復(fù)合式TBM管片錯臺的分析及控制研究

汪岳健，郭方祿

（重慶交通建設(shè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，重慶 401120）

復(fù)合式TBM管片錯臺的分析及控制研究

汪岳健，郭方祿

（重慶交通建設(shè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，重慶 401120）

管片錯臺一直是復(fù)合式TBM施工的重點(diǎn)關(guān)注對象，拼裝手的操作、管片點(diǎn)位的選擇、壁后注漿初凝時間的長短等都會導(dǎo)致管片錯臺。該文根據(jù)重慶某工程實(shí)際情況，通過實(shí)際施工分析管片錯臺產(chǎn)生的原因，主要采取了規(guī)范管片拼裝程序、掘進(jìn)姿態(tài)控制、點(diǎn)位選擇、加強(qiáng)注漿等方式降低管片錯臺，其中加強(qiáng)注漿中采用雙液注漿泵做施工管箍，降低地下水對漿液的沖刷，具有很好的推廣前景。

管片錯臺；曲線小半徑；TBM；隧道掘進(jìn)；施工管箍

1 工程概況

1.1 工程簡介

該工程為重慶軌道交通環(huán)線體育公園站至冉家壩站區(qū)間隧道工程，位于重慶江北區(qū)和渝北區(qū)交界處。區(qū)間隧道工程采用復(fù)合式TBM掘進(jìn)，南體區(qū)間全長596m，體冉區(qū)間572m。區(qū)間埋深29.6～32.2m，掘進(jìn)斷面積為37.16㎡復(fù)合式TBM隧道防水是以自防水為主，管片采用C50 P12防水混凝土。

該區(qū)間范圍內(nèi)自上而下分布有：素填土層、粉質(zhì)粘土層、砂質(zhì)泥巖層、砂巖層。區(qū)間工程地質(zhì)主要屬構(gòu)造剝蝕丘陵斜坡地貌，現(xiàn)狀地形起伏較小，地勢平緩，區(qū)間主要分布于砂巖層內(nèi)，砂巖的石英含量高，局部結(jié)構(gòu)位于砂質(zhì)泥巖層。該區(qū)間水文地質(zhì)情況為第四系松散層孔隙水及基巖裂隙水，主要補(bǔ)給來源為大氣降水、地面池塘水體滲漏及城市地下排水管線滲漏，受季節(jié)影響變化較大。地下水以圍巖裂隙水為主，水量較小，區(qū)間無不良地質(zhì)構(gòu)造，圍巖穩(wěn)定性較好。該區(qū)間范圍無斷層及其他不良地質(zhì)現(xiàn)象。

出渣運(yùn)輸方式：通過皮帶機(jī)輸送至渣斗內(nèi)，然后用有軌電機(jī)車水平運(yùn)輸至始發(fā)井，使用龍門吊垂直運(yùn)輸提升出始發(fā)井。

1.2 施工質(zhì)量要求（表1）

表1 管片拼裝允許偏差表

1.3 工程的重難點(diǎn)

根據(jù)設(shè)計該工程復(fù)合式TBM區(qū)間隧道位于曲線上，其中右線轉(zhuǎn)彎半徑370m，左線轉(zhuǎn)彎半徑380m，始發(fā)位置右線在緩和曲線上，左線在圓曲線上。曲線小半徑始發(fā)是該工程的難點(diǎn)。

復(fù)合式TBM為敞開模式，區(qū)間隧道處于長下坡，且地下水較豐富，造成漿液流失嚴(yán)重，對于圍巖空隙的保漿量是重點(diǎn)。

1.4 管片錯臺的危害

盾構(gòu)區(qū)間隧道施工中，由于管片同一位置處均有橡膠止水帶，相鄰管片間通過擠壓橡膠止水帶，使之接觸壓密，從而起到止水作用；當(dāng)管片錯臺時，橡膠止水帶擠壓不密實(shí)，容易造成滲漏水。管片錯臺時，千斤頂作用力在管片上很容易產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，使管片發(fā)生破裂、崩角等質(zhì)量問題。這些問題直接影響工程質(zhì)量，造成后期修補(bǔ)費(fèi)用的增加，滲漏水嚴(yán)重還會影響后期軌道交通的運(yùn)營。

2 原因分析

2.1 管片拼裝操作不規(guī)范

管片拼裝是降低管片錯臺關(guān)鍵環(huán)節(jié)，管片拼裝是由工人操作拼裝機(jī)進(jìn)行，其熟練程度及責(zé)任心都會影響管片成型質(zhì)量。管片安裝時，在盾尾殘留的渣土未清理干凈，尤其是底部，有時是盾尾漏泥沙，清理困難，在此位置的某片管片很難就位，甚至螺栓難以插入，造成錯臺[1]；管片拼裝順序未按方案及技術(shù)交底進(jìn)行；管片拼裝擺布不均勻，螺栓孔不齊，螺栓難以插入；F塊強(qiáng)行插入；管片內(nèi)外翻；管片拼裝完成和管片脫離盾尾未及時進(jìn)行螺栓復(fù)緊等，都是導(dǎo)致管片錯臺不可忽視的直接因素。

2.2 復(fù)合式TBM姿態(tài)控制

復(fù)合式TBM掘進(jìn)參數(shù)的選擇直接影響掘進(jìn)姿態(tài)，而掘進(jìn)姿態(tài)變化會造成盾尾間隙的變化。由于管片螺栓的連接作用，上環(huán)管片基本決定了下一環(huán)管片的空間位置，若復(fù)合式TBM姿態(tài)控制不好，掘進(jìn)軸線波幅過大，糾偏過急、過猛造成較大的徑向位移，必然導(dǎo)致盾尾間隙相差過大，甚至某個方向無間隙。當(dāng)盾尾間隙過小時，盾尾的徑向運(yùn)動通過盾尾刷以力的形式傳遞給管片，從而導(dǎo)致管片錯臺，甚至導(dǎo)致盾尾刷擠壓刮壞管片、盾尾刷磨損變形等，進(jìn)而管片發(fā)生滲漏水，盾尾漏漿等問題。

2.3 點(diǎn)位選擇

根據(jù)線路走向，通過管片型號和拼裝位置的選擇，以達(dá)到擬合隧道線路的管片組合。在區(qū)間小半徑曲線段掘進(jìn)或盾構(gòu)急糾轉(zhuǎn)彎時，若管片楔形量不能滿足管片轉(zhuǎn)彎需求，會造成管片前端面與盾構(gòu)掘進(jìn)方向不垂直。

2.4 管片上浮

管片上浮有時可造成管片連續(xù)錯臺，在壁后注漿進(jìn)行圍巖間隙填充時，當(dāng)注入的漿液未初凝，不足以穩(wěn)住管片時，管片在漿液浮力的作用下產(chǎn)生上浮的趨勢，就容易因浮力造成管片錯臺。

2.5 管片法面與盾構(gòu)掘進(jìn)方向不垂直

在小半徑曲線段掘進(jìn)或盾構(gòu)糾偏過急時，若管片楔形量不能滿足轉(zhuǎn)彎需求，會造成管片法面與盾構(gòu)掘進(jìn)方向不垂直。盾構(gòu)機(jī)向前推進(jìn)的推力，將在管片上產(chǎn)生徑向分力，造成管片環(huán)縫錯臺。

3 管片錯臺控制措施

3.1 規(guī)范管片拼裝程序

管片拼裝前必須清理盾尾底部污泥與污水，管片拼裝應(yīng)按拼裝工藝要求逐塊進(jìn)行，安裝時必須從隧道底部開始，然后依次安裝相鄰塊，最后安裝封頂塊[2]。拼裝時必須使用管片拼裝機(jī)微調(diào)裝置，保證待裝管片塊與已裝相鄰管片塊的內(nèi)弧面連接平順，螺栓孔位置對正；F塊安裝前，止水條應(yīng)進(jìn)行潤滑處理；安裝時先徑向插入800mm，微調(diào)管片使相鄰管片塊的內(nèi)弧面平順后緩慢縱向插入。

3.2 掘進(jìn)姿態(tài)控制

在施工過程中，復(fù)合式TBM推進(jìn)不可能完全按照設(shè)計的隧道軸線前進(jìn)，因此需要及時調(diào)整、糾正偏差；及時按照量測反饋資料，調(diào)整盾構(gòu)施工參數(shù)[3]。當(dāng)復(fù)合式TBM遇到上軟下硬土層時，為防止復(fù)合式TBM“抬頭”，要保持下俯姿態(tài)，需加大上側(cè)油缸的推力來進(jìn)行糾偏；反之，則要保持上仰姿態(tài)，需加大下側(cè)油缸的推力。掘進(jìn)時要注意上下左右的油缸行程差不能太大，控制在±20mm。曲線段掘進(jìn)過程中,曲線內(nèi)側(cè)偏移量一般取10～30mm。水平糾偏與豎直糾偏的原理一樣。糾偏及修正應(yīng)緩慢進(jìn)行，每環(huán)糾偏量小于6mm/環(huán)。

3.3 點(diǎn)位的正確選擇

根據(jù)通用環(huán)管片，通過點(diǎn)位組合擬合設(shè)計隧道曲線,豎曲線擬合和豎向調(diào)向采用貼片控制，不要使用管片進(jìn)行豎向的調(diào)整，水平方向盡可能采用管片組合進(jìn)行調(diào)整。緩和曲線右轉(zhuǎn)點(diǎn)位組合采用2+4+3+9的四點(diǎn)位循環(huán)，并根據(jù)盾構(gòu)姿態(tài)確定是否增加反向調(diào)整環(huán)片（9點(diǎn)位管片）；圓曲線上的右轉(zhuǎn)點(diǎn)位組合采用2+3+4+3的四點(diǎn)位循環(huán)，每完成2個循環(huán)，中間設(shè)置一個反向調(diào)整環(huán)片（9+3點(diǎn)位管片）。

3.4 加強(qiáng)注漿管理

3.4.1 同步注漿

理論上注漿壓力應(yīng)略大于地層土壓和水壓，以達(dá)到對環(huán)向空隙的有效充填而不是劈裂注漿[4]，敞開模式注漿壓力控制在0.5MPa以內(nèi)，注漿量為理論注漿量的1.3～1.8倍，一般控制在5.7～7.9方/環(huán)。保證管片脫出盾尾時形成的空隙量與注漿量平衡。

3.4.2 二次補(bǔ)強(qiáng)注漿

同步注漿量不足或發(fā)生漏漿時應(yīng)及時的進(jìn)行二次注漿，凝膠時間調(diào)整至10～30S，注漿壓力為：0.2～0.5MPa。對于區(qū)間隧道處于長下坡，且?guī)r層水量較大，為了保住管片背部漿液，采用水泥-水玻璃雙液漿，每隔50環(huán)施做施工管箍進(jìn)行堵水保漿。通過在管片的吊裝孔進(jìn)行開口的方式，利用雙液注漿泵進(jìn)行壓漿，逐漸把漿液累高形成一個封閉環(huán)，減少對漿液的沖刷，起到保漿的作用。施工管箍示意圖如圖1。

圖1 施工管箍示意圖

3.4.3 保持管片法面與盾構(gòu)掘進(jìn)方向垂直

通用管片全錯縫拼裝施工時，通過管片楔形量逐環(huán)靈活地調(diào)整法面，確保超前量相差不要太大。在實(shí)際施工過程中遇到管片的楔形量不能滿足轉(zhuǎn)彎需求，可以通過貼2mm或3mm的石棉橡膠板增加楔形量，調(diào)整管片法面。

3.4.4 螺栓多次復(fù)緊

管片安裝完后應(yīng)及時擰緊縱、環(huán)向螺栓，在下一環(huán)掘進(jìn)至0.9～1.2m時，及時復(fù)緊縱、環(huán)向螺栓,當(dāng)成環(huán)管片推出盾尾后必須再次復(fù)緊縱、環(huán)向螺栓。

4 結(jié)語

該工程在管片錯臺控制過程中，除了采用常規(guī)的控制措施外，特別采用了雙液注漿打環(huán)箍進(jìn)行堵水保漿的措施，這樣能夠有效地減少地下水對漿液的沖刷，提高同步注漿的保漿量，有效地控制管片錯臺。

總之，根據(jù)實(shí)際工程各自的特點(diǎn)，管片錯臺發(fā)生的原因也不完全相同，因此在施工過程中管片發(fā)生錯臺時，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況分析其主要原因，采取相應(yīng)的措施，使管片錯臺得到有效的控制，從而使盾構(gòu)隧道施工質(zhì)量得到保障。

[1]張則忠.盾構(gòu)施工中管片錯臺的成因分析以及防治措施[J].深圳土木與建筑，2013（1）.

[2]陳饋，洪開榮，吳學(xué)松.盾構(gòu)施工技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2009：102.

[3]劉建航，侯學(xué)淵.盾構(gòu)法隧道[M].北京：中國鐵道出版社，1991：398.

[4]朱科峰.盾構(gòu)法隧道施工背后注漿技術(shù)[J].廣東土木與建筑，2003（7）：19-21

Analysis and Control Research of Compound TBM Segment Dislocation

Segment dislocation has been a major focus in the compound TBM construction.The operation of assemblers,the selection of the segment spot,the time length of the initial setting time of the back-wall grouting,etc.will all lead to the segment dislocation.Based on the actual situation of a project in Chongqing,this paper adopts approaches such as regulating the assembling process of segment,controlling drilling mode,reasonably selecting the point,strengthening grouting,and so on based on the segment dislocation causes.The double-mortar grouting pump is applied to strengthen grouting for construction banding,and reducing the scouring action of groundwater has a good promotion prospects.

segment dislocation;curve with small radius;TBM;tunnel drilling;construction banding

U455.44

A

1671-9107（2017）12-0025-03

10.3969 ／j.issn.1671-9107.2017.12.25

2017-07-04

汪岳?。?988-），男，四川成都人，本科，工程師，主要從事軌道交通隧道施工工作。

責(zé)任編輯：孫蘇，李紅