沈陽地區盾構下穿河流段管片上浮控制技術研究

劉鐵

摘要：盾構穿越河流段施工過程中發現，管片在脫出盾尾3～4環出現上浮。主要從管片受力、承壓水、建筑空隙及同步注漿等方面進行研究并制定相關控制技術措施。經過分析，盾構在剛進入河流下坡段的理論建筑空隙為管片上浮提供了自由空間；盾構在下穿河流的過程中覆土的突然減小、受到向上的合力、為管片上浮提供了動力；同步漿液及注漿的形式造成管片的不穩定性。通過理論結合實際對管片上浮進行控制，保證了后續順利施工。

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.

關鍵詞：下穿河流；地下水；同步注漿；上浮；控制

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

中圖分類號：U455.43 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）08-0120-02

0 引言

盾構法施工在沈陽地區的應用越來越廣，它的優勢明顯，如安全、高效、對周邊環境影響小等，尤其在城市施工中受到廣泛歡迎。盾構法施工相對比較成熟，但施工過程中仍有一定問題出現，需要注意并且進行研究、克服。盾構施工中易出現管片上浮，尤其淺覆土、下坡段，輕則管片錯臺、破損和漏水，重則影響隧道線形。故必須根據具體現場情況分析原因，并找出相應的控制措施。本文通過對區間管片上浮的分析與研究，找到了原因，制定了相關的控制措施，后續施工管片上浮問題得到很好的控制，保證了工程的順利進行，積累了寶貴的施工經驗。

1 工程簡介

區間右K6+790.0～右K7+588.000正線采用盾構法施工，盾構段長度為798m。區間在縱斷面上線路呈“V”形坡，隧道拱頂覆土厚度約6.79～15.7m。區間在里程右K7+147.5設置一個聯絡通道兼泵站，采用礦山法施工。盾構區間在右K7+193.528～右K7+519.204范圍內下穿蒲河，根據現有詳勘資料，觀測蒲河水位標高在43.46～47.19m之間，水深3m。區間拱頂距離蒲河河底約6.79m～11.79m。盾構下穿河流區段隧道上半部分粉質粘土，下半部分為中粗砂，中粗砂滲透性較好，含有承壓水。如圖1。

2 施工情況

右線盾構始發后高程以半徑3000的豎曲線，自2‰上坡變坡為-26‰下坡，變坡點在65環結束，66～350環為-26‰下坡，下坡過程中盾構穿越河流。右線盾構掘進過程中發現管片在脫出盾尾3～4環出現上浮情況，其統計數據見表1。

從統計數據和管片垂直位移曲線走勢（圖2）可以看出，盾構隧道88～105環管片發生垂直向上位移，最大量為77mm。

3 管片上浮原因分析

對于管片的上浮的原因，主要從建筑空隙、管片受力、同步漿液進行分析：

3.1 建筑間隙

管片外徑6000mm，盾構開挖直徑6310mm，理論間隙15.5mm。理論間隙由同步注漿漿液填充，為管片上浮提供了空間。盾構在這段的施工中處于-26‰下坡的狀態，盾構下坡掘進過程中也在不停調整姿態，造成了一定的超挖量，進一步增大了上浮空間。

3.2 管片受力

3.2.1 承壓水影響

管片主要受浮力及其自重的影響且該段中砂層含有承壓水。

盾構隧道管片所受浮力按照隧道排出的水的體積和承壓水共同作用計算：

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，有了上浮的動力。

3.2.2 相鄰管片影響

相鄰管片之間的相互作用力，從新拼裝管片傳遞過去的力不垂直后一環的環面，也可能導致管片的上浮。如圖3。

3.2.3 其它影響

包括管片螺栓不禁錮，未形成整體。

3.3 同步注漿

盾構掘進施工同步注漿采用惰性漿液，初凝時間長，且強度較低，無法約束管片，并且還會提供向上浮力。同步注漿漿液受重力作用，沉積在管片下部，也是造成管片上浮的原因。

4 上浮的控制措施

①盾構掘進。

盾構在施工掘進過程中的運動軌跡實際上是一條蛇形運動軌跡，始終圍繞著隧道軸線作蛇形運動，需通過調整各分區油缸千斤頂的推力來讓盾構運動中不斷逐漸靠近設計軸線。因此施工過程中嚴格控制盾構的姿態，同時不要過急過猛地糾正偏差，做到勤糾、緩糾。如圖4。

②控制掘進速度選用優質漿液。

理論注漿量為2.9m3，充填系數1.5，每環注漿量為4.35m3，實際注漿量為4.5m3。注漿配合比如表2。

在注漿孔位選擇上，根據管片上浮規律及盾構掘進姿態，選擇上部1/4注漿孔。如果同步注漿過程中，盾構推進速度和注漿流量不能匹配情況下，應適當調整盾構掘進速度，確保管片脫出盾尾時形成的空隙量與注漿量平衡，盡量避免注入的漿液被水稀釋而降低漿液稠度，以減少管片上浮量。

③盾構機管片脫出盾尾20環左右，每隔10環對未穩定成型隧道采用二次注漿，以加快對成型隧道的穩定，減少管片上浮量。二次注漿采用整環注漿的方法，每環注4個孔，即頂部、兩腰和底部，同一環管片嚴格按先拱頂后兩腰，兩腰對稱的方法注入。雙液漿注漿壓力控制在0.3～0.5MPa。

④適當降低盾構機的姿態，有意識地壓低管片高程，使脫出盾尾的管片不至于超限。

⑤加強監測，做到早發現，早處理。

1）每天必須測量一次，前后交叉，當發現管片上浮時，加密管片測量頻率。

2）設立警戒值，管片上浮速率大于30mm/d，視為警戒，當管片上浮速率大于50mm/d，立即停機，實施二次注漿。

5 結論

通過對區間管片上浮的分析與研究，找到了原因，制定了相關的控制措施，后續施工管片上浮問題得到很好的控制，保證了工程的順利進行，也積累了寶貴的施工經驗。

參考文獻：

[1]張鳳祥，朱合華，傅德明.盾構隧道[M].北京：人民交通出版社，2004.

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