盾構(gòu)隧道通縫拼裝管片錯臺的監(jiān)測方法

張 強，陳奕帆

（1.成都市市政工程設(shè)計研究院有限公司，四川 成都 610000；2.成都設(shè)計咨詢集團有限公司，四川 成都 610000）

0 引言

盾構(gòu)管片的錯臺是一直困擾盾構(gòu)隧道施工和維護的一個問題（見圖1）。由于該問題在較長一段時間內(nèi)沒有得到足夠的重視，而且隨著盾構(gòu)法隧道施工技術(shù)的發(fā)展和眾多問題的解決，錯臺引起的管片開裂、拼裝困難和防水隱患等問題對施工和運營的影響開始凸顯出來。至今的研究表明盾構(gòu)隧道管片發(fā)生錯臺的因素很多,如管片的頂力、制造尺寸有誤、拼裝不當(dāng)、注漿不均及盾構(gòu)姿態(tài)控制等[4]。盡管如此，對于此問題的研究仍處在起步的階段,而且就測試方法來說就更鮮有文獻。這為錯臺的實際研究帶來了操作上的問題，許多研究就是因為測試的問題而停滯不前。故現(xiàn)以上海軌道交通二號線為背景，以管片不均勻的頂力為切入口，通過現(xiàn)場測試的數(shù)據(jù)分析進而得到頂力與錯臺之間的關(guān)系。并且開創(chuàng)性地提出了一種簡單直接的測量管片錯臺的方法。用該法采集的數(shù)據(jù)能很好地反映管片錯臺發(fā)生發(fā)展的規(guī)律，對今后錯臺的進一步研究具有深遠的實踐意義。

圖1 施工現(xiàn)場產(chǎn)生的一個典型的錯臺之實景

1 測試儀器及測點布設(shè)

測試的內(nèi)容其實很簡單，僅是在若干環(huán)管片上的縱向接縫處安裝測點，連續(xù)監(jiān)測脫離盾尾的目標(biāo)管片的錯臺情況。對每環(huán)布設(shè)兩個百分表，做沿開挖方向的右側(cè)（或左側(cè)）半環(huán)錯臺的量測，并記錄四個頂力區(qū)域的頂力值。對所測得的數(shù)據(jù)進行整理，列表并作圖，對測試數(shù)據(jù)及其反映的錯臺規(guī)律及特點進行歸納總結(jié)。但是由于管片上沒有預(yù)留儀器安裝的設(shè)施，而且測試還會受到現(xiàn)場的各種相關(guān)因素的影響，所以整個測試過程就會相對復(fù)雜許多。

1.1 測試儀器

儀器的選擇對于整個測試有著至關(guān)重要的作用。但是由于施工現(xiàn)場惡劣的測試環(huán)境，對于儀器的選型還應(yīng)考慮如下技術(shù)因素：

（1）對錯臺大小的真實反映。在進行錯臺量測時，首先應(yīng)注意到被測量是一個長度或位移。最好是做到被測量的直接反映，故采用長度計或位移計為宜。

（2）對錯臺大小的實時反映。因為錯臺的測試是一個連續(xù)性的量測，每一環(huán)的總共量測時間將近20個小時，每兩小時讀取數(shù)據(jù)一次，以采集到不同時間不同工況下足夠的數(shù)據(jù)量。所以希望測量儀表能夠安裝在所需位置，以便隨時進行數(shù)據(jù)采集。

（3）測量的過程不影響正常的施工。在施工的過程中，剛脫離盾尾的幾環(huán)管片還發(fā)揮著堆放下一環(huán)管片和其它襯砌材料的作用，見圖2 所示。所以測試布設(shè)的測點所占面積不能過大而影響管片的堆放。但也不宜過小，使得尋找測點和讀數(shù)的不便。測點的凈空高度也應(yīng)盡量降低，保證管片吊裝的順利進行。同時這也是為了保護測點不受正常施工的影響，因為在開挖過程中，工作人員的走動、材料的堆放和管片的吊裝都有可能使測點受到破壞。

圖2 施工現(xiàn)場管片吊裝情況之實景

綜合以上的技術(shù)因素和經(jīng)濟性因素等多方面的原因，課題組設(shè)計了百分表—角鋼測距法，以適應(yīng)盾構(gòu)特殊的輪廓和惡劣的現(xiàn)場環(huán)境。測試器材也很簡單，僅需要：百分表、磁性表座、角鋼片、502 膠水、砂布和粉筆，每個測點包括的器材的詳細資料見表1所列。

表1 器材詳情表

1.2 測點布設(shè)位置

為了保證安裝位置不能影響正常施工，又要方便讀數(shù)的原則。每環(huán)管片僅做沿開挖方向的右側(cè)半環(huán)錯臺的量測，每環(huán)布設(shè)兩個測點，每個測點使用一個百分表。兩個測點分別布置在鄰接塊和標(biāo)準(zhǔn)塊的接縫、標(biāo)準(zhǔn)塊和拱底塊的接縫上，如圖3～圖6 所示。

圖3 隧道縱剖面測點布置示意圖

圖4 隧道橫斷面測點布置示意圖

圖5 單個測點布置詳圖

圖6 鄰接塊與標(biāo)準(zhǔn)塊接縫測點的現(xiàn)場狀態(tài)圖示

1.3 測點安裝方法

由表1 中得到每個測點包含一個百分表、兩塊角鋼（規(guī)格為L45×45×4，每段8 cm 左右）、一個與百分表配套的磁性表座（附百分表固定桿和表夾）。輔助用品為砂布、粉筆和502 膠水。其中，百分表用于量測錯臺的大小。兩塊角鋼用502 膠水粘貼于管片上面，兩塊垂直粘貼于接縫的上下兩塊管片上；其中下方的角鋼用于將磁性表座固定在管片上，上方的角鋼則是一個百分表觸頭的擋板，使得錯臺發(fā)生時擋板壓縮觸頭產(chǎn)生與錯臺相符的讀數(shù)。磁性表座則是一個帶有磁性的百分表固定裝置，將百分表安置于表夾，然后吸附于下方的角鋼上面。安裝具體方法如下：

（1）首先，用砂布在管片上將測點布設(shè)區(qū)域和兩塊角鋼外表面打磨平整，使角鋼易于粘貼于管片上。

（2）然后在接縫兩側(cè)管片的測點布設(shè)區(qū)域內(nèi)用502膠水粘貼兩塊角鋼。下方的角鋼水平粘貼，上方的角鋼豎直粘貼。

（3）接下來，將磁性表座放于下方的角鋼片上面。在將百分表安裝在表座的固定桿上之后，調(diào)整固定桿姿態(tài)和表座的位置使得百分表的出頭觸頭壓于上方的角鋼片上，并產(chǎn)生一定的初讀數(shù)。

（4）最后用粉筆在測點附近按順序標(biāo)記測點號（如：1，2，3，……）。至此，測點的安裝完成（詳情見圖3～圖6）。

測點安裝好之后的情況如圖7 所示。

圖7 安裝好后的實景

2 測量步驟及測量組織

上面已經(jīng)詳細地介紹了器材的選型及測點的安裝，只要按既定的步驟進行測量即可得到錯臺的數(shù)據(jù)。

2.1 測量步驟

（1）為了不妨礙管片的吊裝，對于剛脫離盾尾的第三環(huán)管片實施儀器的安裝，安裝完畢即讀取初始值并記錄。

（2）在新的一環(huán)即將脫離盾尾時，即可對所布設(shè)的測點進行數(shù)據(jù)采集，并在新的一環(huán)脫離盾尾后實施新一組儀器的安裝，即對此時處于脫離盾尾的第三環(huán)管片進行儀器的安裝。如此重復(fù)直到這一系列的環(huán)片均被布置了測點（至此，應(yīng)該有20 個測點布置，有連續(xù)的最新的10 環(huán)處于監(jiān)測狀態(tài)，而全部布設(shè)好這20 個測點需要時間20 小時左右）。

（3）接下來，當(dāng)新的一環(huán)脫出盾尾時，僅對3～20號測點進行讀數(shù)，并拆除1 號和2 號測點，將拆下的設(shè)備放置于駕駛室。接著當(dāng)又一環(huán)管片脫離盾尾時，對5 號～20 號測點進行讀數(shù)，并拆除3 號～4 號測點，將拆下的設(shè)備放置于駕駛室。以此類推，直到所有的測點全部被拆除（完成這個步驟需要20 小時左右）。（4）頂力的量測由盾構(gòu)司機直接從盾構(gòu)機上讀出。圖8 為千斤頂和頂力分區(qū)示意圖。

圖8 千斤頂和頂力分區(qū)示意圖[6]

2.2 測量組織

從上述的量測步驟來看，量測總共的時間將近40 個小時。其中包括：布設(shè)安裝測點的時間、采集讀數(shù)的時間和拆除測點的時間。

由于施工方的交接班時間為每天早晚的七點左右，有兩個工作班進行開挖和管片的拼裝。根據(jù)這些情況，測量也由兩個班來承擔(dān)，每班2 人即可。一人分別負責(zé)測點的布設(shè)和拆除，另一人負責(zé)數(shù)據(jù)采集。兩個測試班的交接時間和施工交接班的時間一致。直至量測的完畢，即拆除最后一個測點。

3 工程應(yīng)用

上海軌道交通2 號線西延伸工程（Ⅵ標(biāo)）包括出入段線區(qū)間盾構(gòu)隧道（含一個旁通道和一個盾構(gòu)工作井）、暗埋段和敞開段。隧道外徑為6 200 mm，內(nèi)徑為5 500 mm，襯砌為環(huán)寬1 200 mm 的通縫管片，環(huán)縱向均設(shè)有凹凸槽。管片采用通縫拼裝，M30 雙頭直螺栓聯(lián)接；環(huán)縫及縱縫間防水材料采用三元乙丙彈性密封墊。在施工過程中，管片受頂力作用向后壓縮彈性密封墊并產(chǎn)生一定位移。具有差異性的頂力勢必造成管片間的相對錯動，從而形成了錯臺，如圖1所示。

采用該方法得到的錯臺數(shù)據(jù)如表2 所列及圖9所示。

表2 所測管片的總體錯臺大小一覽表

從上述圖表中可以清楚地看出管片錯臺隨時間逐漸增大，在持續(xù)增大一段時間后，又趨于穩(wěn)定。

4 結(jié)語

所介紹的百分表—角鋼片測距法針對盾構(gòu)隧道通縫拼裝管片的錯臺問題，測量的數(shù)據(jù)能夠真實地反映管片的發(fā)生和發(fā)展規(guī)律。而且具有器材簡單和易操作等優(yōu)點，為錯臺的研究開創(chuàng)性地提出了一種測試的方法。這對錯臺的深入研究具有深遠的實踐意義。同時也為施工監(jiān)測提供了一種行之有效的方法。

盡管該測試方法在設(shè)計上考慮了諸多施工現(xiàn)場的不利因素，但是也存在一些不足之處。雖然已經(jīng)在測點的布設(shè)位置和儀器的選型上做了許多改進，但是仍存在有測點較易被損壞等問題。這就有待我們今后的進一步研究，以完備該管片錯臺的測試。