浅议盾构隧道施工管片质量存在的问题与对策

王永辉

中铁一局城轨公司 江苏 无锡 214105

引言

在隧道施工工程中，盾构法具有许多优点，所以常常被使用。比如，该方法环境友好、施工速度快、适应性强。管片是隧道施工中的重要部件，要帮助隧道成形、阻挡渗水、承担负载。但是在施工过程中，很容易发生管片质量问题，比如管片渗漏水、管片错台、管片破裂等。下面以某工程为例，分析产生管片质量问题的原因，并提出相应的解决方案。

1 工程概况

广州地铁某盾构区间，左线长844.920m，右线长为860.940m。区间为单向28‰的下坡，隧道覆土层厚度约为17.8～29.8m，线路设计最小转弯半径400m，下穿建构筑物较多。

盾构区间隧道主要穿越地层有：<8C-1>中风化炭质灰岩、<8C-2>中风化灰岩、<9C-1>微风化炭质灰岩、<9C-2>微风化灰岩、<10-1>断层角砾岩、<0-2>溶洞等地层，岩石强度为60～117MPa，地下水较为丰富。

2 成型隧道质量缺陷情况

截至目前，区间左线已掘进至289环，渗漏水52处，其中K块27处，占渗漏水52%；右线已掘进至212环，渗漏水41处，其中K块24处，占渗漏水59%。

2.1 管片选型与安装

根据线路参数、盾构机的姿态和油缸行程、盾尾间隙，通过管片型号和拼装位置的选择，以达到符合隧道线路的管片组合。将已选好的管片按照指定的点位组装，形成整体的管环，这个过程主要由盾构机管片拼装机实施。管片选型正确与否、安装是否规范，直接关系到盾构隧道是否会发生错台，并导致渗漏水、管片破损等伴生现象[1]。

2.2 盾构机相关参数

计算管片轴线方向，需要盾构机的轴线方向和油缸行程差。盾构机设定有两个虚拟参考点：前点、后点。前点在盾构机切口环处、后点在盾构机中盾与尾盾的连接处，盾构自动测量系统会通过测量计算出盾构前点和后点水平和垂直的偏差。通过偏差可以计算出盾构机轴线的方向，即位盾构机姿态。

2.3 隧道质量缺陷种类

2.3.1 管片错台时，管片的橡胶止水条粘贴不牢固、松动，影响盾构防水质量。引起错台的原因有：盾构机轴线和管片轴线不重合；管片尺寸不合适，拼装时产生间隙；注浆压力过大；操作不规范；管片浮动产生位移。

2.3.2 管片破损产生的原因：掘进时推力角度和管片不一致，产生夹角出现挤压力；盾构后部偏离造成挤压力；内外推进缸产生不同的力；安装操作缺少润滑剂或者蛮力拼装。

2.3.3 不同部位渗漏水：接缝部位缝隙过大，可能是掺入杂质、操作不当、管片尺寸不标准，造成管片的防水条无法密封；粘贴的楔子过厚，超出了防水条的承受能力；螺栓的防水胶圈一定要有，而且不能掺入杂物，影响密闭性；注意注浆时一定要完全堵住，不能有缝隙和气孔，以免渗漏[2]。

3 缺陷原因分析和整改措施

针对大间隧道管片错台、渗漏水、气压辅助掘进模式、刀具配制及更换方案、防喷涌措施等方面进行了分析及帮扶指导，分析原因和相应整改措施如下：

问题一：管片下井前及拼装前对止水条检查不到位，存在粘贴不牢固、松动等现象，影响盾构防水质量。措施：严格对进场管片防水粘贴质量逐块检查，拼装前再次对管片止水条检查，对粘贴不牢或松动的止水条重新粘贴。

问题二：单组油缸撑靴位置不正，导致止水条松动或损坏，防水体系失效。措施：采用双油缸，两个油缸共同连接一个撑靴，使得两根支撑杆在结构上互相制约，不会出现撑靴的位置偏移。

问题三：K块拼装间隙不合适，导致止水条防水效果不佳。措施：要求拼装手在K块管片拼装前对预留位置进行测量，确保K块间隙符合要求。

问题四：隧道左线已掘进完成的289环中，渗漏水52处，其中K块27处，占渗漏水52%；右线已掘进完成212环，渗漏水41处，其中K块24处，占渗漏水59%。措施：针对成型隧道管片K块渗漏点较多问题，在K块外侧增设一圈遇水膨胀止水条，加强管片防水效果。

问题五：在该地层中地下水较为丰富，浆液受地下水影响未能密实填充管片壁厚空隙，同步注浆效果不佳，导致管片渗漏水。措施：针对岩溶地层地下水较大，建议采用聚合物进行改良，减少喷涌。严格按照每30环施做一道止水环箍，有效隔断后方来水，以保证同步注浆效果。在盾尾注浆管增加三通注入水玻璃加快浆液凝结时间。对渗漏的管片进行二次注浆，根据注浆效果利用改性环氧树脂进行二次封堵及嵌缝处理。

问题六：盾尾发生漏气、漏水等现象。措施：针对这种情况，建议检查油脂饱和度，可在盾构掘进至1.8～1.9m位置时检查第三道尾刷情况。

问题七：地质情况中，岩溶地层地下水与溶洞连通，可能产生水压。措施：建议项目做好频繁带压换刀的准备，若掌子面无较大地下来水的情况下可采用常压换刀。根据掌子面检查情况建议将凿刀坑位置处先装旧刀，整体磨平掌子面后再将对应的位置更换为新刀具。

4 结束语

通过对某工程的分析，找到了工程存在的问题，并提出了对应的解决措施。往后的盾构施工，要注意周边的地质情况，不同情况不同分析，使用不同的对策。施工阶段容易产生很多问题，不规则裂缝、拼接缝隙造成的管片错台，会产生渗漏水，还有弹性密封垫的质量、橡胶止水带和管片的黏结是否牢靠。

除了施工过程之外，在前期考察时，要注意隧道所在地形，比如是否存在特殊的土壤，是否存在水土流失的情况，这些地质问题都要考虑进去。如果曾经施工时，发生过特殊险情，说明当地的环境比较特殊，要考虑对施工结构的调整。在进行防水设计时，要深刻认识到防水的重要性，尽量做好全面的设计工作，避免产生缺陷，造成不可挽回的后果。

同时，还要加强对管片质量的监控管理，尽量避免尺寸不达标的管片使用。加强培训，提高操作工人的操作水平，保证操作规范性，才能最大限度地消除人为的工程失误。出现渗水情况时，要仔细分析产生原因，找到问题所在并及时整改。