城市地铁区间隧道扩径盾构掘进管片拼装质量控制技术

苏洪林 钱茂春 石强 李成

摘要：文章依托福州地铁六号线滨海新城站-莲花站盾构区间工程，通过扩径盾构机现场100环掘进试验，分析了管片错台、破损、姿态偏移和渗水问题的原因，并给出了相应的处理措施，为今后类似工程提供技术参考。

关键词：地铁;区间隧道;盾构扩径;管片拼装质量;控制技术

0 引言

城市地铁区间盾构隧道管片质量问题主要表现在三个方面，发生在预制和拼装两个阶段，其中拼装阶段导致的管片质量问题最严重，也最难控制，更难修复。关于管片预制质量控制方面的文献特别多，如文献[1]曹长柱等人通过对各种材料进行优选、试验等，提高了管片的预制质量。而关于管片拼装质量控制方面的论文不多，如文献[2]吴雷结合广州地铁三号线某盾构区间出现的管片拼装质量问题，就管片进场验收、运输过程中的保护、拼装过程中的技术要求以及常见问题进行了分析;文献[3]王彦会结合深圳地铁二号线登良站-后海站-科苑站区间管片拼装质量问题，提出管片拼装质量控制措施;文献[4]蒋益对北京地铁某盾构区间出现的质量问题进行了原因分析，并提出了应对措施。但是，针对盾构机扩径改造后掘进中的管片质量问题，未见研究。

福州地铁六号线滨海新城站-莲花站区间隧道工程，其管片外径为6.2 m，盾构外径为6.48 m，采用了深圳地铁7号线桃深区间外径仅为6.28 m的土压平衡盾构，并进行了扩径改造。本文通过扩径盾构机现场100环掘进试验，详细分析了管片错台、破损、姿态偏移和渗水问题的原因，并给出了相应的处理措施，为今后类似工程提供技术参考。

1 工程简介

滨海新城站-莲花站区间起点里程桩号为XK28+396.144，终点里程桩号为XK27+205.183，于SK27+800.933（XK27+800.933）设置一座联络通道及泵站，全长1 190 m左右。线路纵断面大体呈“V”字坡，左右线间距为14 m。该区间隧道覆土约6.81（莲花站端头）～14.51 m（联络通道处），始发端头处覆土约7.36 m，盾构机由滨海新城站始发，莲花站接收。主要穿越地层为软土（淤泥、淤泥质土）、含泥细中砂、砂质黏性土。地表主要为农田、池塘，施工影响范围内无重要建构筑物。地表分布少量小河涌，小河涌宽度为10～30 m，水深为1.00～4.00 m，小河涌未采用防渗措施。地下水稳定水位埋深为0.00～1.89 m，水位年变化幅度为1.0～1.5 m。

2 管片错台原因与处理措施

2.1 管片错台原因分析

管片错台量的变化如图1所示，管片同时发生了环向和纵向错台，而纵向和环向的错台量基本差不多，多为5 mm左右。最大环向错台量发生在82环与83环之间，错台量值为9 mm，小于控制值15 mm。而最大纵向错台发生在86环L2块与K块间，错台量值为18 mm，大于控制值10 mm。总共有4环（83/84/85/86）的纵向错台量超过了控制值10 mm，需要纠偏、防止开裂和防水处理等。

管片发生错台的原因如下：

（1）在浅覆土淤泥质土中盾构机姿态难控制，推进趋势较大，盾构机轴线与管片轴线不一致。

（2）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，有时管片螺栓未拧紧，造成隧道旋转错台。

（3）盾构姿态纠偏过程中，因盾尾间隙不均匀，造成管片错台。

（4）管片拼装前盾尾有杂物未清理干净。

（5）同步注浆注入量不足及浆液初凝时间过长。

2.2 管片错台的处理措施

管片错台的处理措施如下：

（1）同步注浆方面：尽量使用中上部的注浆管路。

（2）管片拼装前必须清理盾尾拼装部位的污泥与污水，并清理干净前一环管片迎水面与盾尾间隙中的杂物，在盾尾无杂物、无积水的情况下才能开始拼装管片。

（3）螺栓复紧一定要达到设计值，并采取至少三次复紧措施：拼装后、推进中、脱出盾尾后。

（4）管片拼装应遵循由下至上、左右交叉、最后封顶的顺序，必须运用管片安装微调装置，将待装的管片块与已安装的管片块的内弧面调整到平顺相接的状态，使螺栓孔位置对正，螺栓穿插容易。

（5）合理注入盾尾油脂，減少盾尾刷带给管片的摩擦力。

（6）合理优化浆液配比，减少管片上浮量。

3 管片破损原因与处理措施

3.1 管片破损原因分析

破坏明显的管片有58环B2块8点位、56环B2块2点位、56环B2块12点位、66环B1块12点位、53环K块11点位。发生管片破碎的原因如下：

（1）管片中心与盾构机中心未保持高度一致，受力不均致使侧向压力大于管片的设计受拉或设计抗压强度。

（2）搬运和堆放时造成的破碎。在搬运、堆放过程中的碰磕，经常导致在碰磕位置处产生小块破裂。

（3）盾尾间隙过小，盾构机在推进过程中致使管片破损。

（4）在进行轴线纠偏时，由于管片受力不均，导致部分管片碎裂。

（5）拼装时，由于管片环面之间及相邻两块管片间接触面达不到理想的平行状态，使得衬砌角部先受力而产生应力集中，导致管片角部破碎。

（6）前一环环面不平整，块与块间有错位，导致下一环管片拼装时易产生破碎。

（7）拼装时，管片就位速度过快而产生碰磕，以及存在管片错缝时，易引起管片边角的破碎。

3.2 管片破损处理措施

管片破损处理措施如下：

（1）加强管片的进场验收工作，严禁表面不平整、缺棱、掉角、气泡超标、麻面和漏筋的管片运到工地。

（2）加强对拼装工的培训，对每环拼装明确标识，落实到人。

（3）管片拼装中，发现局部环面不平整时应暂停拼装，及时调整传力衬垫后再继续拼装，确保环面平整度。

（4）严格按照设计同步注浆量进行注浆。

（5）在推进过程中，严格执行螺栓复紧规定，以防因管片上浮而造成管片错台碎损。

（6）严格按照管片修补方案进行管片修补，并调整合适的色差。

（7）保持盾构姿态、盾尾间隙，及时清理盾尾内的泥渣。

4 管片姿态偏移原因与处理措施

4.1 管片偏移的原因分析

现场管片姿态偏移变化如图2所示，管片不但发生了水平偏移量，也发生了垂直偏移量，且垂直偏移量大于水平偏移量。管片在含泥细沙中均向上偏移（上浮状态），其偏移量最大发生在45环，上浮量为78.1 mm，水平方向向线路右侧偏移，其最大偏移量发生在49环，偏移量为62.5 mm。发生管片姿态偏移的原因有：（1）同步注浆浆液初凝时间过长，管片周围浆液短时间内无法对管片形成约束;（2）由于始发段埋深较浅，地下水丰富，管片承压得不到保证，造成管片上浮。

4.2 管片偏移的措施

管片偏移的控制措施有：

（1）针对盾构机在含泥细砂中掘进的情况，采取控制掘进速度的措施，当班推进6～7环，及时跟进二次双液注浆，目前现场按照隔两环注一次的方法进行。

（2）针对盾构机推力过小、姿态难控制的问题，采取适当增加土压力的方法控制上浮问题。

（3）调整同步注浆配比，缩短初凝时间，目前同步注浆初凝时间为6～7 h，管片上浮问题有所改善。

（4）在盾构机推进姿态受控时尽量缓慢调整盾构机垂直趋势，保证成型管片满足设计要求。

5 管片渗水原因与处理措施

5.1 管片渗水原因分析

管片渗水的原因：

（1）管片错台。管片错台一般>15 mm时，止水条之间的搭接不够严密，就会出现漏水现象。

（2）管片碎损，往往就伴随着管片漏水，隧道内漏水处存在碎裂情况。

（3）在管片拼装时，由于管片拼装手的误操作，使防水条脱落，产生漏水情况。

（4）由于采用的是错缝拼装，上一环管片环面不平，而下一环管片之间止水条就有可能挤压不密实，也会出现渗漏水现象。

5.2 管片渗水控制措施

（1）按照隧道管片环向及纵向错台控制措施，严格控制管片错台量。

（2）严格按规范要求粘贴管片防水，贴防水前对管片进行清理，胶水涂上后应适当晾晒后再贴防水材料，并使用橡胶锤敲击使防水条牢实。

（3）及时组织管片进场，尽量选用止水条粘贴时间较长的管片。

（4）提高管片的拼装质量，拼装时保证管片接缝处平顺，注意检查保护管片止水条，提高环纵缝的拼装质量。拼装封顶块时采用润滑剂润滑。

（5）管片拼装前进行管片以及盾尾清理，保证止水条干净。

6 结语

本文依托福州地铁六號线滨海新城站-莲花站区间隧道工程，对扩径后的盾构机现场100环掘进试验进行分析，得出掘进参数的建议值为总推力为800～1 600 tF，刀盘扭矩为1 000～1 600 kN·m，刀盘转速为1.0 rpm左右，掘进速度为50 mm/min左右，土压力为1.2～1.4 bar，出土量为45 m3左右，同步注浆量为5～7 m3。

[1]曹长柱，李 松，啜志强，等.地铁盾构管片制作的质量控制[J].都市快轨交通，2008，21（6）：51-54.

[2]吴 雷.盾构法地铁隧道管片拼装质量控制[J].隧道建设，2006（S2）：41-43.

[3]王彦会.浅谈地铁盾构管片拼装质量控制措施[J].广东土木与建筑，2009，16（12）：29-31.

[4]蒋 益.结合北京地铁谈盾构管片拼装质量[J].工程质量，2016，34（12）：48-50.

作者简介：苏洪林（1990—），工程师，研究方向：地铁工程施工与管理。

基金项目：中水七局科技项目（2017-541-39）