復合式TBM管片錯臺的分析及控制研究

汪岳健，郭方祿

（重慶交通建設（集團）有限責任公司，重慶 401120）

復合式TBM管片錯臺的分析及控制研究

汪岳健，郭方祿

（重慶交通建設（集團）有限責任公司，重慶 401120）

管片錯臺一直是復合式TBM施工的重點關注對象，拼裝手的操作、管片點位的選擇、壁后注漿初凝時間的長短等都會導致管片錯臺。該文根據重慶某工程實際情況，通過實際施工分析管片錯臺產生的原因，主要采取了規范管片拼裝程序、掘進姿態控制、點位選擇、加強注漿等方式降低管片錯臺，其中加強注漿中采用雙液注漿泵做施工管箍，降低地下水對漿液的沖刷，具有很好的推廣前景。

管片錯臺；曲線小半徑；TBM；隧道掘進；施工管箍

1 工程概況

1.1 工程簡介

該工程為重慶軌道交通環線體育公園站至冉家壩站區間隧道工程，位于重慶江北區和渝北區交界處。區間隧道工程采用復合式TBM掘進，南體區間全長596m，體冉區間572m。區間埋深29.6～32.2m，掘進斷面積為37.16㎡復合式TBM隧道防水是以自防水為主，管片采用C50 P12防水混凝土。

該區間范圍內自上而下分布有：素填土層、粉質粘土層、砂質泥巖層、砂巖層。區間工程地質主要屬構造剝蝕丘陵斜坡地貌，現狀地形起伏較小，地勢平緩，區間主要分布于砂巖層內，砂巖的石英含量高，局部結構位于砂質泥巖層。該區間水文地質情況為第四系松散層孔隙水及基巖裂隙水，主要補給來源為大氣降水、地面池塘水體滲漏及城市地下排水管線滲漏，受季節影響變化較大。地下水以圍巖裂隙水為主，水量較小，區間無不良地質構造，圍巖穩定性較好。該區間范圍無斷層及其他不良地質現象。

出渣運輸方式：通過皮帶機輸送至渣斗內，然后用有軌電機車水平運輸至始發井，使用龍門吊垂直運輸提升出始發井。

1.2 施工質量要求（表1）

表1 管片拼裝允許偏差表

1.3 工程的重難點

根據設計該工程復合式TBM區間隧道位于曲線上，其中右線轉彎半徑370m，左線轉彎半徑380m，始發位置右線在緩和曲線上，左線在圓曲線上。曲線小半徑始發是該工程的難點。

復合式TBM為敞開模式，區間隧道處于長下坡，且地下水較豐富，造成漿液流失嚴重，對于圍巖空隙的保漿量是重點。

1.4 管片錯臺的危害

盾構區間隧道施工中，由于管片同一位置處均有橡膠止水帶，相鄰管片間通過擠壓橡膠止水帶，使之接觸壓密，從而起到止水作用；當管片錯臺時，橡膠止水帶擠壓不密實，容易造成滲漏水。管片錯臺時，千斤頂作用力在管片上很容易產生應力集中現象，使管片發生破裂、崩角等質量問題。這些問題直接影響工程質量，造成后期修補費用的增加，滲漏水嚴重還會影響后期軌道交通的運營。

2 原因分析

2.1 管片拼裝操作不規范

管片拼裝是降低管片錯臺關鍵環節，管片拼裝是由工人操作拼裝機進行，其熟練程度及責任心都會影響管片成型質量。管片安裝時，在盾尾殘留的渣土未清理干凈，尤其是底部，有時是盾尾漏泥沙，清理困難，在此位置的某片管片很難就位，甚至螺栓難以插入，造成錯臺[1]；管片拼裝順序未按方案及技術交底進行；管片拼裝擺布不均勻，螺栓孔不齊，螺栓難以插入；F塊強行插入；管片內外翻；管片拼裝完成和管片脫離盾尾未及時進行螺栓復緊等，都是導致管片錯臺不可忽視的直接因素。

2.2 復合式TBM姿態控制

復合式TBM掘進參數的選擇直接影響掘進姿態，而掘進姿態變化會造成盾尾間隙的變化。由于管片螺栓的連接作用，上環管片基本決定了下一環管片的空間位置，若復合式TBM姿態控制不好，掘進軸線波幅過大，糾偏過急、過猛造成較大的徑向位移，必然導致盾尾間隙相差過大，甚至某個方向無間隙。當盾尾間隙過小時，盾尾的徑向運動通過盾尾刷以力的形式傳遞給管片，從而導致管片錯臺，甚至導致盾尾刷擠壓刮壞管片、盾尾刷磨損變形等，進而管片發生滲漏水，盾尾漏漿等問題。

2.3 點位選擇

根據線路走向，通過管片型號和拼裝位置的選擇，以達到擬合隧道線路的管片組合。在區間小半徑曲線段掘進或盾構急糾轉彎時，若管片楔形量不能滿足管片轉彎需求，會造成管片前端面與盾構掘進方向不垂直。

2.4 管片上浮

管片上浮有時可造成管片連續錯臺，在壁后注漿進行圍巖間隙填充時，當注入的漿液未初凝，不足以穩住管片時，管片在漿液浮力的作用下產生上浮的趨勢，就容易因浮力造成管片錯臺。

2.5 管片法面與盾構掘進方向不垂直

在小半徑曲線段掘進或盾構糾偏過急時，若管片楔形量不能滿足轉彎需求，會造成管片法面與盾構掘進方向不垂直。盾構機向前推進的推力，將在管片上產生徑向分力，造成管片環縫錯臺。

3 管片錯臺控制措施

3.1 規范管片拼裝程序

管片拼裝前必須清理盾尾底部污泥與污水，管片拼裝應按拼裝工藝要求逐塊進行，安裝時必須從隧道底部開始，然后依次安裝相鄰塊，最后安裝封頂塊[2]。拼裝時必須使用管片拼裝機微調裝置，保證待裝管片塊與已裝相鄰管片塊的內弧面連接平順，螺栓孔位置對正；F塊安裝前，止水條應進行潤滑處理；安裝時先徑向插入800mm，微調管片使相鄰管片塊的內弧面平順后緩慢縱向插入。

3.2 掘進姿態控制

在施工過程中，復合式TBM推進不可能完全按照設計的隧道軸線前進，因此需要及時調整、糾正偏差；及時按照量測反饋資料，調整盾構施工參數[3]。當復合式TBM遇到上軟下硬土層時，為防止復合式TBM“抬頭”，要保持下俯姿態，需加大上側油缸的推力來進行糾偏；反之，則要保持上仰姿態，需加大下側油缸的推力。掘進時要注意上下左右的油缸行程差不能太大，控制在±20mm。曲線段掘進過程中,曲線內側偏移量一般取10～30mm。水平糾偏與豎直糾偏的原理一樣。糾偏及修正應緩慢進行，每環糾偏量小于6mm/環。

3.3 點位的正確選擇

根據通用環管片，通過點位組合擬合設計隧道曲線,豎曲線擬合和豎向調向采用貼片控制，不要使用管片進行豎向的調整，水平方向盡可能采用管片組合進行調整。緩和曲線右轉點位組合采用2+4+3+9的四點位循環，并根據盾構姿態確定是否增加反向調整環片（9點位管片）；圓曲線上的右轉點位組合采用2+3+4+3的四點位循環，每完成2個循環，中間設置一個反向調整環片（9+3點位管片）。

3.4 加強注漿管理

3.4.1 同步注漿

理論上注漿壓力應略大于地層土壓和水壓，以達到對環向空隙的有效充填而不是劈裂注漿[4]，敞開模式注漿壓力控制在0.5MPa以內，注漿量為理論注漿量的1.3～1.8倍，一般控制在5.7～7.9方/環。保證管片脫出盾尾時形成的空隙量與注漿量平衡。

3.4.2 二次補強注漿

同步注漿量不足或發生漏漿時應及時的進行二次注漿，凝膠時間調整至10～30S，注漿壓力為：0.2～0.5MPa。對于區間隧道處于長下坡，且巖層水量較大，為了保住管片背部漿液，采用水泥-水玻璃雙液漿，每隔50環施做施工管箍進行堵水保漿。通過在管片的吊裝孔進行開口的方式，利用雙液注漿泵進行壓漿，逐漸把漿液累高形成一個封閉環，減少對漿液的沖刷，起到保漿的作用。施工管箍示意圖如圖1。

圖1 施工管箍示意圖

3.4.3 保持管片法面與盾構掘進方向垂直

通用管片全錯縫拼裝施工時，通過管片楔形量逐環靈活地調整法面，確保超前量相差不要太大。在實際施工過程中遇到管片的楔形量不能滿足轉彎需求，可以通過貼2mm或3mm的石棉橡膠板增加楔形量，調整管片法面。

3.4.4 螺栓多次復緊

管片安裝完后應及時擰緊縱、環向螺栓，在下一環掘進至0.9～1.2m時，及時復緊縱、環向螺栓,當成環管片推出盾尾后必須再次復緊縱、環向螺栓。

4 結語

該工程在管片錯臺控制過程中，除了采用常規的控制措施外，特別采用了雙液注漿打環箍進行堵水保漿的措施，這樣能夠有效地減少地下水對漿液的沖刷，提高同步注漿的保漿量，有效地控制管片錯臺。

總之，根據實際工程各自的特點，管片錯臺發生的原因也不完全相同，因此在施工過程中管片發生錯臺時，應根據實際情況分析其主要原因，采取相應的措施，使管片錯臺得到有效的控制，從而使盾構隧道施工質量得到保障。

[1]張則忠.盾構施工中管片錯臺的成因分析以及防治措施[J].深圳土木與建筑，2013（1）.

[2]陳饋，洪開榮，吳學松.盾構施工技術[M].北京：人民交通出版社，2009：102.

[3]劉建航，侯學淵.盾構法隧道[M].北京：中國鐵道出版社，1991：398.

[4]朱科峰.盾構法隧道施工背后注漿技術[J].廣東土木與建筑，2003（7）：19-21

Analysis and Control Research of Compound TBM Segment Dislocation

Segment dislocation has been a major focus in the compound TBM construction.The operation of assemblers,the selection of the segment spot,the time length of the initial setting time of the back-wall grouting,etc.will all lead to the segment dislocation.Based on the actual situation of a project in Chongqing,this paper adopts approaches such as regulating the assembling process of segment,controlling drilling mode,reasonably selecting the point,strengthening grouting,and so on based on the segment dislocation causes.The double-mortar grouting pump is applied to strengthen grouting for construction banding,and reducing the scouring action of groundwater has a good promotion prospects.

segment dislocation;curve with small radius;TBM;tunnel drilling;construction banding

U455.44

A

1671-9107（2017）12-0025-03

10.3969 ／j.issn.1671-9107.2017.12.25

2017-07-04

汪岳健（1988-），男，四川成都人，本科，工程師，主要從事軌道交通隧道施工工作。

責任編輯：孫蘇，李紅