粘土地層盾構(gòu)管片上浮原因分析及應(yīng)對(duì)措施

（中鐵十六局集團(tuán)有限公司北京軌道交通工程建設(shè)有限公司，北京 101100）

伴隨著盾構(gòu)施工在我國(guó)的興起，盾構(gòu)技術(shù)也越來(lái)越成熟，被廣泛地應(yīng)用到典型的黏土地層中。在盾構(gòu)施工中，成型隧道的質(zhì)量是施工方和監(jiān)理方以及設(shè)計(jì)方等關(guān)注的重點(diǎn)，直接關(guān)系到隧道的使用以及人的安全。目前，在粘土地層盾構(gòu)施工中，管片上浮直接導(dǎo)致管片大量錯(cuò)臺(tái)、破損，甚至直接影響成型隧道線型超限。因此，需要在實(shí)際施工中研究分析管片上浮的原因，制定有效措施避免管片上浮，保證隧道后期使用質(zhì)量。

1 管片上浮的危害

隧道地層盾構(gòu)管片上浮會(huì)帶來(lái)一系列的連鎖反應(yīng)。首先，管片上浮直接影響成型隧道的軸線偏差，會(huì)引起襯砌結(jié)構(gòu)侵入隧道的建筑限界，其次，管片上浮會(huì)引起管片間的錯(cuò)臺(tái)，使縱向連接螺栓受剪，出現(xiàn)管片裂縫，嚴(yán)重的還會(huì)剪斷縱向連接螺栓，影響結(jié)構(gòu)安全，此外，螺栓的剪斷或管片間出現(xiàn)裂縫和錯(cuò)臺(tái)等可能破壞管片的防水結(jié)構(gòu)，進(jìn)而引起滲漏，如果不及時(shí)補(bǔ)救，在一些地層中可能出現(xiàn)嚴(yán)重的管涌、流沙等事故，最后，在同步注漿的施工中，管片上浮引發(fā)的上覆土裂縫會(huì)使?jié){液外流，注漿量也會(huì)明顯增加，裂縫中水的補(bǔ)給會(huì)阻礙漿液凝固，更不利于上浮現(xiàn)象的改善。

2 粘土地層盾構(gòu)管片上浮的主要原因

粘土地層盾構(gòu)管片的上浮現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致隧道項(xiàng)目工程困難或成果不理想。造成粘土地層盾構(gòu)管片上浮的原因很多，主要有如下幾點(diǎn)。

2.1 粘土地層與盾構(gòu)管片之間存有空隙

由于粘土地層具有水分較大、材質(zhì)較松、承載力弱等特點(diǎn)，可能導(dǎo)致盾構(gòu)管片安裝不到位，在后續(xù)工程中出現(xiàn)盾構(gòu)管片上浮的問題。通常，粘土地層和盾構(gòu)管片之間一旦形成空隙，在粘土地層砂土流失的過程中，會(huì)產(chǎn)生管片上浮的情況，對(duì)工程質(zhì)量造成影響。粘土地層與盾構(gòu)管片間存有空隙是技術(shù)人員在安裝管片前期要注意的問題，空隙會(huì)導(dǎo)致粘土地層與管片間發(fā)生錯(cuò)位，嚴(yán)重時(shí)可能造成管片受力不勻而斷裂。在發(fā)現(xiàn)有空隙的情況下，應(yīng)及時(shí)將空隙進(jìn)行填補(bǔ)。技術(shù)人員應(yīng)定期對(duì)已安裝管片的項(xiàng)目進(jìn)行檢測(cè)和排查，做到早期及時(shí)發(fā)現(xiàn)。

2.2 粘土土質(zhì)和工程坡度的影響

粘土土質(zhì)不具有堅(jiān)硬的特性，因此，在粘土地層進(jìn)行盾構(gòu)管片安裝時(shí)，要額外關(guān)注粘土的土質(zhì)問題。從粘土土質(zhì)和工程坡度影響的角度來(lái)講，土質(zhì)疏松和工程坡度不合適會(huì)使粘土地層與盾構(gòu)管片之間存有空隙，導(dǎo)致管片上浮。即使沒有明顯的空隙，也會(huì)出現(xiàn)區(qū)域松軟的部分，導(dǎo)致局部管片所受的浮力增大，進(jìn)而受力不均，呈現(xiàn)盾構(gòu)管片上浮的結(jié)果。從工程坡度角度分析，通常情況下工程坡度維持在30度以下為宜，若角度過大，管片與周圍粘土的受力出現(xiàn)不平衡的現(xiàn)象更甚，上浮情況也就更嚴(yán)重。由此可見，粘土土質(zhì)和工程坡度對(duì)管片上浮的影響十分普遍，需要在工程進(jìn)行之前實(shí)地進(jìn)行合理規(guī)劃。

2.3 從漿液角度分析

工程進(jìn)行中粘土地層和盾構(gòu)管片之間如留有空隙，通常通過注入漿液的方式對(duì)空隙進(jìn)行填充。由于漿液的質(zhì)地和凝固速度存在差別，導(dǎo)致管片所受浮力也大不相同。若漿液的質(zhì)地較稀，注入粘土地層和盾構(gòu)管片之間后會(huì)導(dǎo)致管片所受的浮力更大，若漿液的質(zhì)地較稠，注入過程中會(huì)增加漿液的注入難度。因此，調(diào)配漿液的配比要根據(jù)粘土地層的質(zhì)地進(jìn)行充分考慮。一般情況下，漿液的凝固速度要與管片的重量匹配。若漿液的凝固速度較慢，會(huì)出現(xiàn)盾構(gòu)管片上浮的情況，若漿液的凝固速度較快，會(huì)出現(xiàn)管片還未移動(dòng)至合適位置就凝固的現(xiàn)象。因此，技術(shù)人員應(yīng)對(duì)漿液的質(zhì)地和凝固速度進(jìn)行合理控制。

2.4 盾構(gòu)的姿態(tài)問題

盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)過程中的軌跡實(shí)際上是圍繞隧道軸線的一條蛇形曲線，要通過不斷調(diào)整各分區(qū)千斤頂?shù)耐屏?lái)確保盾構(gòu)的姿態(tài)。盾構(gòu)管片上浮較大段位于緩直線上，盾構(gòu)油缸部分偏差以及盾構(gòu)機(jī)右側(cè)鉸接油缸伸長(zhǎng)量一直為零的情況下造成盾構(gòu)機(jī)出現(xiàn)“載頭”現(xiàn)象，導(dǎo)致施工中推力差，管片受到偏心壓力，在已安裝環(huán)面上產(chǎn)生力矩作用，壓力差越大，力矩值越大，管片環(huán)面受力不均加劇了管片的上浮。

3 如何應(yīng)對(duì)粘土地層盾構(gòu)管片上浮問題

粘土地層盾構(gòu)管片上浮問題會(huì)影響隧道項(xiàng)目工程質(zhì)量，為了改善與解決上浮現(xiàn)象，從以下幾方面展開探析。

3.1 從二次注漿與同步注漿角度分析

同步注漿指在盾構(gòu)機(jī)安裝管片時(shí)就對(duì)粘土地層與盾構(gòu)管片之間的空隙及時(shí)填充。其可以最大程度減少管片上浮的現(xiàn)象，但技術(shù)難度較大，一般對(duì)于同步注漿的漿液凝固時(shí)間也有要求。二次注漿指在盾構(gòu)機(jī)將管片進(jìn)行注漿固定完畢后，再次注漿對(duì)工程進(jìn)行二次固定。在二次注漿的過程中，只需要控制固定位置即可，這與盾構(gòu)管片首次固定是分不開的。對(duì)于二次注漿與同步注漿，技術(shù)人員應(yīng)引起足夠的重視，保證同步注漿和二次注漿呈現(xiàn)較大的固定效果，從而減少盾構(gòu)管片出現(xiàn)上浮的情況。二次注漿和同步注漿都應(yīng)及時(shí)進(jìn)行，保證注漿的時(shí)效性。

3.2 控制盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)

盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)也就是盾構(gòu)機(jī)的行為軌跡在某種程度上決定著盾構(gòu)管片與粘土地層之間的空隙是否存在及其大小。通常，盾構(gòu)機(jī)的行為軌跡盡可能控制在較小的范圍內(nèi)，盡量降低管片出現(xiàn)“蛇型”的情況。若出現(xiàn)“蛇型”的情況，就表明盾構(gòu)管片的跨度較大，產(chǎn)生的空隙也就越大。一般情況下，盾構(gòu)機(jī)管片安裝每環(huán)不超過3mm。技術(shù)人員在控制盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)時(shí)，首先，應(yīng)對(duì)盾構(gòu)機(jī)的精度進(jìn)行確認(rèn)，保證盾構(gòu)機(jī)行為軌跡的精確度，其次，應(yīng)對(duì)工程實(shí)施路線進(jìn)行詳細(xì)的規(guī)劃，避免出現(xiàn)“蛇型”走勢(shì)?？刂贫軜?gòu)機(jī)姿態(tài)后，粘土地層與盾構(gòu)管片之間的空隙也就隨之控制，避免了盾構(gòu)管片的上浮情況。

3.3 強(qiáng)化管片姿態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)

管片姿態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)指對(duì)管片進(jìn)行傳感器監(jiān)測(cè)，判斷管片是否存在上浮現(xiàn)象。精密度較高的監(jiān)測(cè)設(shè)備提供的數(shù)據(jù)相對(duì)精確。土地監(jiān)測(cè)的硬件設(shè)備通常會(huì)采用使用簡(jiǎn)便的測(cè)量設(shè)備，較復(fù)雜的監(jiān)測(cè)設(shè)備在技術(shù)人員操作過程中會(huì)難以上手，進(jìn)而導(dǎo)致監(jiān)測(cè)結(jié)果出現(xiàn)較大誤差。強(qiáng)化管片姿態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)也是強(qiáng)化整個(gè)項(xiàng)目工程的系統(tǒng)反饋。技術(shù)人員在管片表層安裝監(jiān)測(cè)傳感器，并將傳感器的終端與電腦連接，通過電腦的信息反饋，技術(shù)人員對(duì)管片進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，如果出現(xiàn)上浮，及時(shí)修補(bǔ)。

4 小結(jié)

綜上所述，粘土地層與盾構(gòu)管片之間的測(cè)量和安裝技術(shù)在很大程度上決定了管片的上浮情況。技術(shù)人員應(yīng)及時(shí)分析管片上浮原因，從根本上減少盾構(gòu)管片的上浮現(xiàn)象，保證項(xiàng)目工程的質(zhì)量，優(yōu)化項(xiàng)目的進(jìn)度。