地鐵盾構(gòu)隧道施工中管片錯(cuò)臺(tái)控制技術(shù)研究

李 磊

中交一公局橋隧工程有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000

地鐵工程施工過(guò)程復(fù)雜，諸多因素均會(huì)影響其工程質(zhì)量，而管片錯(cuò)臺(tái)就是地鐵盾構(gòu)施工期間常見(jiàn)的一種質(zhì)量缺陷，一旦出現(xiàn)管片錯(cuò)臺(tái)，可能會(huì)使成型的隧道發(fā)生大面積的破損或者滲漏現(xiàn)象，不僅會(huì)對(duì)列車(chē)的運(yùn)行安全造成不利影響，而且會(huì)對(duì)隧道的安全性和耐久性產(chǎn)生威脅。因此，在地鐵盾構(gòu)隧道的施工中，需要采取有效的管片錯(cuò)臺(tái)控制技術(shù)，避免管片錯(cuò)臺(tái)情況的發(fā)生，從而為地鐵工程的盾構(gòu)隧道施工質(zhì)量提供保障。

1 工程概況

長(zhǎng)沙市朝陽(yáng)村站—芙蓉區(qū)政府站區(qū)間地鐵工程中，采取了盾構(gòu)法進(jìn)行施工，在區(qū)間的左線和右線分別修建兩條單線隧道。區(qū)間內(nèi)平面曲線的最小半徑為1km，左線和右線的間距為13.0～15.7m。左線和右線的隧道均呈V字坡縱斷面，最小和最大坡度分別為2%和-29%，其豎曲線最小半徑為3km。其地鐵盾構(gòu)區(qū)間設(shè)計(jì)范圍如表1所示。地鐵盾構(gòu)隧道管片內(nèi)徑為5.5m、外徑為6.2m、厚度為350mm、寬度為1.5m、分塊數(shù)為6塊。此混凝土的管片采取標(biāo)準(zhǔn)左右環(huán)和左右轉(zhuǎn)彎環(huán)管片進(jìn)行組合，管片環(huán)寬度為1.5m，環(huán)向的分塊數(shù)為6塊，即1塊封頂塊、2塊鄰接塊、3塊標(biāo)準(zhǔn)塊的組合，轉(zhuǎn)彎環(huán)管片具有45mm楔形量。地鐵盾構(gòu)的隧道管片類(lèi)型為高精度鋼筋混凝土，強(qiáng)度為C50等級(jí)，抗?jié)B強(qiáng)度為P12等級(jí)；管片的端面采取平面式，環(huán)、縱縫的接觸面，都不設(shè)置凹凸榫槽，只在管片環(huán)和縱縫的接觸面設(shè)置彈性、密封墊槽和嵌縫槽。管片的塊和塊之間通過(guò)12根彎螺栓進(jìn)行連接，環(huán)和環(huán)之間通過(guò)16根彎螺栓進(jìn)行連接[1]。

表1 地鐵盾構(gòu)區(qū)間設(shè)計(jì)范圍 單位：m

2 地鐵盾構(gòu)隧道施工中出現(xiàn)管片錯(cuò)臺(tái)的原因

若管片選型不當(dāng)，特別是對(duì)于帶楔形量的管片，容易造成盾尾間隙過(guò)小，使得鉸接油缸與推進(jìn)油缸間的行程差較大，隧道設(shè)計(jì)軸線與實(shí)際軸線之間出現(xiàn)偏差，盾構(gòu)機(jī)糾偏難度系數(shù)增加等，進(jìn)而導(dǎo)致管片發(fā)生錯(cuò)臺(tái)破損或者滲漏水等情況。

在推進(jìn)盾構(gòu)時(shí)，刀盤(pán)的推進(jìn)速度與扭矩之前呈正比關(guān)系，隨著推進(jìn)速度的不斷增加，刀盤(pán)扭矩出現(xiàn)異常情況的可能性也會(huì)逐漸增加，隨著推進(jìn)速度的增加，扭矩也會(huì)隨之變大，同時(shí)也會(huì)使盾體振動(dòng)幅度發(fā)生一定程度的改變。盾構(gòu)推進(jìn)油缸的推力會(huì)影響拼裝管片成型，加快管片成型的速度還會(huì)使活動(dòng)的管片出現(xiàn)擺動(dòng)的情況，管片的環(huán)向間會(huì)存在較大的擠壓力，導(dǎo)致管片破損[2]。

盾尾的間隙變化受盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)變化的影響非常突出，假如盾構(gòu)機(jī)的運(yùn)動(dòng)軌跡發(fā)生較大程度的波動(dòng)，加之管片形態(tài)慣性的影響，會(huì)使得盾尾間隙出現(xiàn)不均衡的情況。當(dāng)盾尾的間隙變小后，管片安裝難度就會(huì)增加，完成安裝的管片遭受盾尾的擠壓容易出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)或者破損等情況。

在開(kāi)展同步注漿施工時(shí)，漿液初凝的時(shí)間較長(zhǎng)，管片在浮力的作用下會(huì)出現(xiàn)上浮的情況，使得管片易出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)的現(xiàn)象。如果注漿壓力較大，管片就會(huì)受到嚴(yán)重的擠壓，使得管片出現(xiàn)破損或者是錯(cuò)臺(tái)的情況。如果注漿方量比較少，使得隧道襯砌間隙很難被填平，砂漿未能將管片固定好，管片就會(huì)隨之發(fā)生位移，在偏心力的作用下，管片局部應(yīng)力就會(huì)比設(shè)計(jì)的強(qiáng)度要求大，也會(huì)使管片出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)或者破損等情況[3]。施工期間若盾尾的間隙太小，盾尾擠壓管片后，會(huì)發(fā)生錯(cuò)臺(tái)的情況，此時(shí)管片的選型會(huì)給盾構(gòu)姿態(tài)調(diào)整和盾尾間隙大小帶來(lái)直接影響，特別是小曲線的半徑內(nèi)更易出現(xiàn)盾尾間隙過(guò)小的情況。管片的強(qiáng)度不夠或存在裂紋和缺角時(shí)，管片也容易出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)或者破損等情況。同時(shí)，若管片拼裝過(guò)程中存在拼裝不規(guī)范的現(xiàn)象，也會(huì)造成管片出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)或者破損等情況。

3 地鐵盾構(gòu)隧道施工中管片錯(cuò)臺(tái)控制技術(shù)要點(diǎn)

3.1 管片的合理選型

在管片選型過(guò)程中，要全面考慮管片姿態(tài)相對(duì)關(guān)系、盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)、管片四周超前量、鉸接和推進(jìn)油缸行程差、盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)、盾尾間隙及隧道線型等信息，科學(xué)確定預(yù)拼裝管片的型號(hào)。以隧道曲線設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，事先考慮清楚管片選型和盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)等內(nèi)容，在拼裝封頂塊時(shí)，最好在隧道腰部位置完成拼裝施工，使管片拼裝與隧道設(shè)計(jì)的施工標(biāo)準(zhǔn)保持一致。

3.2 科學(xué)控制推進(jìn)速度

在粉質(zhì)黏土與黃土狀的土質(zhì)內(nèi)，如果將刀盤(pán)轉(zhuǎn)速固定在某一個(gè)值上，則推進(jìn)速度、刀盤(pán)扭矩及管片錯(cuò)臺(tái)率間的關(guān)系如圖1所示。

圖1 推進(jìn)的速度、刀盤(pán)的扭矩及管片錯(cuò)臺(tái)率間的關(guān)系圖

由圖1可知，隨著推進(jìn)速度的增加，刀盤(pán)扭矩及管片錯(cuò)臺(tái)率均在增加。通過(guò)分析可知，盾構(gòu)推進(jìn)的速度適合控制在45mm/min，刀盤(pán)扭矩宜低于1800kN·m，這樣管片錯(cuò)臺(tái)或者破損等問(wèn)題能夠得到有效解決。

3.3 做好盾構(gòu)姿態(tài)控制

對(duì)盾構(gòu)姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整時(shí)，要控制好盾構(gòu)趨勢(shì)，防止出現(xiàn)過(guò)猛的糾偏，要按照勤糾緩糾的原則進(jìn)行，防止盾構(gòu)出現(xiàn)“蛇形”運(yùn)用。具體調(diào)整過(guò)程中，控制在每環(huán)5mm的標(biāo)準(zhǔn)，將隧道設(shè)計(jì)軸線偏差和盾構(gòu)軸線偏差控制在設(shè)計(jì)允許的范圍內(nèi)。在隧道挖掘施工卸荷后，地基會(huì)出現(xiàn)回彈的情況，管片隨之上浮，因此在推進(jìn)盾構(gòu)時(shí)，盾尾垂直方向要控制在-2cm以下，使管片后期出現(xiàn)的上浮量與之相互消除。盾構(gòu)施工管理人員要全面了解整個(gè)區(qū)間的線路設(shè)計(jì)情況，當(dāng)盾構(gòu)進(jìn)入豎曲線或平曲線階段后，以曲線半徑為依據(jù)，使盾構(gòu)逐漸向曲線內(nèi)部移動(dòng)，并使盾構(gòu)姿態(tài)在曲線段實(shí)現(xiàn)有效的整合。

3.4 嚴(yán)格同步注漿操作

（1）依據(jù)不同地層信息來(lái)調(diào)整漿液配比，漿液的凝結(jié)時(shí)間要保持在7h左右，如果遇到特殊情況，則可以使用添加速凝劑的方法來(lái)將凝固時(shí)間降到最低。

（2）注漿壓力要大于土倉(cāng)壓力0.15～0.2MPa，要以地層沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和隧道埋深數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)做好整合工作。

（3）注漿速度和推進(jìn)速度要具有良好的匹配度，不僅要避免注漿速度太快，還要確保注漿方量足夠，必要時(shí)可以對(duì)脫出盾尾4～6環(huán)的管片壁后實(shí)施二次注漿處理，對(duì)于同步注漿施工過(guò)程中產(chǎn)生的后部管片填筑不密實(shí)的情況要及時(shí)采取措施解決，使其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性得到保證。

3.5 做好盾尾間隙控制

在直線段使用轉(zhuǎn)彎環(huán)來(lái)調(diào)整盾尾間隙時(shí)，要采取預(yù)期彌補(bǔ)盾尾間隙的方法，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)成型隧道測(cè)量數(shù)據(jù)和盾構(gòu)姿態(tài)。如果誤差較大或誤差在逐漸變大，需要使用相反轉(zhuǎn)彎環(huán)來(lái)補(bǔ)救。一旦隧道的設(shè)計(jì)軸線與盾構(gòu)推進(jìn)線路之間產(chǎn)生巨大的誤差，則管片受到偏向力的影響也會(huì)更大，從而造成管片出現(xiàn)大面積的破損情況。

3.6 嚴(yán)控管片與拼裝質(zhì)量

在生產(chǎn)制作管片前，需認(rèn)真校驗(yàn)管片模具的尺寸，并抽樣檢查管片的質(zhì)量，使管片的生產(chǎn)質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。運(yùn)送到施工現(xiàn)場(chǎng)的所有管片必須有質(zhì)量合格證明材料，相關(guān)工作人員需認(rèn)真檢查管片的強(qiáng)度和外觀，防止不合格的管片出現(xiàn)在隧道施工建設(shè)過(guò)程中。在拼裝管片時(shí)，嚴(yán)格管控拼裝施工質(zhì)量，使成型管片拼裝、螺栓自由穿插管片、均勻排布管片和拼裝施工等全部滿足盾構(gòu)姿態(tài)調(diào)整的方向要求。管片拼裝施工要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，拼裝成型的管片盡量保持橢圓形。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在地鐵盾構(gòu)隧道施工中，由于受到諸多因素的影響，管片頻繁出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)的情況，為了避免此類(lèi)情況頻繁發(fā)生，保障施工質(zhì)量，就需要施工人員針對(duì)地鐵盾構(gòu)隧道施工中的管片錯(cuò)臺(tái)情況采取科學(xué)的控制技術(shù)，這也是確保地鐵盾構(gòu)隧道順利施工的關(guān)鍵所在。