富水泥巖地層盾構(gòu)施工管片上浮控制技術(shù)研究

（中鐵十六局集團地鐵工程有限公司，北京 100000）

0 前言

隨著施工技術(shù)水平的逐步提高，地鐵盾構(gòu)隧道施工越來越普及，在不同地質(zhì)條件下的盾構(gòu)機掘進逐步完善，成型隧道管片質(zhì)量控制要求越來越嚴格，成型管片質(zhì)量控制措施無比重要。

1 盾構(gòu)施工管片因素研究分析

1.1 研究背景

成都地鐵5 號線一、二期工程土建10 標錦城大道站～錦城湖站盾構(gòu)區(qū)間左線下穿地層為全斷面<5-3>中等風化泥巖層，基巖裂隙水豐富，本隧道使用盾構(gòu)機開挖，盾構(gòu)機開挖直徑6280mm，盾尾標準間隙設定為30mm，盾尾采用被動鉸接形式，盾尾四周共設置8 路同步注漿管（4 用4 備），管片外徑6m，管片重約22t，該區(qū)間采用盾構(gòu)法施工。

1.2 成型隧道管片受力分析

管片在尾盾內(nèi)拼裝成環(huán)，襯砌環(huán)拼裝方式采用錯縫拼裝，通過M27 彎螺栓機械連接，由盾構(gòu)機千斤頂頂推壓緊。

脫出尾盾成型管片主要承受的縱向力為液體（地下水）狀態(tài)浮力F 浮，自身重力G,推進時千斤頂?shù)耐屏εc線路夾角產(chǎn)生的垂直作用力F1,線路下坡F1 向上，線路上坡F1 向下，F(xiàn)1 為變量值，根據(jù)阿基米德定理F 浮=ρ液*gV排，當不考慮盾構(gòu)機對管片的束縛力時，F(xiàn) 浮遠大于G，所以脫出盾尾的管片必需及時采用水泥砂漿進行注漿填充穩(wěn)固。

2 管片上浮情況及原因分析

2.1 管片上浮情況統(tǒng)計

通過錦城大道站～錦城湖站盾構(gòu)區(qū)間左線管片姿態(tài)測量資料對管片上浮情況進行總結(jié)分析，由管片拼裝后的垂直姿態(tài)與脫出盾尾穩(wěn)定后的管片垂直姿態(tài)對比數(shù)據(jù)，見表1。

表1 管片上浮位移統(tǒng)計表

2.2 管片上浮原因分析

成型管片上浮是常見的施工質(zhì)量問題，也是隧道施工過程中一直比較受關注的問題，根據(jù)本工程中遇到的問題，通過分析認為造成本工程管片上浮的原因主要有以下幾點：

1、地下水土壓力大，管片自重不能克服地層中產(chǎn)生的水土浮力導致上浮；

2、同步砂漿注漿量不足，管片上部的建筑空隙沒有及時填充飽滿導致上浮；

3、同步注漿漿液初凝時間過長，不能及時固化形成有效的支撐導致上浮；

4、正常推進時由于地層較軟，保壓壓力不高，盾構(gòu)機推力過小，管片之間的約束力降低，加劇了管片的上浮；

5、盾構(gòu)機推進時，成型隧道截面與盾構(gòu)機千斤頂推力截面成一定角度，導致推進過程中正面推力在成型隧道管環(huán)上產(chǎn)生一個向上的分力，加劇了管片的上??；

6、雙液二次注漿不及時，不能形成有效止水環(huán)帷幕，導致管片上浮。

3 管片上浮控制基本措施

3.1 同步注漿

1、縮短漿液初凝時間 增加漿液配比中的水泥用量，將砂漿的初凝時間由原來的6 小時縮短到4 小時；

2、提高漿液的稠度 通過在漿中添加增稠劑的方式，調(diào)高砂漿的稠度，增強砂漿的抗沖刷能力；

圖1 改良漿液比對

實際作業(yè)中采取的調(diào)整措施如下:

調(diào)整同步漿液的質(zhì)量，增加漿液稠度（添加增稠劑），提高水泥用量縮短初凝時間（4 小時以內(nèi)），增加注漿量到7.5m3。

表2 增稠型同步砂漿漿液配比表

圖2 漿液調(diào)制圖

注意：調(diào)制漿液時，一般在漿液車上調(diào)制，調(diào)制完成后第一時間將漿液抽取到臺車漿液罐里，進行注漿，縮短漿液停滯時間。同時在添加增稠劑和水泥時，一定要均勻的撒開，否則會造成結(jié)塊結(jié)團現(xiàn)象，易堵塞抽漿泵或抽漿管。

圖3 漿液調(diào)制前后對比圖

3、提高注漿壓力

提高注漿壓力至4.0～5.5bar，使得漿液擴散的更遠。增稠后漿液的流動性、擴散性變差，務必確保漿液的擴散范圍；

4、增加注漿量

注漿量為空隙比120%～250%，由于漿液在運輸、轉(zhuǎn)移和注入的地層的過程中均有不同程度的損失，因此增加同步注漿量至200%，以保證充填飽滿。

5、均勻注漿

由原來的只使用上部兩根注漿管，改為四根注漿管同時使用。保證漿液注入的速度和掘進速度相匹配，同時縮短上部漿液充填建筑空隙的時間。

3.2 雙液注漿

為控制管片上浮，在實際施工中，雙液注漿比例按1:1 配置，初凝時間基本控制在30s 左右，在上浮量較大的區(qū)段，縮短初凝時間到10-15s。

增加雙液注漿頻率，及時施做止水帷幕，阻斷地下水的流竄，減小管片浮力。增加二次注漿頻率，推進過程中在盾尾后第2 環(huán)對管片上部進行二次注漿充分填充上部空隙，水灰比=1:1，水泥漿：水玻璃混合液=2:1，靜止狀態(tài)下初凝時間25～30 秒。

3.3 其他措施

1、調(diào)低垂直控制姿態(tài)

在措施做得足夠好的情況下，管片仍然普遍存在均勻的上浮現(xiàn)象，隧道整體上浮的幅度基本維持在30-40mm 左右。因此，在實際施工過程中，可以將導向系統(tǒng)的垂直控制點向下壓40mm，以抵消隧道整體上浮的位移量。

2、槽鋼拉錨

為增強管片的抗浮能力，將盾尾后部1-2 環(huán)管片使用100 的槽鋼與盾尾內(nèi)的管片連接起來，使盾尾前后的幾環(huán)管片成為一個整體，提高此區(qū)域管片的抗浮能力。

3、控制單日進尺

在自立性良好的地層中，單日進尺超過或接近一個盾構(gòu)機長度，則管片上浮的幾率和幅度會跳躍式上升，控制不好則會造成整體上浮，甚至會造成盾構(gòu)機抬頭困難。這種情況下一個明顯的現(xiàn)象就是盾構(gòu)機上部和下部的盾尾間隙變化很快，且偏離控制值。

4、控制盾構(gòu)機推力和姿態(tài)

盾構(gòu)機的反推力在施加到管片上之后會有一個向上的分力，這個向上的分力也會加劇管片上浮的位移量，因此在推進過程中盾構(gòu)機司機要控制盾構(gòu)機的掘進姿態(tài)，盡量使得盾構(gòu)機的推力垂直于管片截面，減小向上的分力。此外盾構(gòu)機推力過小也會造成管片之間的應力釋放，降低管片與管片之間的約束力，加劇管片上浮程度，盾構(gòu)機垂直姿態(tài)主動向下控制，保持切口及盾尾垂直姿態(tài)基本維持在-40 左右。

5、增加荷載

在盾尾與1#臺車之間人為增加荷載，目前較常用的是在連接橋區(qū)域以堆載管片的方式增加此區(qū)域的荷載，可在一定程度上降低成型管片的上浮位移。

6、放水降壓

在施工過程中曾遇到注漿注不進的情況，后檢查發(fā)現(xiàn)為管片壁后成型隧道密封性較好，水壓較大，導致砂漿無法注入。后采取開孔卸壓的方式將壁后的承壓水釋放掉之后，才恢復了正常注漿。

7、開孔檢查

由于不同地質(zhì)條件下，成型隧洞所處的地下環(huán)境不一樣，必須按一定頻次對壁后注漿的效果進行檢查，檢查管片四周的建筑間隙是否被充填飽滿。如果不飽滿則及時查找原因并解決處理，同時對不飽滿區(qū)域進行補充注漿。如不及時處置，則連續(xù)累計的一定環(huán)數(shù)之后，就會造成隧道整體上浮，影響正常的盾構(gòu)掘進參數(shù)和隧道成型質(zhì)量。

4 管片上浮防治效果

1、使用增稠漿液后管片上浮位移的部分觀測數(shù)據(jù)如下：

?

2、使用增稠漿液后管片上浮位移情況：

?

3、控制效果

在嚴格執(zhí)行同步注入增稠漿液和雙液漿的情況下，管片上浮得到了有效控制，24 小時前后測量差值也基本穩(wěn)定30mm 左右，基本解決了管片上浮的問題。

5 結(jié)束語

本次對管片上浮控制的研究依托于成都地鐵5 號線一、二期工程土建10標錦城大道站～錦城湖站左線盾構(gòu)區(qū)間的施工，該區(qū)間設計坡度大、基巖裂隙水豐富，通過上述分析，在易出現(xiàn)管片上浮的地層中，施工使用增稠型砂漿，同時輔以雙液漿補充，及時對管片上部建筑空隙進行充填，可以有效的控制管片的上浮現(xiàn)象。在此工況下項目部采取的措施效果明顯，順利完成了盾構(gòu)區(qū)間施工任務，取得了良好的經(jīng)濟、社會效益，具有廣泛的社會推廣價值。