掘进过程中，各区力差不能过大，应控制在总推力的5%以内。

4.4 保持管片法面与盾构掘进方向垂直

在盾构施工过程中，应特别注意管片法面的调整，每环掘进完成后应及时量测管片法面并调整。在不同的管片拼装施工工艺中，法面调整有各自的方式，本文简要说明以下几点：

（1）、通用管片全错缝拼装施工时，应统筹考虑管片姿态、盾构机姿态及隧道设计轴线三者直接的相互关系，慎重选择封顶块拼装位置，运用管片楔形量调整隧道法面，缩小不同点位管片超前量差。

（2）、通缝拼装及半错缝拼装施工时，掘进前依据设计轴线做好管片排版，通过管片排版计算公式确定出最合理的标准环与转弯环比例，并在实际施工过程中及时根据环面超前量差值调整标准环与转弯环比例，以使管片法面与盾构机掘进方向趋近垂直。

（3）、在实际施工过程中，有时会遇到前一环K块选点错误或者盾构机姿态突变等情况，在管片楔形量不足以满足转弯需求时，可在管片环面粘贴不同厚度的贴片来调整管片法面。

不同盾构工程项目有不同的特点，管片错台既有共性原因也有个性原因，实际操作过程中，应提前采取各项防治措施，做好施工过程中的质量把控工作，方能确保成型隧道满足设计及规范验收要求。

[1]秦建设，朱伟，陈剑著.盾构姿态控制引起管片错台及开裂问题研究.2004.10

[2]钟志全著.盾构管片错台分析及措施.2006.09

[3]沈征难著.盾构掘进过程中隧道管片上浮原因分析及控制.2004.12