淺析盾構(gòu)小半徑曲線段的管片錯(cuò)臺(tái)控制

馬超

摘 要：隨著社會(huì)市場經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，我國的交通運(yùn)輸隨之呈現(xiàn)出逐步增長的發(fā)展趨勢，其中盾構(gòu)法施工因其具有掘進(jìn)快速、施工安全以及對(duì)環(huán)境影響小等表現(xiàn)形式，目前已被廣泛于城市地鐵、公路、管廊以及深層隧道排水系統(tǒng)建設(shè)等多種工程的施工過程中。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)小半徑 管片錯(cuò)臺(tái) 質(zhì)量控制

1、 管片錯(cuò)臺(tái)原因分析

1.1 盾構(gòu)掘進(jìn)過程中引起的錯(cuò)臺(tái)

掘進(jìn)過程中，盾構(gòu)機(jī)軸線與管片軸線不擬合時(shí)，盾構(gòu)機(jī)推力會(huì)產(chǎn)生對(duì)管片的側(cè)向分力，當(dāng)側(cè)向分力過大時(shí)會(huì)造成管片與上環(huán)管片之間的錯(cuò)臺(tái)。此外，通常情況下，盾構(gòu)機(jī)尾盾與管片間存在盾尾間隙，當(dāng)盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)軸線與管片拼裝軸線嚴(yán)重偏離時(shí)管片可能受到盾構(gòu)機(jī)尾盾的擠壓作用而產(chǎn)生錯(cuò)位，且在調(diào)整過程中會(huì)呈現(xiàn)連續(xù)錯(cuò)臺(tái)情況。

（1）推力與油缸形成差過大

通過計(jì)算在小半徑曲線段掘進(jìn)過程中，假設(shè)推進(jìn)過程中盾構(gòu)姿態(tài)一直按照設(shè)計(jì)軸線進(jìn)行推進(jìn)，此時(shí)推進(jìn)一環(huán)左右油缸行程差將增大27.27mm，而現(xiàn)場管片拼裝轉(zhuǎn)彎環(huán)所能達(dá)到的最大楔形量為36.14mm，從而可計(jì)算出為擬合設(shè)計(jì)軸線，管片的理論選型（以右轉(zhuǎn)彎為例）右轉(zhuǎn)：標(biāo)準(zhǔn)=3：1進(jìn)行選型，且在4環(huán)拼裝完成后左面油缸行程比右面大1mm，而在實(shí)際小半徑曲線推進(jìn)過程中盾構(gòu)姿態(tài)不可能完全不差的擬合設(shè)計(jì)軸線，姿態(tài)的變化會(huì)導(dǎo)致盾尾間隙的變化，為保證盾尾間隙，從而可能造成管片選型的嚴(yán)重局限性，造成更大的油缸行程差。使管片姿態(tài)與盾構(gòu)姿態(tài)不同步。

（2）姿態(tài)糾偏過急造成盾尾擠壓管片

盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)調(diào)整伴隨整個(gè)盾構(gòu)掘進(jìn)的過程，特別是在小半徑曲線段掘進(jìn)時(shí)實(shí)際轉(zhuǎn)彎半徑會(huì)小于設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)彎半徑，盾構(gòu)機(jī)基本會(huì)處于糾偏狀態(tài)。在盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)偏離軸線時(shí)對(duì)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整，糾偏量每環(huán)≯5mm。若糾偏過急，姿態(tài)調(diào)整過大，會(huì)造成盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)與管片姿態(tài)嚴(yán)重不協(xié)調(diào)。盾構(gòu)機(jī)與管片形成較大的夾角，甚至造成盾構(gòu)機(jī)盾尾接觸、擠壓管片使管片受到除盾構(gòu)機(jī)推力的側(cè)向分力外還有盾構(gòu)機(jī)尾盾的擠壓力。此時(shí)，管片受到的側(cè)向力大與管片間的摩擦力與螺栓作用力之和引起管片位移，造成直接接觸的管片的環(huán)向錯(cuò)臺(tái)以及與上一環(huán)的管片間的徑向錯(cuò)臺(tái)。

1.2 管片拼裝操作失誤引起錯(cuò)臺(tái)

管片拼裝過程是控制管片錯(cuò)臺(tái)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。管片拼裝前盾尾渣土清理不徹底會(huì)造成拼裝時(shí)無法保證管片與上一環(huán)管片內(nèi)環(huán)面的平整度；管片拼裝時(shí)沒有均勻擺布，螺栓難以插入，造成螺栓緊固不到位，在管片脫出盾尾時(shí)由于管片自重以及受到盾構(gòu)機(jī)推力的側(cè)向分力使管片產(chǎn)生位移造成錯(cuò)臺(tái)；管片拼裝完成后，按規(guī)定應(yīng)對(duì)脫出盾尾的管片進(jìn)行螺栓復(fù)緊。在拼裝完成后，盾構(gòu)機(jī)油缸伸出頂壓管片，此時(shí)管片間的螺栓作用力重新分布，有可能造成管片間的螺栓松動(dòng)。在管片要脫出盾尾時(shí)若未對(duì)管片螺栓進(jìn)行復(fù)緊，在管片脫出盾尾后由于管片自身的重力以及外部壓力作用，可能使管片發(fā)生位移形成管片錯(cuò)臺(tái)。

1.3 管片上浮或下沉引起錯(cuò)臺(tái)

根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，在硬巖地層掘進(jìn)時(shí)管片容易上?。辉谲浲恋貙泳蜻M(jìn)時(shí)，管片容易下沉。同時(shí)，同步注漿不均勻或同步注漿量過多（少），隨著漿液的凝固也會(huì)造成型隧道產(chǎn)生上浮或下沉。成型隧道的部分管片向上或者向下位移，其他管片又因四周的相互作用力（螺栓作用力、管片間的摩擦力、外部擠壓力）制約了它的錯(cuò)動(dòng)，導(dǎo)致產(chǎn)生錯(cuò)位而形成的錯(cuò)臺(tái)。

2、管片質(zhì)量控制對(duì)策

2.1 盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)軸線、管片軸線、設(shè)計(jì)線路軸線盡量擬合

盾構(gòu)掘進(jìn)過程不可避免的會(huì)出現(xiàn)偏離設(shè)計(jì)軸線的情況。盾構(gòu)機(jī)司機(jī)應(yīng)根據(jù)地質(zhì)情況動(dòng)態(tài)控制盾構(gòu)機(jī)推力及掘進(jìn)速度，避免后續(xù)不良姿態(tài)引起的糾偏。當(dāng)盾構(gòu)機(jī)軸線偏離設(shè)計(jì)軸線，在糾偏過程中應(yīng)保持盾構(gòu)姿態(tài)不突變、運(yùn)動(dòng)軌跡盡量平順，每環(huán)姿態(tài)調(diào)整量≯5mm；控制好油缸行程差不過大（50mm以內(nèi)），當(dāng)行程差過大時(shí)應(yīng)通過管片選型來調(diào)整，管片楔形量不足以調(diào)整油缸行程差時(shí)應(yīng)采取外部措施如在管片上粘貼橡膠纖維板增加管片楔形量；做好管片選型工作。在盾構(gòu)推進(jìn)過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制推進(jìn)速度，尤其是小曲線轉(zhuǎn)彎半徑階段，控制推進(jìn)速度在3cm/min以內(nèi)，一方面，要避免因推力過大導(dǎo)撐側(cè)面壓力過大，另一方面，要減小推進(jìn)過程中對(duì)周邊土體的擾動(dòng)

2.2 加強(qiáng)對(duì)小半徑曲線段的測量

在小曲線半徑的轉(zhuǎn)彎段，盡可能減少導(dǎo)線點(diǎn)的布置數(shù)量，而且還需要注意導(dǎo)線點(diǎn)的布設(shè)位置，不斷加強(qiáng)對(duì)其保護(hù)，盡量避免外界因素與人為因素的破壞。除此之外，還應(yīng)當(dāng)依照實(shí)際工程的表現(xiàn)形式明確測量的頻率。其中自動(dòng)測量系統(tǒng)，它推進(jìn)的自動(dòng)測量時(shí)間為每2-3分鐘為一次，且每班自動(dòng)測量都需要進(jìn)行復(fù)位工作。當(dāng)然在 滿足通視的前提條件下，可以減少轉(zhuǎn)站次數(shù)，比如以本區(qū)間的小曲線半徑段為例，通常情況下30環(huán)轉(zhuǎn)站為一次。但是在考慮小轉(zhuǎn)彎半徑的實(shí)施過程中，由于注漿量與注漿質(zhì)量可能無法較好的滿足曲線外側(cè)的承載強(qiáng)度，又或者是因?yàn)橥七M(jìn)速度過快、地層影響等都會(huì)造成隧道整體曲線外側(cè)切向出現(xiàn)位移的現(xiàn)象，因而，在小轉(zhuǎn)彎的推進(jìn)過程中，就需要預(yù)留一定的偏移量，盡量做到勤測量勤糾正，且環(huán)環(huán)都要糾偏。當(dāng)然每一環(huán)都必須測量它的盾中、盾尾間隙以及超前量等，最終依照實(shí)際狀況，隨時(shí)隨地調(diào)整盾構(gòu)機(jī)與管片的姿態(tài)。

2.3 強(qiáng)化對(duì)管片自身的質(zhì)量控制

加強(qiáng)管片生產(chǎn)和進(jìn)場驗(yàn)收管理。對(duì)管片生產(chǎn)模具尺寸進(jìn)行檢驗(yàn)，對(duì)已生產(chǎn)的管片進(jìn)行抽樣檢驗(yàn)其尺寸及強(qiáng)度是否滿足規(guī)范要求，對(duì)已進(jìn)場管片的尺寸及強(qiáng)度進(jìn)行檢驗(yàn)。杜絕有問題的管片進(jìn)入隧道拼裝。進(jìn)場管片必須有合格證、質(zhì)量證明文件，同時(shí)質(zhì)檢人員應(yīng)嚴(yán)格管片外觀及強(qiáng)度驗(yàn)收。嚴(yán)格控制管片的防水條種類、數(shù)量、質(zhì)量。

2.4 嚴(yán)格控制好管片拼裝質(zhì)量

（1）提高施工人員拼裝質(zhì)量、責(zé)任意識(shí)，定期進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)。

（2）拼裝前必須清理盾尾拼裝部位的污泥與污水，并清理干凈前一環(huán)管片迎水面與盾尾間隙中的雜物，如遇漏水現(xiàn)象及時(shí)補(bǔ)打盾尾油脂止水，在盾尾無雜物、無積水的情況下才能開始拼裝管片；

（3）管片拼裝時(shí)，嚴(yán)禁非管片安裝位置的推進(jìn)油缸與管片安裝位置的推進(jìn)油缸同時(shí)收縮。安裝管片到位時(shí)，動(dòng)作應(yīng)平緩，避免撞擊已定位管片。拼裝過程中，必須嚴(yán)格控制管片拼裝的垂直度、橢圓度及螺栓的擰緊力矩，避免出現(xiàn)橫、豎鴨蛋，管片內(nèi)翻、外翻等現(xiàn)象。

（4）拼裝完成后，做好螺栓緊固及復(fù)緊工作，當(dāng)管片脫離盾尾后，須對(duì)管片連接螺栓進(jìn)行二次緊固，管片脫出盾尾5-10環(huán)后進(jìn)行三次復(fù)緊或多次復(fù)緊。

2.5 同步注漿量、注漿質(zhì)量與管片上浮與下沉的控制

（1）選擇適當(dāng)?shù)耐阶{漿液。同步注漿漿液初凝越快，就能越早的抑制管片上浮。在漿液性能的選擇上應(yīng)該保證漿液的充填性、初凝時(shí)間與早期強(qiáng)度、限定范圍防止流失（漿液稠度）的有機(jī)結(jié)合，才能保證隧道管片與圍巖共同作用形成一體化的構(gòu)造物。

（2）適當(dāng)控制掘進(jìn)速度。如果壁后漿液不能及時(shí)固結(jié)和穩(wěn)定管片，應(yīng)適當(dāng)控制盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)速度，一般控制在30mm/min左右為宜，同時(shí)確保管片脫出盾尾時(shí)形成的空隙量與注漿量平衡，盡量避免壁后漿液被地層水稀釋而降低漿液性能。

（3）跟蹤盾尾及時(shí)二次注漿。當(dāng)因?yàn)樽藨B(tài)控制和工期等原因不能降低掘進(jìn)速度，而壁后同步注漿漿液又不能及時(shí)固結(jié)和穩(wěn)定管片時(shí)，可根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)在盾尾倒數(shù)第7～10環(huán)二次注漿，以使盾尾倒數(shù)7～10環(huán)以后的管片及時(shí)得到穩(wěn)定，避免因管片上浮而造成的連續(xù)錯(cuò)臺(tái)。

（4）注漿要飽滿。壁后注漿不飽滿時(shí)管片脫出盾尾后會(huì)因?yàn)樽灾氐仍虺霈F(xiàn)下沉，只有注漿飽滿且及時(shí)凝固的情況下才能避免下沉的情況發(fā)生。一般注漿量應(yīng)滿足理論注漿量的150%～200%。

（5）注漿要均勻。盾構(gòu)掘進(jìn)時(shí)應(yīng)進(jìn)行同步注漿，同步注漿要求多個(gè)方向同時(shí)均勻注入并根據(jù)理論注漿量控制好注漿流量及注漿壓力，防止單塊（環(huán)）管片受力過大而造成與周邊管片產(chǎn)生錯(cuò)位。曲線段掘進(jìn)時(shí)不僅需要確保整體同步注漿量與注漿質(zhì)量，更要加大曲線外側(cè)的壓漿量，并對(duì)其施工的空隙進(jìn)行有效的填補(bǔ)，為有效的抑制因持續(xù)左轉(zhuǎn)彎管片反力造成隧道右側(cè)位移狀況的出現(xiàn)，減少隧道偏移軸線的出現(xiàn)。

3、結(jié)語

綜上所述，小半徑曲線段盾構(gòu)隧道工程管片錯(cuò)臺(tái)質(zhì)量問題，需從其自身的缺陷出發(fā)，分別從管片的選型、掘進(jìn)的參數(shù)調(diào)整以及注漿參數(shù)的控制等多方面采取相對(duì)應(yīng)的措施，以便更好的解決管片出現(xiàn)的質(zhì)量問題，從而保證工程施工質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]黃濤.盾構(gòu)過小半徑曲線段施工質(zhì)量控制[J].隧道建設(shè)，2010（S1）：383-386.