小曲率半徑盾構隧道管片安裝質量控制

萬金寶 苑強 王鑫 司洪亮 劉偉莉

摘要：盾構隧道管片的安裝質量直接影響到隧道的外觀和使用性能，而其安裝質量受到種種因素的影響，在小曲率半徑盾構隧道中尤為重要。在小曲率半徑盾構隧道中，極易由于千斤頂推力不均和糾偏不到位造成管片錯臺、破損等一系列管片質量問題。本文以天津地鐵11號線為工程背景，分析了造成小曲率半徑盾構隧道管片質量問題的原因，并以此提出了管片質量控制措施。

關鍵詞：管片安裝?管片質量?小曲率半徑?盾構隧道

中圖法分類號：TU91??????????????文獻標識碼：A

Analysis of Segment Floating During Construction of Shield Tunnel with Small Curvature Radius

WAN?Jinbao??YUAN?Qiang??WANG?Xin???SI?Hongliang??LIU?Weili

（1. China Communications Third Bureau First Co.， Ltd.， Beijing，?100012 China; 2. Tianjin Huadun Engineering Supervision Consulting Company， Tianjin，?300000 China）

Abstract： The installation quality of shield tunnel segments directly affects the appearance and service performance of the tunnel， and its installation quality is affected by various factors， especially in shield tunnels with small curvature radius. In the shield tunnel with small curvature radius， a series of segment quality problems such as segment dislocation and breakage are easily caused by uneven jack thrust and inadequate correction. Based on the engineering background of Tianjin Metro Line 11， this paper analyzes the causes of segment quality problems in shield tunnels with small curvature radius， and puts forward the segment quality control measures.

Key Words： Segment installation; Segment quality;?Small radius of curvature; Shield tunnel

由于曲線盾構隧道在線路使用上具有極強的靈活性，經常與直線段配合使用，可解決規劃及地質原因造成的線路問題。但是小曲率半徑盾構隧道管片姿態控制難度更大，對于管片安裝質量要求更高。

樊濟新等通過對南京地鐵10號線工程進行研究，對管片拼裝技術進行了詳細的總結;周飛等研究了通縫和錯縫拼裝對盾構管片力學性能的影響，對施工現場提高管片安裝質量有較大幫助;何先等對小曲線半徑盾構隧道中的管片拼裝及控制技術進行了詳細的分析，并列出了施工要點及控制措施;陳云堯等通過建立拼裝橢圓度與縱縫變形規律數值模型，分析了拼裝橢圓度、拼裝點位對縱縫張角的影響;邵高波等通過天津地鐵的300m小曲率半徑盾構隧道的掘進工程，統計分析了造成管片錯臺、破損等質量問題的原因，并對后續掘進提出了控制措施;楊帆等通過對武漢地鐵6號線的小曲率半徑盾構隧道施工技術進行總結分析，提出了提高管片拼裝質量的控制措施;陳曦等基于BIM技術建立了盾構管片自動拼裝模型，對于提高盾構管片拼裝效率及拼裝質量有很大幫助。

由于管片安裝質量對于盾構隧道的結構適用性及耐久性有重要影響，因此國內學者及專家對于這方面的研究也較為重視，但多數都是研究管片錯臺、破損因素，卻未對影響管片安裝質量的因素的源頭進行詳細分析，且小曲率半徑盾構隧道對管片安裝質量要求更為苛刻。

本文基于天津地鐵11號小曲率半徑盾構隧道項目，對影響管片安裝質量的因素進行詳細分析，并提出了針對性措施，以期對施工提供指導。

1?工程概況

天津地鐵11號線內江路-陳塘站區間長396.1m，本段區間出內江路站后以半徑 350m 曲線，向東轉至東江道，到達陳塘站。隧道結構覆土厚度在11.8～10.3m 之間。區間隧道結構內徑為5.5m、外徑為6.2m，區間自內江路站起，沿內江路路下敷設，向東到達陳塘站（見圖1）。

由于本階段盾構區間轉彎半徑為350m，小曲率半徑盾構隧道管片安裝質量控制本就復雜，且此區間地層處于中粗砂、粉細砂和粉質粘土夾層，穩定性較差，同時地下水非常豐富，若管片安裝質量不達標，極易造成管片滲漏水，影響隧道的正常使用。因此，研究影響小曲率半徑盾構隧道管片安裝質量的因素對于本工程具有重要的實際意義。

2?管片安裝質量影響因素

2.1?管片上浮

由于盾構隧道的特性，導致管片在脫出盾尾時會存在盾尾間隙，需要通過注漿來填充間隙，而由于注漿漿液需要凝固時間，往往會存在漿液浮力而導致管片上浮。管片上浮可能導致管片的錯臺、破損，從而引發滲漏水情況，嚴重影響隧道結構的使用效果。

2.2?糾偏不到位

盾構隧道原本是由直線開挖，但由于規劃和地質等因素需要利用曲線的靈活性來達到路線要求，因此通過一段一段的折線來實現盾構隧道的曲線路徑。但是小曲率半徑盾構隧道在掘進過程中并無法通過控制千斤頂推力來達到軸線的控制，而是通過不斷糾偏以到達預期軸線，因此一旦糾偏不到位就會導致管片出現錯臺、破損等情況，影響管片的安裝質量。

2.3?管片滲漏水

盾構隧道防水主要是由管片防水為主，但由于管片之間存在接縫，因此需要對接縫進行防水處理。因此，管片自身的質量和接縫防水質量是影響管片滲漏水的主要原因。管片和接縫之間需要通過橡膠密封條來進行防水，橡膠密封條的粘貼質量若不合格，就會出現管片局部滲漏水。

2.4?千斤頂推力不均

小曲率半徑盾構隧道通過施加左右不對稱推力來達到盾構機轉彎的效果，對左側施加較大的推力則可以使盾構機向右偏轉，但是左側推力較大也會造成左側管片受力集中，從而導致管片出現破損。此外，轉彎段左右不對稱千斤頂推力會產生一個側向分力，該側向分力容易使管片發生側移，從而導致管片錯臺現象的發生。因此，千斤頂左右推力不均是影響小曲率半徑盾構隧道管片安裝質量的一個重要因素。

3?管片安裝質量控制措施

通過對上述影響管片安裝質量的種種因素進行分析，從而制定相對應的管片安裝質量控制措施。

3.1?使用合適的漿液配合比

注漿漿液的初凝時間和早期強度是影響管片上浮的重要因素，可以通過試驗配制出合適的漿液配合比，來減少初凝時間，同時提高漿液早期強度，以達到控制管片上浮的目的。同時，由于本工程處于富水砂層，同步注漿之后漿液容易被地下水稀釋，同時也影響著漿液的強度，因此確定合適的漿液配合比對于控制管片上浮有著重要作用。

3.2?軸線控制

3.2.1鉸接裝置和仿形刀的運用

盾構隧道在開挖過程中，由于管片側部并不是圓滑的曲線，且動力控制存在誤差，盾構掘進軸線與設計軸線不可避免地會出現偏離。盾構隧道轉彎施工有著許多優點，但其轉彎施工的實現也存在許多技術難點，曲線盾構隧道開挖基于主動鉸接裝置與仿形刀的使用得以實現。曲線隧道在掘進過程中，通過主動鉸接裝置來減小后盾的轉角，使盾尾與管片間不發生碰觸，防止管片破損。盾構機外圍土體通過仿形刀按照要求進行超挖，仿形刀使盾構隧道曲線推進、轉彎及糾偏得以順利進行。

3.2.2軸線預偏

由于千斤頂推力不均，導致轉彎段管片會受到一個側向分力的作用，從而使管片向外側偏移。在盾構機轉彎段設置一個預偏量，可以有效減輕管片偏移的情況。設置預偏量能夠使盾構機沿隧道線型法線方向掘進時產生的偏移與預偏量相抵消，從而使管片的拼裝更符合要求。其中，預偏量受轉彎半徑及千斤頂推力大小的影響。另外，可根據實際施工掘進過程中管片的姿態對預偏量進行調整。

3.3?防水控制

為防止管片本身出現質量問題而導致滲漏水情況發生，應對使用管片逐環進行檢查驗收，預防有不合格管片投入使用。

另外，管片接縫處的防水更為重要，由于管片接縫處受到推力的作用會產生一定的張開量，為防止接縫處滲漏水，可適當加大傳力墊層厚度和橡膠密封條體積，同時需要嚴格控制橡膠密封圈的粘貼質量。

3.4?管片拼裝

3.4.1管片寬度設計

如圖2所示，千斤頂推力不均而形成的側向分力的大小取決于推力的大小和角的大小，在千斤頂推力一定的情況下，角的大小與轉彎半徑、管片外徑和管片寬度有關。在轉彎半徑和管片外徑確定的情況下，管片寬度越小，角越小，側向分力也就越小。

而從隧道整體來看，兩環管片在拼裝后會形成一個折角，當兩環管片寬度越小時，微分效果越好，隧道線性更加接近曲線，且還能保證管片的安裝質量。

3.4.2管片安裝

管片安裝流程如圖3所示。

3.5?合理控制千斤頂推力

3.5.1適當降低推進速度

由圖4可知，小曲率半徑盾構隧道掘進時由于千斤頂不對稱推力會形成一個側向分力：

（1）

（2）

式中：為千斤頂總推力;為拼裝管片與隧道設計軸線夾角;為隧道轉彎半徑;為管片外徑;為一環管片的厚度。

由式（1）可知，側向分力的大小取決于盾構推力和夾角的大小。由式（2）可求得拼裝管片與設計軸線的夾角，從式中可知，夾角與隧道轉彎半徑、管片外徑和管片長度有關。盾構隧道施工中，管片參數和轉彎半徑已經設計完成，因此盾構推力的大小就直接決定了側向壓力的大小。為了減小側向分力，從而減小因千斤頂推力不均而產生的管片質量問題，可在轉彎段施工時適當降低推進速度，即減少千斤頂推力。

3.5.2間歇性施工

在小曲率半徑盾構隧道中，左右側的千斤頂推力不均會形成一個側向分力，而這個側向分力容易導致管片錯臺、破損，引發管片的質量問題。為了減輕這種影響，可以采取間歇性施工的方法，使千斤頂推進一段距離后停頓一下，使集中應力得到釋放，從而減輕管片所受到的側向分力，從而減輕對管片的結構性損傷。

4?結語

本文以天津地鐵11號線為工程背景，通過總結影響小曲率半徑盾構隧道管片安裝質量的種種因素，提出了幾點小曲率半徑盾構隧道管片安裝質量控制措施，可以從使用合適的漿液配合比、軸線控制、防水控制、管片拼裝設計和合力控制千斤頂推力等方面來進行改進，從而對施工起到指導作用。

參 考 文 獻

[1] 樊濟新.大直徑泥水盾構管片拼裝技術控制[J].山西建筑，2018，44（28）：144-145.

[2] 周飛，陳志敏，張常書，等.礫砂層盾構隧道管片拼裝與封頂塊位研究[J].公路，2021，66（8）：342-349.

[3] 何先.關于小曲線半徑地鐵盾構施工管片質量控制技術[J].低碳世界，2021，11（1）：195-196.

[4] 陳云堯，張軍偉，馬士偉，等.盾構管片縱縫拼裝變形規律及防水性能研究[J].地下空間與工程學報，2020，16（S2）：870-874，911.

[5] 邵高波.軟土地層小半徑曲線段盾構管片破損分析及預防措施研究[J].鐵道建筑技術，2016（03）：19-22，37.

[6] 楊帆，葉鐘文，王小云.小曲線半徑盾構管片拼裝質量控制[J].公路交通科技：應用技術版，2017，13（9）：252-254.

[7] 陳曦，甘英聰，吳湖英，等.基于BIM技術盾構隧道管片自動拼裝研究[J].土木建筑工程信息技術，2021，13（3）：75-80.

作者簡介：萬金寶（1983—），男，本科，工程師，研究方向為隧道及地下工程。