論述盾構(gòu)法在隧道施工中常見質(zhì)量原因及建議措施

王濤

【摘要】本文總結(jié)了盾構(gòu)法在施工過程中經(jīng)常遇到的一些質(zhì)量缺陷，分析了上述質(zhì)量缺陷產(chǎn)生的原因，并提出了預(yù)防和處理上述質(zhì)量缺陷的方法，可供參考。

【關(guān)鍵詞】盾構(gòu)法；施工方法；質(zhì)量缺陷

一、隧道滲漏

盾構(gòu)法隧道施工中襯砌環(huán)的滲漏現(xiàn)象在目前施工中普遍存在，造成滲漏現(xiàn)象的原因有很多，其中主要原因歸納有以下幾點：

1.1 管片自身存在滲漏水現(xiàn)象

造成管片自身出現(xiàn)滲漏水的原因主要有兩個方面：首先是制作管片的混凝土質(zhì)量有缺陷，混凝土使用的配合比、采用的澆搗工藝、養(yǎng)護方法和時間以及各種外加劑摻加量等都與管片的自防水效果密切相關(guān)；其次是管片的制作精度，國內(nèi)外的盾構(gòu)隧道施工經(jīng)驗表明，使用高精度的鋼?？梢源蟠筇岣吖芷闹谱骶取Ａ硗?，管片制作精度將直接影響成型隧道管片環(huán)面平整度控制、管片安裝精度等也是管片破損漏水現(xiàn)象的影響因素之一。

1.2 施工工藝以及后續(xù)操作不當(dāng)引起的管片滲漏

首先是管片背后注漿的施工，管片背后注漿是防水工程的一項重要環(huán)節(jié)，實施得好與壞，將直接影響到隧道施工的質(zhì)量。即使管片背后注漿一般用來控制地面的下沉，卻實際上也是隧道防水的第一道防線。所以注漿量不足不僅會造成隧道產(chǎn)生較大的后期沉降，也會影響管片防水效果。其次是掘進過程中盾構(gòu)姿態(tài)不當(dāng)引起的滲漏，盾構(gòu)機姿態(tài)不當(dāng)主要包括盾構(gòu)實際掘進軸線與設(shè)計軸線的偏差較大，盾尾與成型隧道管片間間隙不均勻造成盾盾尾擠壓成型管片，容易造成管片之間錯位，相鄰管片的止水帶不能正常的重合壓緊，從而導(dǎo)致滲漏，盾尾與管片間隙控制不當(dāng)時甚至可能會造成管片外弧面碎裂，影響管片防水及結(jié)構(gòu)性能。

1.3 管片選型不當(dāng)引起的滲漏

當(dāng)盾尾間隙不均勻或過小，且管片選型不當(dāng)時，在掘進的過程中容易造成管片外壁甚至止水條損壞，造成滲漏水情況的發(fā)生。因此盾構(gòu)管片選型的原則是：首先考慮線路的特點，再依據(jù)盾構(gòu)機的姿態(tài)、千斤頂行程差和盾尾的間隙來選型。

二、管片裂紋

盾構(gòu)管片產(chǎn)生的裂紋在盾構(gòu)施工中存在較多不利因素，如在管片開裂處漏水、崩裂掉角，在運營期漏水導(dǎo)致混凝土脫落甚至?xí)o運營帶來很大的安全隱患，減少使用壽命。產(chǎn)生裂紋的原因有以下幾種：

2.1 管片在生產(chǎn)、運輸過程中產(chǎn)生裂紋

第一階段是在盾構(gòu)管片的制作過程中和管片脫模后的養(yǎng)護過程中處理不當(dāng)造成的開裂，在管片表面產(chǎn)生的裂紋能夠目測到；第二階段則是在養(yǎng)護28 d以后，在吊卸、出廠運輸和使用過程中出現(xiàn)的細微裂紋，管片受到較大的集中力作用，細微的裂紋就會迅速的擴展。

2.2 管片在施工過程中出現(xiàn)裂紋

這個階段的開裂主要是由于作用于管片上的力造成的。作用在管片上的力主要分為掘進推力和注漿壓力兩種，作用力過大、不均勻、管片環(huán)面不平整均會造成管片出現(xiàn)裂紋。首先土倉壓力調(diào)整不當(dāng)會導(dǎo)致總推力逐漸加大；其次是在拼裝預(yù)制管片前盾尾沒有充分清理干凈，導(dǎo)致整環(huán)管片的環(huán)面不平整，盾構(gòu)推進時因管片受力不均勻，造成應(yīng)力集中而產(chǎn)生裂紋。另外在進行管片后背的二次注漿時，注漿壓力太高也會導(dǎo)致管片出現(xiàn)裂紋。

2.3 已完成的隧道上浮也會造成管片產(chǎn)生裂紋

在中風(fēng)化或者微風(fēng)化的地層中掘進，盾尾同步注漿漿液未及時凝固或注入量不夠，會造成不同程度的隧道上浮，不均勻的上浮會造成管片出現(xiàn)裂紋。

三、管片破損

一般情況下的管片破損是由于操作不當(dāng)而造成的，大多表現(xiàn)在管片的端面與吊裝孔的位置。主要原因如下：

3.1 吊運與拼裝時發(fā)生的碰撞

吊運拼裝過程中碰撞主要原因是由于指揮人員指揮失誤、操作人員熟練度不夠有關(guān)。管片碰撞后可能引起管片缺邊掉角現(xiàn)象，直接影響管片外觀、結(jié)構(gòu)性能及防水效果。

3.2 管片拼裝時管片姿態(tài)控制不佳引起管片破損

管片拼裝過程中，應(yīng)避免管片外翻、內(nèi)翻等通病，并嚴(yán)格進行成型管片橢圓度控制。管片姿態(tài)調(diào)整過程中，應(yīng)避免急于進行糾偏導(dǎo)致管片之間錯臺，造成管片的外壁或者螺栓孔處發(fā)生破壞；

3.3 管片發(fā)生較大扭轉(zhuǎn)造成盾構(gòu)千斤頂直接作用于管片縱縫位置

管片發(fā)生較大扭轉(zhuǎn)時，推進千斤頂?shù)膿窝テx了盾構(gòu)管片上的抗剪加強區(qū)，造成管片端部的混凝土發(fā)生開裂破損。特別在盾構(gòu)千斤頂作用于管片縱縫位置時將會造成縱縫對應(yīng)位置的管片角部產(chǎn)生剪拉破壞。

四、管片扭轉(zhuǎn)

管片扭轉(zhuǎn)可能會造成管片的端部與千斤頂作用面接觸的受壓區(qū)混凝土開裂破損或者接縫處的兩塊相鄰管片蹦角。導(dǎo)致管片發(fā)生扭轉(zhuǎn)的原因主要有：盾構(gòu)刀盤長時間的朝同一個方向旋轉(zhuǎn)，盾構(gòu)機在反作用扭矩影響下，通過與管片接觸的千斤頂帶動管片產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)；管片螺栓孔徑的尺寸誤差積累或一個方向的拼裝次數(shù)明顯多于另一方向；在線路的轉(zhuǎn)彎段，盾構(gòu)推進千斤頂產(chǎn)生不對稱的橫向分力，對管片造成附加的扭矩。刀盤和管片安裝設(shè)備朝兩個方向的旋轉(zhuǎn)保持基本的平衡能夠減少襯砌環(huán)發(fā)生的扭轉(zhuǎn)，另外施工時還可以借助加強襯砌環(huán)的抗扭轉(zhuǎn)能力來減少甚至消除襯砌環(huán)的扭轉(zhuǎn)。

五、隧道軸線的偏差

大多數(shù)情況下，盾構(gòu)隧道的軸線偏差是普遍現(xiàn)象，也是永久性的質(zhì)量問題，發(fā)生隧道軸線偏差的主要原因有：

5.1 掘進盾構(gòu)姿態(tài)控制的原因

施工人員的盾構(gòu)姿態(tài)控制有誤，導(dǎo)致較大的軸線偏差；使用的掘進指令有誤，沒有前瞻性；測量誤差甚至錯誤引發(fā)不合理的姿態(tài)控制指令導(dǎo)致軸線產(chǎn)生偏差。

5.2 地質(zhì)條件的原因

場地地質(zhì)情況導(dǎo)致軸線偏差，這種情況一般容易發(fā)生在微風(fēng)化或中風(fēng)化的地層中，上述地層地下水含量豐富，并且盾構(gòu)的掘進姿態(tài)難以控制，在這種地層中控制盾構(gòu)的姿態(tài)一般應(yīng)提前向與軸線偏差相反的方向進行預(yù)控制，同時進行相應(yīng)的處理，如注雙液漿對地層進行改善。

5.3襯砌環(huán)后背注漿的原因

在掘進的過程中均進行了同步注漿，由于同步注漿的漿液初凝時間較長，導(dǎo)致漿液的初期強度不能滿足限制隧道上浮的要求，造成隧道上浮形成軸線偏差。

六、地表沉降與隆起

盾構(gòu)施工引起的地面沉降共分五個階段，分別為初始沉降階段、開挖面前沉降或隆起階段、盾尾沉降階段、盾尾空隙沉降階段及后續(xù)固結(jié)沉降階段。

地面的沉降與隆起有以下幾點主要原因：

6.1 掘進的過程中出土量控制的原因

通常情況下，盾構(gòu)推進一環(huán)的出土量是固定不變的，但地層不同土的松散系數(shù)也是不同的，一旦在掘進的過程中發(fā)生超挖造成出土量過大，必定會導(dǎo)致地面不同程度的下沉。

6.2 襯砌環(huán)壁后注漿量的原因

對襯砌環(huán)壁后同步注漿通常對地面的下沉有很好的控制效果，如果掘進時出土量較大而注漿量較少，或是由于漿液的凝縮量過大均會導(dǎo)致地表沉降。反之，如果過大的注漿量將會導(dǎo)致地面的隆起。

6.3 地質(zhì)條件的原因

盾構(gòu)在砂層地質(zhì)段掘進時，如果發(fā)生塌方或者噴涌而導(dǎo)致難以控制出土量時將會發(fā)生地表沉降；還有一種情況就是在富含地下水的地層中因為水土流失同樣也會出現(xiàn)較大的地表沉降。

6.4 盾構(gòu)土倉結(jié)泥餅引起地面隆起或沉降

盾構(gòu)在掘進過程中，當(dāng)開挖面溫度較高，開挖面土層粘性較高時易引起土倉內(nèi)結(jié)泥餅現(xiàn)象，土倉內(nèi)結(jié)泥餅后由于螺旋機無法正常出土引起土倉內(nèi)土壓力急劇上升，引起盾構(gòu)切口前方地面隆起現(xiàn)象。

當(dāng)土倉內(nèi)出現(xiàn)結(jié)泥餅現(xiàn)象時通常采取對土倉內(nèi)進行土體改良、注入泡沫劑等措施，但在實際土體改良處理過程中由于土倉內(nèi)土壓力平衡較難控制，往往會出現(xiàn)土倉內(nèi)土壓偏低，引起切口前方地面沉降現(xiàn)象。

七、結(jié)語

綜上所述，本文針對盾構(gòu)在施工中容易出現(xiàn)的一些質(zhì)量缺陷進行了歸納總結(jié)，并對其出現(xiàn)的原因進行了分析。為盾構(gòu)施工中有預(yù)見性的進行管控提供了經(jīng)驗，減少或避免出現(xiàn)質(zhì)量事故；為從事隧道或地下工程的工作人員提供一些合理化的建議。