小曲線半徑盾構(gòu)管片拼裝質(zhì)量控制

王喜桃

（中交隧道工程局有限公司，江蘇 南京 210012）

現(xiàn)階段，盾構(gòu)施工逐漸引起人們重視，但是在選擇軌道的交通線路時(shí)，因?yàn)榻ㄖ锱c城市規(guī)劃限制，加大了軌道交通設(shè)計(jì)線路的復(fù)雜程度，頻繁出現(xiàn)小曲線半徑。相較于常規(guī)的盾構(gòu)技術(shù)，小曲線半徑的盾構(gòu)技術(shù)自身比較特殊，在某種程度上加大了施工質(zhì)量的控制難度。因此，需要相關(guān)人員重視小曲線半徑的盾構(gòu)施工質(zhì)量控制，確保隧道的安全性與可靠性。

1 實(shí)例分析工程施工的難點(diǎn)

1.1 工程的概況

本次研究對(duì)象是某市軌道交通的六號(hào)線車輛出入段，這個(gè)部分有1141.2m區(qū)間入段的線長(zhǎng)，區(qū)間的出段線長(zhǎng)約為1138.2m。在盾構(gòu)區(qū)間有618.7m入段線長(zhǎng)，620.3m出段的線長(zhǎng)，整個(gè)區(qū)間線路的平面曲線半徑的最小值是300m，線的間距在5～21.3m。而最大線路坡度是28‰，將近5.7～10.8m的隧道埋深。在這個(gè)區(qū)間土質(zhì)主要是黏土、淤泥質(zhì)黏土。本工程的隧道在施工過(guò)程中，主要采取ZTE6410土的壓平衡盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行，常見(jiàn)襯砌形式包含鋼筋混凝土類預(yù)制的管片，Φ5500mm的管片內(nèi)徑，Φ6200mm的外徑，350mm的管片厚度，1500毫米的環(huán)寬，小曲線段的管片環(huán)寬為1200mm，40mm的楔形量。通過(guò)三片標(biāo)準(zhǔn)塊組成環(huán)管片，同時(shí)包含一塊封頂快與兩塊鄰接塊。鋼筋混凝土的預(yù)制管片強(qiáng)度設(shè)計(jì)成C50，P12的抗?jié)B等級(jí)。

1.2 施工的難點(diǎn)

（1）難以控制隧道軸線。盾構(gòu)機(jī)這種剛體為直線，不能擬合曲線，在掘進(jìn)圓曲線段時(shí)，僅能構(gòu)成連續(xù)折合線對(duì)圓曲線進(jìn)行擬合，較小曲線半徑，會(huì)加大擬合難度，增加糾偏量，降低糾偏的靈敏度，難以有效控制軸線。通常情況下，會(huì)采取千斤頂進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)糾偏與轉(zhuǎn)彎，一般采取不等推進(jìn)的千斤頂分區(qū)油壓，旨在確保盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)方向與設(shè)計(jì)的軸線一致。小曲線式半徑段實(shí)施施工時(shí)，應(yīng)將盾構(gòu)機(jī)兩側(cè)的推力加大，保證推力與盾構(gòu)機(jī)轉(zhuǎn)彎的需求相符，將兩側(cè)油缸推力縮小，這在某種程度上會(huì)加大隧道軸線偏差糾正難度以及控制的難度。

（2）難以控制管片拼裝的質(zhì)量控制。對(duì)小半徑的曲線部位隧道進(jìn)行掘進(jìn)時(shí)，基于千斤頂作用下，推進(jìn)盾構(gòu)，這種分區(qū)壓力的差異無(wú)法保證管片受力的均勻性。在推進(jìn)管片過(guò)程中，若千斤頂?shù)捻敁窝チ^(guò)度集中，容易造成損毀。推進(jìn)管片的盾構(gòu)機(jī)時(shí)，由于千斤頂會(huì)推動(dòng)管片的斷面以及軸線，極易導(dǎo)致水平方向上出現(xiàn)分力，也就是管片向某側(cè)側(cè)偏，盾構(gòu)機(jī)的管片就會(huì)出現(xiàn)千斤頂外側(cè)的反作用力，導(dǎo)致管片出現(xiàn)偏倚，繼而管片也就會(huì)產(chǎn)生相對(duì)位移，造成漏水、錯(cuò)臺(tái)以及裂紋等問(wèn)題。

2 小曲線半徑盾構(gòu)管片的拼裝質(zhì)量控制對(duì)策

2.1 測(cè)量的控制

推進(jìn)小曲線的半徑過(guò)程中，因?yàn)樗淼狼蕯?shù)值相對(duì)較大，而前方的可視距離不夠長(zhǎng)，加之隧道內(nèi)部通視的條件比較差，這就需要對(duì)測(cè)點(diǎn)以及后視點(diǎn)進(jìn)行反復(fù)的設(shè)置，在這種操作下容易引起盾構(gòu)導(dǎo)向中系統(tǒng)測(cè)量換站頻率加大。從圓曲線這種隧道施工來(lái)看，換站距離平均值是30～40m。每一次結(jié)束換站以后，需要復(fù)核測(cè)量，對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整。因?yàn)闇y(cè)量的距離比較短，無(wú)法在管片上穩(wěn)定安裝測(cè)量站，因此每一次完成換站以后，會(huì)導(dǎo)致高程數(shù)據(jù)發(fā)生變化。為確保測(cè)量的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，避免引起測(cè)量誤差，每天復(fù)核，經(jīng)實(shí)時(shí)的復(fù)測(cè)，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。此次工程在推進(jìn)300米小曲線的半徑段時(shí)，可以經(jīng)加大測(cè)量的頻率確保盾構(gòu)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。此外，為了及時(shí)了解成型隧道具體情況，確保能夠?qū)λ淼朗┕さ妮S線以及地表具體沉降情況進(jìn)行有效控制，優(yōu)化掘進(jìn)的參數(shù)，通常情況下，相隔十環(huán)需要測(cè)量管片的姿態(tài)，拼裝好每一環(huán)以后，要進(jìn)行三次及以上的測(cè)量。從測(cè)量所得數(shù)據(jù)中，對(duì)管片的上浮情況以及側(cè)移規(guī)律進(jìn)行全面剖析，對(duì)二次注漿具體位置、隧道掘進(jìn)參數(shù)和姿態(tài)糾偏進(jìn)行優(yōu)化。

2.2 注漿的控制

對(duì)于隧道施工而言，通過(guò)注漿控制能夠穩(wěn)定隧道，經(jīng)注漿可以保證盾構(gòu)穩(wěn)定性，防止發(fā)生過(guò)大偏移與上浮。因?yàn)榍€段的掘進(jìn)會(huì)導(dǎo)致地層損失量加大，增加糾偏的次數(shù)，繼而擾動(dòng)了土體，所以在推進(jìn)曲線段時(shí)，需要對(duì)注漿壓力、漿液質(zhì)量以及注漿量進(jìn)行嚴(yán)格控制，對(duì)管片外環(huán)狀的空隙進(jìn)行及時(shí)充填，防止發(fā)生地表的沉降，降低管片的上浮。此工程施工的過(guò)程中，后壁注漿方式為同步注漿與二次的補(bǔ)充注漿，二次的補(bǔ)充注漿主要是結(jié)合水玻璃的雙液漿、水泥砂漿與水泥進(jìn)行施工。同時(shí)推進(jìn)盾構(gòu)和注漿作業(yè)，注入的速率需要適應(yīng)掘進(jìn)的速度，在注漿的作業(yè)過(guò)程中，需要對(duì)注漿量的變化與注漿壓力進(jìn)行密切觀察，重點(diǎn)控制壓力，與注漿量管控配合。對(duì)超挖和漿液的擴(kuò)散因素進(jìn)行充分考慮，設(shè)置地層、襯砌之間實(shí)際空隙值為150%～180%，同時(shí)把這個(gè)數(shù)值當(dāng)作注漿量，在具體施工中結(jié)合信息反饋的結(jié)果及時(shí)調(diào)整注漿量。設(shè)置初始盾尾的注漿壓力在0.2～0.3兆帕之間，理論上盾尾毎環(huán)注漿是2.86m3，依據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)把毎環(huán)的注漿量設(shè)置成4.3～5.2m3。在實(shí)際施工中，需要對(duì)注漿壓力進(jìn)行嚴(yán)格控制，不可以超過(guò)設(shè)定值，同步控制注漿的壓力以及注漿量?jī)蓚€(gè)指標(biāo)，當(dāng)注漿壓力和設(shè)定值一致時(shí)，保證注漿量同樣在設(shè)定值95%以內(nèi)。

2.3 盾構(gòu)機(jī)的控制

（1）盾構(gòu)機(jī)的糾偏。在推進(jìn)盾構(gòu)小曲線的半徑段時(shí)，需要對(duì)盾構(gòu)機(jī)偏差糾正控制進(jìn)行高度重視，為保證盾構(gòu)密封的效果和管片拼裝的質(zhì)量，避免底層受到擾動(dòng)，在盾構(gòu)偏轉(zhuǎn)進(jìn)行糾正時(shí)，要逐環(huán)的進(jìn)行，保證盾構(gòu)機(jī)運(yùn)行平順性，防止因?yàn)檫^(guò)急的偏差糾正造成破損、滲漏以及錯(cuò)臺(tái)。對(duì)盾構(gòu)機(jī)具體姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整以及糾正過(guò)程中，需要重點(diǎn)控制盾尾的間隙，與線性控制互相配合，保證每一環(huán)糾偏量都控制在5mm以內(nèi)。

（2）盾構(gòu)機(jī)的選型。合適盾構(gòu)選擇對(duì)于盾構(gòu)隧道的施工有著決定性作用，在盾構(gòu)的設(shè)備選擇時(shí)，需要全方面分析相關(guān)隧道施工的條件、工程環(huán)境的條件以及地質(zhì)情況，同時(shí)參考國(guó)內(nèi)外的盾構(gòu)成功應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，特別是類似工程施工中所用盾構(gòu)施工的情況，不違背經(jīng)濟(jì)、環(huán)保以及安全的原則。本工程施工所有盾構(gòu)機(jī)時(shí)ZTE6410，盾體的長(zhǎng)度為7745mm，盾尾的長(zhǎng)度是2629mm，這是一種被動(dòng)的鉸接式盾構(gòu)，鉸接油缸實(shí)際形成將近150mm。該盾構(gòu)機(jī)開(kāi)挖的直徑有6440mm，最大爬坡的能力為35‰，最小平曲線實(shí)際半徑為250m，將超挖齒刀置于刀盤上，當(dāng)直線段開(kāi)始關(guān)閉回縮，得出最大伸出量為30mm，確保盾構(gòu)的掘進(jìn)呈現(xiàn)出弧形，為管片預(yù)留足夠拼裝的空間。

（3）盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)。盾構(gòu)機(jī)需要沿著小曲線的半徑進(jìn)行掘進(jìn)，這種方式在掘進(jìn)垂直的方向會(huì)出現(xiàn)較大側(cè)向的分力。為對(duì)盾構(gòu)的姿態(tài)進(jìn)行有效控制，防止因?yàn)椴涣甲藨B(tài)造成糾偏，當(dāng)盾構(gòu)機(jī)到達(dá)小曲線的半徑段之前，需要按照地址情況與線路的走向趨勢(shì)，調(diào)整盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)，給隧道預(yù)留一定的偏移量。進(jìn)行盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)，相關(guān)人員應(yīng)高度重視盾構(gòu)機(jī)控制，合理調(diào)整掘進(jìn)的參數(shù)。

2.4 管片的控制

（1）管片的制作。由于管片自身的質(zhì)量缺陷，容易在拼裝管片過(guò)程中因受力不均、擠壓等發(fā)生崩角開(kāi)裂情況，導(dǎo)致隧道結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量受到影響，所以需要相關(guān)人員從源頭對(duì)管片的質(zhì)量進(jìn)行控制。同時(shí)實(shí)驗(yàn)室需要對(duì)管片質(zhì)量的保證書、供應(yīng)室的資質(zhì)以及試驗(yàn)的檢測(cè)報(bào)告進(jìn)行實(shí)時(shí)檢查，同時(shí)根據(jù)規(guī)定批量復(fù)驗(yàn)，確保管片的預(yù)埋件、生產(chǎn)所用原材料與相關(guān)規(guī)定相符。在管片的生產(chǎn)中，項(xiàng)目的駐廠人員需要嚴(yán)格控制管片的制作質(zhì)量。在管片出廠以前，監(jiān)理工程師與駐廠人員應(yīng)全面檢查管片的強(qiáng)度以及管片的外觀質(zhì)量，對(duì)出廠質(zhì)量的合格證明、管片型號(hào)以及編號(hào)等進(jìn)行復(fù)核，確保管片外觀的質(zhì)量、期齡與相關(guān)要求相符。

（2）管片的驗(yàn)收。其一，管片進(jìn)場(chǎng)的驗(yàn)收：安排專人對(duì)管片回彈強(qiáng)度、外觀質(zhì)量、合格章以及生產(chǎn)日期等進(jìn)行檢驗(yàn)，與相關(guān)要求相符以后，進(jìn)場(chǎng)與卸放。其二，在管片下井之前的自檢：也就是管片下井以后需要加強(qiáng)自檢，同時(shí)檢查管片的編號(hào)，對(duì)生產(chǎn)日期和外觀進(jìn)行復(fù)查，復(fù)查外觀與生產(chǎn)日期，主要涉及外涂的防水層、外觀、傳力墊以及清潔度等，全部都符合要求之后，方可吊裝以及下井。其三，管片拼裝之前的復(fù)檢：在盾構(gòu)管片實(shí)施下井以前，要相關(guān)技術(shù)人員復(fù)檢，核查管片型號(hào)，確保外涂的防水層、止水帶以及傳力墊滿足相關(guān)要求，保證粘貼位置的正確性，在粘貼嚴(yán)密、牢固與平整以后，才可以拼裝與施工。

（3）管片的拼裝。在進(jìn)行管片的拼裝施工之前，技術(shù)人員需要檢查管片的清理情況與盾尾的拼裝區(qū)，確保盾尾的清潔度，沖洗管片，不可以有積水與雜物。在拼裝管片的過(guò)程中，需要根據(jù)管片拼裝的順序進(jìn)行施工，讓管片移動(dòng)到拼裝的位置之后，對(duì)準(zhǔn)螺栓的位置。安裝好每一塊管片以后，需要對(duì)螺栓進(jìn)行環(huán)縱向的連接，逐塊的安裝，安裝結(jié)束整環(huán)以后，緊固螺栓。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上，從本工程實(shí)際施工效果中不難看出，小曲線半徑段這種類型隧道進(jìn)行施工時(shí)，需要重視管片的保護(hù)、姿態(tài)控制、選型以及注漿技術(shù)等措施。經(jīng)應(yīng)用相關(guān)控制對(duì)策，對(duì)管片拼裝的質(zhì)量控制、盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)控制以及軸線控制難點(diǎn)等進(jìn)行處理，保證隧道施工的質(zhì)量。