盾構(gòu)小曲線段施工管片質(zhì)量控制

郭軍偉

摘要：文章針對曲線段盾構(gòu)施工過程中管片成型控制的重、難點(diǎn)，結(jié)合在中鐵隧道股份有限公司武漢軌道交通二號(hào)線越江地鐵項(xiàng)目部的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，對曲線段盾構(gòu)施工中管片成型過程中出現(xiàn)的滲漏水、崩缺、錯(cuò)臺(tái)等問題形成的原因進(jìn)行了分析，并提出了對策及預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)；管片質(zhì)量；滲漏水；崩缺；錯(cuò)臺(tái)；原因

Abstract: As for the difficult or key points to the control of segment shape for shielding construction in a tight curve section, this paper will analyze, in accordance with the practical experience from the cross-river project of Wuhan Metro Line 2, the relevant reasons resulting in the water penetration or leaking and segment broking or staggering, and put forward corresponding measures and precautions.

Key words: shield, segment quality, water penetration or leaking, segment broking, segment staggering, reason

中圖分類號(hào)：文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-2104（2012）

1 緒言:

目前，隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，城市化進(jìn)程越來越快，隨之而來的問題是地面交通日益擁堵，在地面空間無法滿足發(fā)展需求的時(shí)候，城市的發(fā)展最終邁出向地下發(fā)展的步伐。如：北京、上海、廣州、南京、武漢、西安、鄭州、深圳、青島、蘇州等很多一線城市及沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)城市開始修建地鐵軌道交通作為新的交通要道。由于地鐵隧道采用盾構(gòu)法施工在工期、質(zhì)量、安全等諸多方面具有明顯的優(yōu)勢，所以現(xiàn)在地鐵隧道的修建基本都是采用盾構(gòu)法施工。

盾構(gòu)法施工形成的地鐵隧道主要由提前預(yù)制好的鋼筋混凝土管片按設(shè)計(jì)要求拼裝成型形成，對管片的抗?jié)B、抗壓、耐久性等有很高的要求。在地鐵隧道小曲線段盾構(gòu)法施工過程中，拼裝成型后的管片一旦出現(xiàn)質(zhì)量問題，可能會(huì)出現(xiàn)災(zāi)難性的后果。所以在小曲線段盾構(gòu)施工方面，管片成型的質(zhì)量控制仍有許多重點(diǎn)和難點(diǎn)需要進(jìn)一步提高認(rèn)識(shí)，加強(qiáng)解決，如防治管片的滲漏水、崩缺、錯(cuò)臺(tái)就是其中常見的技術(shù)問題。

2 現(xiàn)狀調(diào)查

武漢軌道交通二號(hào)線越江地鐵隧道是武漢市重點(diǎn)工程，是國內(nèi)首條穿越長江的地鐵隧道，地質(zhì)條件復(fù)雜，施工難度大。盾構(gòu)隧道采用管片拼裝式單層襯砌， 襯砌環(huán)由一個(gè)封頂塊（K）、兩個(gè)鄰接塊（B1、B2）和三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)塊（A1、A2、A3）組成，管片為雙面楔形通用管片，楔形量為40mm。

曲線段最小轉(zhuǎn)彎半徑為350m，且在曲線上穿越風(fēng)井，而地層含水量高，水壓大，盾構(gòu)施工時(shí)需連續(xù)糾偏，鋼筋混凝土管片在拼裝成型過程中容易發(fā)生崩缺、錯(cuò)臺(tái)、滲漏水等質(zhì)量缺陷。

當(dāng)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)入小曲線半徑90環(huán)后，對拼裝完成的管片進(jìn)行質(zhì)量檢查，共檢查90個(gè)點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)問題16個(gè)點(diǎn)，調(diào)查表如下：

小曲線段質(zhì)量調(diào)查統(tǒng)計(jì)表

結(jié)合《小曲線段質(zhì)量調(diào)查統(tǒng)計(jì)表》，得出以下統(tǒng)計(jì)表格：

調(diào)查統(tǒng)計(jì)表

序號(hào) 問題 頻數(shù)（點(diǎn)） 頻率（%） 累計(jì)頻率（%）

1 管片錯(cuò)臺(tái)（>10mm） 9 56.25 56.25

2 管片接縫滲漏水 4 25 81.25

3 管片崩缺 3 18.75 100

合計(jì) 16 100

管片拼裝質(zhì)量合格率為82.2%

根據(jù)管片拼裝質(zhì)量調(diào)查統(tǒng)計(jì)情況，可以看出已施工完成的管片拼裝質(zhì)量不容樂觀，部分管片錯(cuò)臺(tái)已超出了規(guī)范要求的范圍，部分位置滲漏水嚴(yán)重，管片拼裝質(zhì)量如再不進(jìn)行控制提高，將直接影響整個(gè)工程的竣工驗(yàn)收及評(píng)價(jià)。

3 原因分析及對策

3.1點(diǎn)位選擇不理想

管片K塊點(diǎn)位雖進(jìn)行了精確計(jì)算，但實(shí)際施工中最理想點(diǎn)位并不能與理論K塊的拼裝點(diǎn)位相重合，造成管片環(huán)面與盾構(gòu)掘進(jìn)方向不垂直，在點(diǎn)位選擇偏差時(shí)，容易造成拼裝困難，影響線路糾偏，從而導(dǎo)致管片錯(cuò)臺(tái)。

3.1.1實(shí)施對策

點(diǎn)位擬合提前技術(shù)準(zhǔn)備，在盾構(gòu)施工進(jìn)入350m半徑圓曲線前進(jìn)行理論模擬，提前做好技術(shù)支持，編制技術(shù)交底。計(jì)算出每環(huán)管片需要的楔形量，保證盾尾有合適的間隙，并形成交底下發(fā)，交接班人員交接清楚，選派有經(jīng)驗(yàn)的工程師進(jìn)行值班。

(1)左右油缸行程差的計(jì)算：

盾構(gòu)管片外直徑為6200mm，轉(zhuǎn)彎半徑為350米，其左右油缸行程差的計(jì)算示意圖見下圖1所示。假設(shè)左側(cè)油缸（12號(hào)）行程為X,右側(cè)油缸（4號(hào)）行程為Y。由下圖1可知： ， ，經(jīng)計(jì)算Y-X=26.57mm,取為26.6mm 。

圖1 左右油缸行程差計(jì)算圖

圖2K塊理論位置計(jì)算圖

(2)管片K塊拼裝點(diǎn)位計(jì)算

管片的最大楔形量為40mm，計(jì)算左右油缸行程差為26.6mm，所以管片K塊的理論位置為是使整環(huán)管片左右側(cè)差也為26.6mm。由計(jì)算知K塊的理論位置為：50.2082o。見上圖2所示。

由圖2計(jì)算知當(dāng)K塊在12#，左(12)右(4)油缸行程差為-40mm，當(dāng)K塊在13#、11#，左(12)右(4)油缸行程差為-37mm，當(dāng)K塊在14#、10#，左(12)右(4)油缸行程差為-28.2mm，當(dāng)K塊在15#、9#，左(12)右(4)油缸行程差為-15.4mm。

K塊的理論位置在10#和14#附近，相差50.2082o。在管片K塊點(diǎn)位選擇時(shí)，最好是在10#和14#附近，同時(shí)根據(jù)施工過程中每環(huán)盾構(gòu)姿態(tài)，對K塊點(diǎn)位適當(dāng)調(diào)整。

3.2掘進(jìn)姿態(tài)偏差

在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)至緩和曲線時(shí)，經(jīng)計(jì)算應(yīng)盡可能將盾構(gòu)姿態(tài)調(diào)整到位或進(jìn)行側(cè)向20mm-30mm的預(yù)偏，盾構(gòu)機(jī)在實(shí)際掘進(jìn)過程中呈蛇形前進(jìn)，如沒有很好的姿態(tài)進(jìn)入小曲線，運(yùn)動(dòng)軌跡波動(dòng)幅度過大，掘進(jìn)與設(shè)計(jì)中線偏差較大，盾構(gòu)機(jī)在連續(xù)糾偏后必然導(dǎo)致盾尾間隙分布不勻，由于尾刷在盾尾不能直觀觀察有無變形情況，，內(nèi)側(cè)部分管片使尾刷發(fā)生變形，管片與尾刷的間隙增大，從而降低了尾刷的密封性能，容易產(chǎn)生滲漏，管片拼裝時(shí)為避免內(nèi)側(cè)管片與盾尾接觸對盾尾刷造成損害而產(chǎn)生錯(cuò)臺(tái)，崩缺。

3.2.1實(shí)施對策

(1)加強(qiáng)控制提前技術(shù)準(zhǔn)備，制定合理的技術(shù)交底，提前調(diào)整盾構(gòu)姿態(tài)，可預(yù)一定的反向位。

在發(fā)生管片脫出盾尾移位、盾構(gòu)姿態(tài)難以控制等意外情況時(shí)，在隧道襯砌未超限的前提下，為確保管片不受盾尾擠壓，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整盾構(gòu)掘進(jìn)糾偏量，確保管片拼裝質(zhì)量。盾構(gòu)機(jī)糾偏時(shí)宜慢不宜急，防止盾構(gòu)機(jī)蛇行量過大，每環(huán)糾偏量不超過40mm。根據(jù)盾構(gòu)現(xiàn)有的姿態(tài)，找出最合理的糾偏曲線。并在下步掘進(jìn)時(shí)，對盾構(gòu)掘進(jìn)糾偏量進(jìn)行調(diào)整，逐步將掘進(jìn)趨勢調(diào)整至設(shè)計(jì)線路中線上。

由上環(huán)K塊位置，通過左右油缸行程差來調(diào)整下環(huán)盾構(gòu)姿態(tài)，利于控制盾構(gòu)姿態(tài)。見盾構(gòu)姿態(tài)控制表如下：

盾構(gòu)姿態(tài)控制表（通過油缸差）

(2)小曲線段掘進(jìn)時(shí)，應(yīng)適當(dāng)增加隧道測量的頻率，通過多次測量來確保盾構(gòu)測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，同時(shí)實(shí)施跟蹤測量，促使盾構(gòu)機(jī)形成良好的掘進(jìn)姿態(tài)。

3.3管片拼裝不規(guī)范

在拼裝管片的過程中，操作人員拼裝不規(guī)范，K塊拼裝前預(yù)留的空間不足，徑向插入時(shí)受相鄰管片擠壓，導(dǎo)致管片錯(cuò)臺(tái)、崩缺，同時(shí)止水條受擠壓變形，達(dá)不到密封效果，產(chǎn)生滲漏水現(xiàn)象。

本線路管片沒有設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)彎環(huán)，管片在曲線段拼裝只能依靠楔形量來轉(zhuǎn)彎，當(dāng)管片拼裝時(shí)沒有均布擺勻，螺栓穿插困難，拼裝完畢后沒有及時(shí)復(fù)緊螺栓，這些不規(guī)范的操作是導(dǎo)致管片錯(cuò)臺(tái)重要因素。

3.3.1實(shí)施對策

加強(qiáng)監(jiān)督管片拼裝過程，對違章或不符合規(guī)范要求的挫折及時(shí)制止和糾正，嚴(yán)禁未完成就進(jìn)行下一道工序。

(1)嚴(yán)格控制管片拼裝質(zhì)量：嚴(yán)格控制管片拼裝順序、螺栓復(fù)緊等管片拼裝制度，確保拼裝后的整環(huán)管片橢圓度控制在規(guī)范要求范圍內(nèi)。管片螺栓未全部禁錮前，不允許盾構(gòu)掘進(jìn)。同時(shí)在掘進(jìn)過程中要加強(qiáng)管片螺栓的復(fù)緊。

(2)隨時(shí)觀察盾尾：在盾構(gòu)掘進(jìn)的過程中，土木值班工程師、工班長和管片拼裝司機(jī)等人員要隨時(shí)觀察管片和盾尾相對位置，如果出現(xiàn)盾尾與管片擠壓，應(yīng)及時(shí)通知盾構(gòu)掘進(jìn)司機(jī)，調(diào)整糾偏量或停止糾偏，直至管片和盾尾不再擠壓再進(jìn)行糾偏。

(3)管片拼裝時(shí)，可適當(dāng)將管片整體向右側(cè)偏移，管片拼裝盡量減小，避免橫向變大。

(4)管片理想位置為是掘進(jìn)完成后，盾尾間隙右側(cè)小于左側(cè)；管片拼裝完畢后盾尾間隙左側(cè)小于右側(cè)。

(5)在小半徑曲線隧道掘進(jìn)過程中設(shè)置預(yù)偏量20 ～40 mm，建議預(yù)偏量為25mm左右。

(6)在每環(huán)掘進(jìn)開始，盾構(gòu)掘進(jìn)速度不允許快速加大，待掘進(jìn)20cm后，然后再按正常掘進(jìn)速度進(jìn)行掘進(jìn)。

3.4盾構(gòu)推力不均

盾構(gòu)在小曲線段掘進(jìn)過程中，需要加大曲線外側(cè)推力來增加左右兩側(cè)油缸的推力差，從而實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)轉(zhuǎn)彎。由此導(dǎo)致左右側(cè)兩組油缸分區(qū)推力不均，造成管片崩缺碎裂。

3.4.1實(shí)施對策

分析確定合理有效的盾構(gòu)參數(shù)，控制好盾構(gòu)推進(jìn)速度與推力的關(guān)系，掘進(jìn)剛開始時(shí)以較小速度遞增，避免千斤頂起始推力過大。

在掘進(jìn)過程中，提前進(jìn)行盾構(gòu)姿態(tài)預(yù)偏，掘進(jìn)過程中若遇到左右分區(qū)壓力差異過大，可以適當(dāng)減小。

(1)嚴(yán)格控制盾構(gòu)推進(jìn)速度：推進(jìn)時(shí)速度應(yīng)控制在30mm /min以內(nèi),避免因推力過大而引起的側(cè)向壓力的增大。

(2)嚴(yán)格控制盾構(gòu)正面平衡壓力：必須嚴(yán)格控制與切口平衡壓力有關(guān)的施工參數(shù),如推進(jìn)速度、總推力、實(shí)際泥水壓力等。同時(shí)防止過量超挖、欠挖,盡量減少平衡壓力的波動(dòng),其波動(dòng)值控制在0. 2bar以內(nèi)。

(3)嚴(yán)格控制同步注漿量和漿液質(zhì)量：推進(jìn)時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制同步注漿量和漿液質(zhì)量, 確保每環(huán)注漿總量到位, 漿液均勻合理地壓注,確保漿液的配比符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。注漿未達(dá)到要求時(shí)盾構(gòu)暫停推進(jìn),以防止土體變形。

4 結(jié)論

經(jīng)過項(xiàng)目部全體員工的共同努力，在右線隧道小曲線段施工完成，左線隧道完成小曲線段的50%的時(shí)候，經(jīng)現(xiàn)場檢查統(tǒng)計(jì)150個(gè)點(diǎn)，出現(xiàn)質(zhì)量問題的點(diǎn)有5個(gè)，管片錯(cuò)臺(tái)、崩缺、滲漏水合計(jì)缺陷為3.3%，管片拼裝質(zhì)量合格率為96.7%，通過后期封堵和修補(bǔ)達(dá)到了規(guī)范驗(yàn)收要求。說明采取的措施是有一定成效的。

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