城市地鐵區間隧道擴徑盾構掘進管片拼裝質量控制技術

蘇洪林 錢茂春 石強 李成

摘要：文章依托福州地鐵六號線濱海新城站-蓮花站盾構區間工程，通過擴徑盾構機現場100環掘進試驗，分析了管片錯臺、破損、姿態偏移和滲水問題的原因，并給出了相應的處理措施，為今后類似工程提供技術參考。

關鍵詞：地鐵;區間隧道;盾構擴徑;管片拼裝質量;控制技術

0 引言

城市地鐵區間盾構隧道管片質量問題主要表現在三個方面，發生在預制和拼裝兩個階段，其中拼裝階段導致的管片質量問題最嚴重，也最難控制，更難修復。關于管片預制質量控制方面的文獻特別多，如文獻[1]曹長柱等人通過對各種材料進行優選、試驗等，提高了管片的預制質量。而關于管片拼裝質量控制方面的論文不多，如文獻[2]吳雷結合廣州地鐵三號線某盾構區間出現的管片拼裝質量問題，就管片進場驗收、運輸過程中的保護、拼裝過程中的技術要求以及常見問題進行了分析;文獻[3]王彥會結合深圳地鐵二號線登良站-后海站-科苑站區間管片拼裝質量問題，提出管片拼裝質量控制措施;文獻[4]蔣益對北京地鐵某盾構區間出現的質量問題進行了原因分析，并提出了應對措施。但是，針對盾構機擴徑改造后掘進中的管片質量問題，未見研究。

福州地鐵六號線濱海新城站-蓮花站區間隧道工程，其管片外徑為6.2 m，盾構外徑為6.48 m，采用了深圳地鐵7號線桃深區間外徑僅為6.28 m的土壓平衡盾構，并進行了擴徑改造。本文通過擴徑盾構機現場100環掘進試驗，詳細分析了管片錯臺、破損、姿態偏移和滲水問題的原因，并給出了相應的處理措施，為今后類似工程提供技術參考。

1 工程簡介

濱海新城站-蓮花站區間起點里程樁號為XK28+396.144，終點里程樁號為XK27+205.183，于SK27+800.933（XK27+800.933）設置一座聯絡通道及泵站，全長1 190 m左右。線路縱斷面大體呈“V”字坡，左右線間距為14 m。該區間隧道覆土約6.81（蓮花站端頭）～14.51 m（聯絡通道處），始發端頭處覆土約7.36 m，盾構機由濱海新城站始發，蓮花站接收。主要穿越地層為軟土（淤泥、淤泥質土）、含泥細中砂、砂質黏性土。地表主要為農田、池塘，施工影響范圍內無重要建構筑物。地表分布少量小河涌，小河涌寬度為10～30 m，水深為1.00～4.00 m，小河涌未采用防滲措施。地下水穩定水位埋深為0.00～1.89 m，水位年變化幅度為1.0～1.5 m。

2 管片錯臺原因與處理措施

2.1 管片錯臺原因分析

管片錯臺量的變化如圖1所示，管片同時發生了環向和縱向錯臺，而縱向和環向的錯臺量基本差不多，多為5 mm左右。最大環向錯臺量發生在82環與83環之間，錯臺量值為9 mm，小于控制值15 mm。而最大縱向錯臺發生在86環L2塊與K塊間，錯臺量值為18 mm，大于控制值10 mm。總共有4環（83/84/85/86）的縱向錯臺量超過了控制值10 mm，需要糾偏、防止開裂和防水處理等。

管片發生錯臺的原因如下：

（1）在淺覆土淤泥質土中盾構機姿態難控制，推進趨勢較大，盾構機軸線與管片軸線不一致。

（2）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，有時管片螺栓未擰緊，造成隧道旋轉錯臺。

（3）盾構姿態糾偏過程中，因盾尾間隙不均勻，造成管片錯臺。

（4）管片拼裝前盾尾有雜物未清理干凈。

（5）同步注漿注入量不足及漿液初凝時間過長。

2.2 管片錯臺的處理措施

管片錯臺的處理措施如下：

（1）同步注漿方面：盡量使用中上部的注漿管路。

（2）管片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，在盾尾無雜物、無積水的情況下才能開始拼裝管片。

（3）螺栓復緊一定要達到設計值，并采取至少三次復緊措施：拼裝后、推進中、脫出盾尾后。

（4）管片拼裝應遵循由下至上、左右交叉、最后封頂的順序，必須運用管片安裝微調裝置，將待裝的管片塊與已安裝的管片塊的內弧面調整到平順相接的狀態，使螺栓孔位置對正，螺栓穿插容易。

（5）合理注入盾尾油脂，減少盾尾刷帶給管片的摩擦力。

（6）合理優化漿液配比，減少管片上浮量。

3 管片破損原因與處理措施

3.1 管片破損原因分析

破壞明顯的管片有58環B2塊8點位、56環B2塊2點位、56環B2塊12點位、66環B1塊12點位、53環K塊11點位。發生管片破碎的原因如下：

（1）管片中心與盾構機中心未保持高度一致，受力不均致使側向壓力大于管片的設計受拉或設計抗壓強度。

（2）搬運和堆放時造成的破碎。在搬運、堆放過程中的碰磕，經常導致在碰磕位置處產生小塊破裂。

（3）盾尾間隙過小，盾構機在推進過程中致使管片破損。

（4）在進行軸線糾偏時，由于管片受力不均，導致部分管片碎裂。

（5）拼裝時，由于管片環面之間及相鄰兩塊管片間接觸面達不到理想的平行狀態，使得襯砌角部先受力而產生應力集中，導致管片角部破碎。

（6）前一環環面不平整，塊與塊間有錯位，導致下一環管片拼裝時易產生破碎。

（7）拼裝時，管片就位速度過快而產生碰磕，以及存在管片錯縫時，易引起管片邊角的破碎。

3.2 管片破損處理措施

管片破損處理措施如下：

（1）加強管片的進場驗收工作，嚴禁表面不平整、缺棱、掉角、氣泡超標、麻面和漏筋的管片運到工地。

（2）加強對拼裝工的培訓，對每環拼裝明確標識，落實到人。

（3）管片拼裝中，發現局部環面不平整時應暫停拼裝，及時調整傳力襯墊后再繼續拼裝，確保環面平整度。

（4）嚴格按照設計同步注漿量進行注漿。

（5）在推進過程中，嚴格執行螺栓復緊規定，以防因管片上浮而造成管片錯臺碎損。

（6）嚴格按照管片修補方案進行管片修補，并調整合適的色差。

（7）保持盾構姿態、盾尾間隙，及時清理盾尾內的泥渣。

4 管片姿態偏移原因與處理措施

4.1 管片偏移的原因分析

現場管片姿態偏移變化如圖2所示，管片不但發生了水平偏移量，也發生了垂直偏移量，且垂直偏移量大于水平偏移量。管片在含泥細沙中均向上偏移（上浮狀態），其偏移量最大發生在45環，上浮量為78.1 mm，水平方向向線路右側偏移，其最大偏移量發生在49環，偏移量為62.5 mm。發生管片姿態偏移的原因有：（1）同步注漿漿液初凝時間過長，管片周圍漿液短時間內無法對管片形成約束;（2）由于始發段埋深較淺，地下水豐富，管片承壓得不到保證，造成管片上浮。

4.2 管片偏移的措施

管片偏移的控制措施有：

（1）針對盾構機在含泥細砂中掘進的情況，采取控制掘進速度的措施，當班推進6～7環，及時跟進二次雙液注漿，目前現場按照隔兩環注一次的方法進行。

（2）針對盾構機推力過小、姿態難控制的問題，采取適當增加土壓力的方法控制上浮問題。

（3）調整同步注漿配比，縮短初凝時間，目前同步注漿初凝時間為6～7 h，管片上浮問題有所改善。

（4）在盾構機推進姿態受控時盡量緩慢調整盾構機垂直趨勢，保證成型管片滿足設計要求。

5 管片滲水原因與處理措施

5.1 管片滲水原因分析

管片滲水的原因：

（1）管片錯臺。管片錯臺一般>15 mm時，止水條之間的搭接不夠嚴密，就會出現漏水現象。

（2）管片碎損，往往就伴隨著管片漏水，隧道內漏水處存在碎裂情況。

（3）在管片拼裝時，由于管片拼裝手的誤操作，使防水條脫落，產生漏水情況。

（4）由于采用的是錯縫拼裝，上一環管片環面不平，而下一環管片之間止水條就有可能擠壓不密實，也會出現滲漏水現象。

5.2 管片滲水控制措施

（1）按照隧道管片環向及縱向錯臺控制措施，嚴格控制管片錯臺量。

（2）嚴格按規范要求粘貼管片防水，貼防水前對管片進行清理，膠水涂上后應適當晾曬后再貼防水材料，并使用橡膠錘敲擊使防水條牢實。

（3）及時組織管片進場，盡量選用止水條粘貼時間較長的管片。

（4）提高管片的拼裝質量，拼裝時保證管片接縫處平順，注意檢查保護管片止水條，提高環縱縫的拼裝質量。拼裝封頂塊時采用潤滑劑潤滑。

（5）管片拼裝前進行管片以及盾尾清理，保證止水條干凈。

6 結語

本文依托福州地鐵六號線濱海新城站-蓮花站區間隧道工程，對擴徑后的盾構機現場100環掘進試驗進行分析，得出掘進參數的建議值為總推力為800～1 600 tF，刀盤扭矩為1 000～1 600 kN·m，刀盤轉速為1.0 rpm左右，掘進速度為50 mm/min左右，土壓力為1.2～1.4 bar，出土量為45 m3左右，同步注漿量為5～7 m3。

[1]曹長柱，李 松，啜志強，等.地鐵盾構管片制作的質量控制[J].都市快軌交通，2008，21（6）：51-54.

[2]吳 雷.盾構法地鐵隧道管片拼裝質量控制[J].隧道建設，2006（S2）：41-43.

[3]王彥會.淺談地鐵盾構管片拼裝質量控制措施[J].廣東土木與建筑，2009，16（12）：29-31.

[4]蔣 益.結合北京地鐵談盾構管片拼裝質量[J].工程質量，2016，34（12）：48-50.

作者簡介：蘇洪林（1990—），工程師，研究方向：地鐵工程施工與管理。

基金項目：中水七局科技項目（2017-541-39）