淺析盾構小半徑曲線段的管片錯臺控制

馬超

摘 要：隨著社會市場經濟的快速發展，現代化科學技術的不斷進步，我國的交通運輸隨之呈現出逐步增長的發展趨勢，其中盾構法施工因其具有掘進快速、施工安全以及對環境影響小等表現形式，目前已被廣泛于城市地鐵、公路、管廊以及深層隧道排水系統建設等多種工程的施工過程中。

關鍵詞：盾構小半徑 管片錯臺 質量控制

1、 管片錯臺原因分析

1.1 盾構掘進過程中引起的錯臺

掘進過程中，盾構機軸線與管片軸線不擬合時，盾構機推力會產生對管片的側向分力，當側向分力過大時會造成管片與上環管片之間的錯臺。此外，通常情況下，盾構機尾盾與管片間存在盾尾間隙，當盾構機掘進軸線與管片拼裝軸線嚴重偏離時管片可能受到盾構機尾盾的擠壓作用而產生錯位，且在調整過程中會呈現連續錯臺情況。

（1）推力與油缸形成差過大

通過計算在小半徑曲線段掘進過程中，假設推進過程中盾構姿態一直按照設計軸線進行推進，此時推進一環左右油缸行程差將增大27.27mm，而現場管片拼裝轉彎環所能達到的最大楔形量為36.14mm，從而可計算出為擬合設計軸線，管片的理論選型（以右轉彎為例）右轉：標準=3：1進行選型，且在4環拼裝完成后左面油缸行程比右面大1mm，而在實際小半徑曲線推進過程中盾構姿態不可能完全不差的擬合設計軸線，姿態的變化會導致盾尾間隙的變化，為保證盾尾間隙，從而可能造成管片選型的嚴重局限性，造成更大的油缸行程差。使管片姿態與盾構姿態不同步。

（2）姿態糾偏過急造成盾尾擠壓管片

盾構機姿態調整伴隨整個盾構掘進的過程，特別是在小半徑曲線段掘進時實際轉彎半徑會小于設計轉彎半徑，盾構機基本會處于糾偏狀態。在盾構機姿態偏離軸線時對盾構機姿態進行調整，糾偏量每環≯5mm。若糾偏過急，姿態調整過大，會造成盾構機姿態與管片姿態嚴重不協調。盾構機與管片形成較大的夾角，甚至造成盾構機盾尾接觸、擠壓管片使管片受到除盾構機推力的側向分力外還有盾構機尾盾的擠壓力。此時，管片受到的側向力大與管片間的摩擦力與螺栓作用力之和引起管片位移，造成直接接觸的管片的環向錯臺以及與上一環的管片間的徑向錯臺。

1.2 管片拼裝操作失誤引起錯臺

管片拼裝過程是控制管片錯臺至關重要的環節。管片拼裝前盾尾渣土清理不徹底會造成拼裝時無法保證管片與上一環管片內環面的平整度；管片拼裝時沒有均勻擺布，螺栓難以插入，造成螺栓緊固不到位，在管片脫出盾尾時由于管片自重以及受到盾構機推力的側向分力使管片產生位移造成錯臺；管片拼裝完成后，按規定應對脫出盾尾的管片進行螺栓復緊。在拼裝完成后，盾構機油缸伸出頂壓管片，此時管片間的螺栓作用力重新分布，有可能造成管片間的螺栓松動。在管片要脫出盾尾時若未對管片螺栓進行復緊，在管片脫出盾尾后由于管片自身的重力以及外部壓力作用，可能使管片發生位移形成管片錯臺。

1.3 管片上浮或下沉引起錯臺

根據施工經驗，在硬巖地層掘進時管片容易上浮；在軟土地層掘進時，管片容易下沉。同時，同步注漿不均勻或同步注漿量過多（少），隨著漿液的凝固也會造成型隧道產生上浮或下沉。成型隧道的部分管片向上或者向下位移，其他管片又因四周的相互作用力（螺栓作用力、管片間的摩擦力、外部擠壓力）制約了它的錯動，導致產生錯位而形成的錯臺。

2、管片質量控制對策

2.1 盾構機掘進軸線、管片軸線、設計線路軸線盡量擬合

盾構掘進過程不可避免的會出現偏離設計軸線的情況。盾構機司機應根據地質情況動態控制盾構機推力及掘進速度，避免后續不良姿態引起的糾偏。當盾構機軸線偏離設計軸線，在糾偏過程中應保持盾構姿態不突變、運動軌跡盡量平順，每環姿態調整量≯5mm；控制好油缸行程差不過大（50mm以內），當行程差過大時應通過管片選型來調整，管片楔形量不足以調整油缸行程差時應采取外部措施如在管片上粘貼橡膠纖維板增加管片楔形量；做好管片選型工作。在盾構推進過程中，應嚴格控制推進速度，尤其是小曲線轉彎半徑階段，控制推進速度在3cm/min以內，一方面，要避免因推力過大導撐側面壓力過大，另一方面，要減小推進過程中對周邊土體的擾動

2.2 加強對小半徑曲線段的測量

在小曲線半徑的轉彎段，盡可能減少導線點的布置數量，而且還需要注意導線點的布設位置，不斷加強對其保護，盡量避免外界因素與人為因素的破壞。除此之外，還應當依照實際工程的表現形式明確測量的頻率。其中自動測量系統，它推進的自動測量時間為每2-3分鐘為一次，且每班自動測量都需要進行復位工作。當然在 滿足通視的前提條件下，可以減少轉站次數，比如以本區間的小曲線半徑段為例，通常情況下30環轉站為一次。但是在考慮小轉彎半徑的實施過程中，由于注漿量與注漿質量可能無法較好的滿足曲線外側的承載強度，又或者是因為推進速度過快、地層影響等都會造成隧道整體曲線外側切向出現位移的現象，因而，在小轉彎的推進過程中，就需要預留一定的偏移量，盡量做到勤測量勤糾正，且環環都要糾偏。當然每一環都必須測量它的盾中、盾尾間隙以及超前量等，最終依照實際狀況，隨時隨地調整盾構機與管片的姿態。

2.3 強化對管片自身的質量控制

加強管片生產和進場驗收管理。對管片生產模具尺寸進行檢驗，對已生產的管片進行抽樣檢驗其尺寸及強度是否滿足規范要求，對已進場管片的尺寸及強度進行檢驗。杜絕有問題的管片進入隧道拼裝。進場管片必須有合格證、質量證明文件，同時質檢人員應嚴格管片外觀及強度驗收。嚴格控制管片的防水條種類、數量、質量。

2.4 嚴格控制好管片拼裝質量

（1）提高施工人員拼裝質量、責任意識，定期進行專業培訓。

（2）拼裝前必須清理盾尾拼裝部位的污泥與污水，并清理干凈前一環管片迎水面與盾尾間隙中的雜物，如遇漏水現象及時補打盾尾油脂止水，在盾尾無雜物、無積水的情況下才能開始拼裝管片；

（3）管片拼裝時，嚴禁非管片安裝位置的推進油缸與管片安裝位置的推進油缸同時收縮。安裝管片到位時，動作應平緩，避免撞擊已定位管片。拼裝過程中，必須嚴格控制管片拼裝的垂直度、橢圓度及螺栓的擰緊力矩，避免出現橫、豎鴨蛋，管片內翻、外翻等現象。

（4）拼裝完成后，做好螺栓緊固及復緊工作，當管片脫離盾尾后，須對管片連接螺栓進行二次緊固，管片脫出盾尾5-10環后進行三次復緊或多次復緊。

2.5 同步注漿量、注漿質量與管片上浮與下沉的控制

（1）選擇適當的同步注漿漿液。同步注漿漿液初凝越快，就能越早的抑制管片上浮。在漿液性能的選擇上應該保證漿液的充填性、初凝時間與早期強度、限定范圍防止流失（漿液稠度）的有機結合，才能保證隧道管片與圍巖共同作用形成一體化的構造物。

（2）適當控制掘進速度。如果壁后漿液不能及時固結和穩定管片，應適當控制盾構機掘進速度，一般控制在30mm/min左右為宜，同時確保管片脫出盾尾時形成的空隙量與注漿量平衡，盡量避免壁后漿液被地層水稀釋而降低漿液性能。

（3）跟蹤盾尾及時二次注漿。當因為姿態控制和工期等原因不能降低掘進速度，而壁后同步注漿漿液又不能及時固結和穩定管片時，可根據施工經驗在盾尾倒數第7～10環二次注漿，以使盾尾倒數7～10環以后的管片及時得到穩定，避免因管片上浮而造成的連續錯臺。

（4）注漿要飽滿。壁后注漿不飽滿時管片脫出盾尾后會因為自重等原因出現下沉，只有注漿飽滿且及時凝固的情況下才能避免下沉的情況發生。一般注漿量應滿足理論注漿量的150%～200%。

（5）注漿要均勻。盾構掘進時應進行同步注漿，同步注漿要求多個方向同時均勻注入并根據理論注漿量控制好注漿流量及注漿壓力，防止單塊（環）管片受力過大而造成與周邊管片產生錯位。曲線段掘進時不僅需要確保整體同步注漿量與注漿質量，更要加大曲線外側的壓漿量，并對其施工的空隙進行有效的填補，為有效的抑制因持續左轉彎管片反力造成隧道右側位移狀況的出現，減少隧道偏移軸線的出現。

3、結語

綜上所述，小半徑曲線段盾構隧道工程管片錯臺質量問題，需從其自身的缺陷出發，分別從管片的選型、掘進的參數調整以及注漿參數的控制等多方面采取相對應的措施，以便更好的解決管片出現的質量問題，從而保證工程施工質量。

參考文獻

[1]黃濤.盾構過小半徑曲線段施工質量控制[J].隧道建設，2010（S1）：383-386.