盾構施工中管片錯臺成因分析及防治措施

孫發平

（湖南順天建設集團有限公司， 湖南 長沙 410000）

1 工程概況

開～湘區間左右線總長約1660m，共設兩個曲線，左、右線中心線間距12.0m～15.0m，線路平面曲線半徑為450m和800m，隧道頂覆土厚度8.98m～16.43m，線路縱坡設計為“V”坡形，最大坡度為25.0‰，最小坡度為2‰，區間埋深為9～17.5m，包含聯絡通道兼排水泵站一座。隧道外徑為6m，襯砌為環寬1.5m，厚度300 mm的通用楔形管片，采用全錯縫拼裝，環向12根、縱向16根高強螺栓連接。

2 管片錯臺導致的問題

管片錯臺是指管片拼裝后同一環相鄰管片或者相鄰環管片之間內弧面不平整的現象，前者稱為環向錯臺，后者稱為縱向錯臺。管片錯臺不僅影響隧道的外觀質量，而且會導致以下更嚴重的問題。

2.1 管片破裂

由于盾構機的推進千斤頂作用在管片上，依靠管片提供后坐力使盾構機向前掘進，若剛拼裝好的管片出現錯臺現象，就容易導致相鄰管片間產生集中應力，使管片邊緣發生破裂、崩角等質量問題。

2.2 隧道滲漏

管片間止水主要采用三元乙丙橡膠彈性密封墊，每塊管片側面相同位置都有一圈三元乙丙橡膠彈性密封墊，通過相鄰管片互相擠壓使之間的橡膠彈性密封墊接觸壓密以起到止水作用。橡膠彈性密封墊接觸壓密后寬度僅33～36mm，一般情況當管片錯臺超過 15mm時，橡膠密封墊之間的壓密效果就受到較大影響，在地下水壓較大情況下很容易造成管片滲漏水。

2.3 盾尾刷損壞

由于盾尾殼體對管片有約束力，因此管片縱向錯臺一般是管片脫出盾尾后才產生，但在縱向連接螺栓的作用下，盾殼外的管片環錯臺會導致盾殼內的管片環產生徑向運動的趨勢，造成盾尾與管片環之間的間隙不均勻，從而易對盾尾刷擠壓磨損，進而導致盾尾漏漿，造成同步注漿漿液和盾尾油脂的大量消耗，以及地面沉降等嚴重事故。

3 管片錯臺的成因分析

3.1 管片拼裝不規范

管片拼裝過程是控制管片錯臺至關重要的環節，管片拼裝工人的操作熟練程度及責任心直接影響管片拼裝完的成型質量。

3.2 管片上浮

管片上浮有時可造成管片連續錯臺，尤其在濱湖相軟弱地層中。由于地層較軟，有經驗的盾構司機會加快掘進速度以幫助姿態控制，然壁后漿液初凝前產生的浮力遠大于管片自重，若此時縱向螺栓緊固不到位，隧道管片的上部就會發生連續性錯臺。

3.3 盾構掘進姿態不穩定

掘進過程中，盾構機一般是沿設計軸線呈波動曲線前進，且拼裝環管片空間姿態受上一環成型隧道管片姿態影響。當盾構姿態波動過大，盾尾因糾偏幅度大產生較大徑向位移時，必然出現盾尾間隙不均勻的情況，最壞情況下，某個方向可能甚至無間隙。

3.4 管片法面與盾構掘進方向不垂直

盾構機向前掘進的推力是通過千斤頂作用在剛拼好的管片襯砌橫斷面上，如果盾構掘進方向與管片法面之間不垂直，則其作用于管片上的巨大反推力可分解為縱向和徑向兩個分力，縱向分力可通過管片襯砌橫斷面不斷傳遞直至消散，而縱向分力大于管片間摩阻力、壁后漿液與地層作用等阻力時，將必然造成管片環縫錯臺。由此易知盾構掘進總推力f越大，掘進方向與管片法面垂線夾角a越大，則徑向分力越大，管片錯臺越嚴重。當徑向分力特別大時，甚至會將管片螺栓位置拉裂，如管片相鄰環上下錯臺，因螺栓布置于管片內側面，故環縫錯臺引起的管片開裂多分布在管片內側面的頂部及底部。

4. 管片錯臺防治措施

4.1 嚴格把控管片拼裝過程

（1）拼裝前，盾尾拼裝部位的污泥與污水及前一環管片迎水面與盾尾間隙中的雜物必須清理干凈。

（2）管片拼裝應遵循由下至上、左右交叉、最后封頂的順序，通過拼裝機的微調裝置，調節拼裝環管片的內弧面與上一環的內弧面至平順相接，螺栓孔位置對正，螺栓穿插容易。

（3）管片拼裝時，同時連續收縮的油缸不得超過三組，非安裝區油缸不可收縮。管片安裝過程中，拼裝機動作應平緩，避免撞擊已定位管片。

（4）封頂塊安裝前應對止水條進行潤滑處理，實測并確保兩鄰接塊間間距，安裝時先徑向插入，調整位置后緩慢縱向頂推，嚴禁借用推進千斤頂強行頂推。

（5）管片拼裝過程中，控制要素包括：垂直度、橢圓度及螺栓的擰緊程度。應盡量避免出現橫、豎鴨蛋，管片內翻、外翻等現象。

4.2 有效控制管片上浮

（1）選擇適當的同步注漿漿液。漿液性能的決定性因素包括：稠度、初凝時間、早期強度、填充性等。只有各項因素均處于合理范圍，才能保證隧道管片與圍巖土體一體化。

（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 3cm/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。

4.3 盾構姿態平穩控制

實際掘進時盾構機圍繞設計軸線呈蛇形前進，姿態控制以勤糾、緩糾為原則，通過分組控制推進千斤頂、伸縮仿形刀及調節鉸接油缸行程等方式，保證隧道軸線符合設計及規范，同時最大程度避免盾構機姿態發生突變。盾構機掘進姿態控制原則為：①、管片拼裝點位選擇時，優先考慮盾尾間隙，而后考慮隧道線型；b、單次糾偏操作中，油缸組行程差不得大于 60mm；c、掘進過程中，各區力差不能過大，應控制在總推力的5%以內。

4.4 保持管片法面與盾構掘進方向垂直

在盾構施工過程中，應特別注意管片法面的調整，每環掘進完成后應及時量測管片法面并調整。在不同的管片拼裝施工工藝中，法面調整有各自的方式，本文簡要說明以下幾點：

（1）、通用管片全錯縫拼裝施工時，應統籌考慮管片姿態、盾構機姿態及隧道設計軸線三者直接的相互關系，慎重選擇封頂塊拼裝位置，運用管片楔形量調整隧道法面，縮小不同點位管片超前量差。

（2）、通縫拼裝及半錯縫拼裝施工時，掘進前依據設計軸線做好管片排版，通過管片排版計算公式確定出最合理的標準環與轉彎環比例，并在實際施工過程中及時根據環面超前量差值調整標準環與轉彎環比例，以使管片法面與盾構機掘進方向趨近垂直。

（3）、在實際施工過程中，有時會遇到前一環K塊選點錯誤或者盾構機姿態突變等情況，在管片楔形量不足以滿足轉彎需求時，可在管片環面粘貼不同厚度的貼片來調整管片法面。

不同盾構工程項目有不同的特點，管片錯臺既有共性原因也有個性原因，實際操作過程中，應提前采取各項防治措施，做好施工過程中的質量把控工作，方能確保成型隧道滿足設計及規范驗收要求。

[1]秦建設，朱偉，陳劍著.盾構姿態控制引起管片錯臺及開裂問題研究.2004.10

[2]鐘志全著.盾構管片錯臺分析及措施.2006.09

[3]沈征難著.盾構掘進過程中隧道管片上浮原因分析及控制.2004.12