城市地鐵區(qū)間隧道擴(kuò)徑盾構(gòu)掘進(jìn)管片拼裝質(zhì)量控制技術(shù)

蘇洪林 錢(qián)茂春 石強(qiáng) 李成

摘要：文章依托福州地鐵六號(hào)線(xiàn)濱海新城站-蓮花站盾構(gòu)區(qū)間工程，通過(guò)擴(kuò)徑盾構(gòu)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)100環(huán)掘進(jìn)試驗(yàn)，分析了管片錯(cuò)臺(tái)、破損、姿態(tài)偏移和滲水問(wèn)題的原因，并給出了相應(yīng)的處理措施，為今后類(lèi)似工程提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：地鐵;區(qū)間隧道;盾構(gòu)擴(kuò)徑;管片拼裝質(zhì)量;控制技術(shù)

0 引言

城市地鐵區(qū)間盾構(gòu)隧道管片質(zhì)量問(wèn)題主要表現(xiàn)在三個(gè)方面，發(fā)生在預(yù)制和拼裝兩個(gè)階段，其中拼裝階段導(dǎo)致的管片質(zhì)量問(wèn)題最嚴(yán)重，也最難控制，更難修復(fù)。關(guān)于管片預(yù)制質(zhì)量控制方面的文獻(xiàn)特別多，如文獻(xiàn)[1]曹長(zhǎng)柱等人通過(guò)對(duì)各種材料進(jìn)行優(yōu)選、試驗(yàn)等，提高了管片的預(yù)制質(zhì)量。而關(guān)于管片拼裝質(zhì)量控制方面的論文不多，如文獻(xiàn)[2]吳雷結(jié)合廣州地鐵三號(hào)線(xiàn)某盾構(gòu)區(qū)間出現(xiàn)的管片拼裝質(zhì)量問(wèn)題，就管片進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收、運(yùn)輸過(guò)程中的保護(hù)、拼裝過(guò)程中的技術(shù)要求以及常見(jiàn)問(wèn)題進(jìn)行了分析;文獻(xiàn)[3]王彥會(huì)結(jié)合深圳地鐵二號(hào)線(xiàn)登良站-后海站-科苑站區(qū)間管片拼裝質(zhì)量問(wèn)題，提出管片拼裝質(zhì)量控制措施;文獻(xiàn)[4]蔣益對(duì)北京地鐵某盾構(gòu)區(qū)間出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題進(jìn)行了原因分析，并提出了應(yīng)對(duì)措施。但是，針對(duì)盾構(gòu)機(jī)擴(kuò)徑改造后掘進(jìn)中的管片質(zhì)量問(wèn)題，未見(jiàn)研究。

福州地鐵六號(hào)線(xiàn)濱海新城站-蓮花站區(qū)間隧道工程，其管片外徑為6.2 m，盾構(gòu)外徑為6.48 m，采用了深圳地鐵7號(hào)線(xiàn)桃深區(qū)間外徑僅為6.28 m的土壓平衡盾構(gòu)，并進(jìn)行了擴(kuò)徑改造。本文通過(guò)擴(kuò)徑盾構(gòu)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)100環(huán)掘進(jìn)試驗(yàn)，詳細(xì)分析了管片錯(cuò)臺(tái)、破損、姿態(tài)偏移和滲水問(wèn)題的原因，并給出了相應(yīng)的處理措施，為今后類(lèi)似工程提供技術(shù)參考。

1 工程簡(jiǎn)介

濱海新城站-蓮花站區(qū)間起點(diǎn)里程樁號(hào)為XK28+396.144，終點(diǎn)里程樁號(hào)為XK27+205.183，于SK27+800.933（XK27+800.933）設(shè)置一座聯(lián)絡(luò)通道及泵站，全長(zhǎng)1 190 m左右。線(xiàn)路縱斷面大體呈“V”字坡，左右線(xiàn)間距為14 m。該區(qū)間隧道覆土約6.81（蓮花站端頭）～14.51 m（聯(lián)絡(luò)通道處），始發(fā)端頭處覆土約7.36 m，盾構(gòu)機(jī)由濱海新城站始發(fā)，蓮花站接收。主要穿越地層為軟土（淤泥、淤泥質(zhì)土）、含泥細(xì)中砂、砂質(zhì)黏性土。地表主要為農(nóng)田、池塘，施工影響范圍內(nèi)無(wú)重要建構(gòu)筑物。地表分布少量小河涌，小河涌寬度為10～30 m，水深為1.00～4.00 m，小河涌未采用防滲措施。地下水穩(wěn)定水位埋深為0.00～1.89 m，水位年變化幅度為1.0～1.5 m。

2 管片錯(cuò)臺(tái)原因與處理措施

2.1 管片錯(cuò)臺(tái)原因分析

管片錯(cuò)臺(tái)量的變化如圖1所示，管片同時(shí)發(fā)生了環(huán)向和縱向錯(cuò)臺(tái)，而縱向和環(huán)向的錯(cuò)臺(tái)量基本差不多，多為5 mm左右。最大環(huán)向錯(cuò)臺(tái)量發(fā)生在82環(huán)與83環(huán)之間，錯(cuò)臺(tái)量值為9 mm，小于控制值15 mm。而最大縱向錯(cuò)臺(tái)發(fā)生在86環(huán)L2塊與K塊間，錯(cuò)臺(tái)量值為18 mm，大于控制值10 mm?？偣灿?環(huán)（83/84/85/86）的縱向錯(cuò)臺(tái)量超過(guò)了控制值10 mm，需要糾偏、防止開(kāi)裂和防水處理等。

管片發(fā)生錯(cuò)臺(tái)的原因如下：

（1）在淺覆土淤泥質(zhì)土中盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)難控制，推進(jìn)趨勢(shì)較大，盾構(gòu)機(jī)軸線(xiàn)與管片軸線(xiàn)不一致。

（2）管片拼裝不規(guī)范。管片拼裝過(guò)程是控制管片錯(cuò)臺(tái)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，管片拼裝工人的操作熟練程度及責(zé)任心直接影響管片拼裝完的成型質(zhì)量，有時(shí)管片螺栓未擰緊，造成隧道旋轉(zhuǎn)錯(cuò)臺(tái)。

（3）盾構(gòu)姿態(tài)糾偏過(guò)程中，因盾尾間隙不均勻，造成管片錯(cuò)臺(tái)。

（4）管片拼裝前盾尾有雜物未清理干凈。

（5）同步注漿注入量不足及漿液初凝時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。

2.2 管片錯(cuò)臺(tái)的處理措施

管片錯(cuò)臺(tái)的處理措施如下：

（1）同步注漿方面：盡量使用中上部的注漿管路。

（2）管片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，在盾尾無(wú)雜物、無(wú)積水的情況下才能開(kāi)始拼裝管片。

（3）螺栓復(fù)緊一定要達(dá)到設(shè)計(jì)值，并采取至少三次復(fù)緊措施：拼裝后、推進(jìn)中、脫出盾尾后。

（4）管片拼裝應(yīng)遵循由下至上、左右交叉、最后封頂?shù)捻樞?，必須運(yùn)用管片安裝微調(diào)裝置，將待裝的管片塊與已安裝的管片塊的內(nèi)弧面調(diào)整到平順相接的狀態(tài)，使螺栓孔位置對(duì)正，螺栓穿插容易。

（5）合理注入盾尾油脂，減少盾尾刷帶給管片的摩擦力。

（6）合理優(yōu)化漿液配比，減少管片上浮量。

3 管片破損原因與處理措施

3.1 管片破損原因分析

破壞明顯的管片有58環(huán)B2塊8點(diǎn)位、56環(huán)B2塊2點(diǎn)位、56環(huán)B2塊12點(diǎn)位、66環(huán)B1塊12點(diǎn)位、53環(huán)K塊11點(diǎn)位。發(fā)生管片破碎的原因如下：

（1）管片中心與盾構(gòu)機(jī)中心未保持高度一致，受力不均致使側(cè)向壓力大于管片的設(shè)計(jì)受拉或設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度。

（2）搬運(yùn)和堆放時(shí)造成的破碎。在搬運(yùn)、堆放過(guò)程中的碰磕，經(jīng)常導(dǎo)致在碰磕位置處產(chǎn)生小塊破裂。

（3）盾尾間隙過(guò)小，盾構(gòu)機(jī)在推進(jìn)過(guò)程中致使管片破損。

（4）在進(jìn)行軸線(xiàn)糾偏時(shí)，由于管片受力不均，導(dǎo)致部分管片碎裂。

（5）拼裝時(shí)，由于管片環(huán)面之間及相鄰兩塊管片間接觸面達(dá)不到理想的平行狀態(tài)，使得襯砌角部先受力而產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致管片角部破碎。

（6）前一環(huán)環(huán)面不平整，塊與塊間有錯(cuò)位，導(dǎo)致下一環(huán)管片拼裝時(shí)易產(chǎn)生破碎。

（7）拼裝時(shí)，管片就位速度過(guò)快而產(chǎn)生碰磕，以及存在管片錯(cuò)縫時(shí)，易引起管片邊角的破碎。

3.2 管片破損處理措施

管片破損處理措施如下：

（1）加強(qiáng)管片的進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收工作，嚴(yán)禁表面不平整、缺棱、掉角、氣泡超標(biāo)、麻面和漏筋的管片運(yùn)到工地。

（2）加強(qiáng)對(duì)拼裝工的培訓(xùn)，對(duì)每環(huán)拼裝明確標(biāo)識(shí)，落實(shí)到人。

（3）管片拼裝中，發(fā)現(xiàn)局部環(huán)面不平整時(shí)應(yīng)暫停拼裝，及時(shí)調(diào)整傳力襯墊后再繼續(xù)拼裝，確保環(huán)面平整度。

（4）嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)同步注漿量進(jìn)行注漿。

（5）在推進(jìn)過(guò)程中，嚴(yán)格執(zhí)行螺栓復(fù)緊規(guī)定，以防因管片上浮而造成管片錯(cuò)臺(tái)碎損。

（6）嚴(yán)格按照管片修補(bǔ)方案進(jìn)行管片修補(bǔ)，并調(diào)整合適的色差。

（7）保持盾構(gòu)姿態(tài)、盾尾間隙，及時(shí)清理盾尾內(nèi)的泥渣。

4 管片姿態(tài)偏移原因與處理措施

4.1 管片偏移的原因分析

現(xiàn)場(chǎng)管片姿態(tài)偏移變化如圖2所示，管片不但發(fā)生了水平偏移量，也發(fā)生了垂直偏移量，且垂直偏移量大于水平偏移量。管片在含泥細(xì)沙中均向上偏移（上浮狀態(tài)），其偏移量最大發(fā)生在45環(huán)，上浮量為78.1 mm，水平方向向線(xiàn)路右側(cè)偏移，其最大偏移量發(fā)生在49環(huán)，偏移量為62.5 mm。發(fā)生管片姿態(tài)偏移的原因有：（1）同步注漿漿液初凝時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，管片周?chē)鷿{液短時(shí)間內(nèi)無(wú)法對(duì)管片形成約束;（2）由于始發(fā)段埋深較淺，地下水豐富，管片承壓得不到保證，造成管片上浮。

4.2 管片偏移的措施

管片偏移的控制措施有：

（1）針對(duì)盾構(gòu)機(jī)在含泥細(xì)砂中掘進(jìn)的情況，采取控制掘進(jìn)速度的措施，當(dāng)班推進(jìn)6～7環(huán)，及時(shí)跟進(jìn)二次雙液注漿，目前現(xiàn)場(chǎng)按照隔兩環(huán)注一次的方法進(jìn)行。

（2）針對(duì)盾構(gòu)機(jī)推力過(guò)小、姿態(tài)難控制的問(wèn)題，采取適當(dāng)增加土壓力的方法控制上浮問(wèn)題。

（3）調(diào)整同步注漿配比，縮短初凝時(shí)間，目前同步注漿初凝時(shí)間為6～7 h，管片上浮問(wèn)題有所改善。

（4）在盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)姿態(tài)受控時(shí)盡量緩慢調(diào)整盾構(gòu)機(jī)垂直趨勢(shì)，保證成型管片滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

5 管片滲水原因與處理措施

5.1 管片滲水原因分析

管片滲水的原因：

（1）管片錯(cuò)臺(tái)。管片錯(cuò)臺(tái)一般>15 mm時(shí)，止水條之間的搭接不夠嚴(yán)密，就會(huì)出現(xiàn)漏水現(xiàn)象。

（2）管片碎損，往往就伴隨著管片漏水，隧道內(nèi)漏水處存在碎裂情況。

（3）在管片拼裝時(shí)，由于管片拼裝手的誤操作，使防水條脫落，產(chǎn)生漏水情況。

（4）由于采用的是錯(cuò)縫拼裝，上一環(huán)管片環(huán)面不平，而下一環(huán)管片之間止水條就有可能擠壓不密實(shí)，也會(huì)出現(xiàn)滲漏水現(xiàn)象。

5.2 管片滲水控制措施

（1）按照隧道管片環(huán)向及縱向錯(cuò)臺(tái)控制措施，嚴(yán)格控制管片錯(cuò)臺(tái)量。

（2）嚴(yán)格按規(guī)范要求粘貼管片防水，貼防水前對(duì)管片進(jìn)行清理，膠水涂上后應(yīng)適當(dāng)晾曬后再貼防水材料，并使用橡膠錘敲擊使防水條牢實(shí)。

（3）及時(shí)組織管片進(jìn)場(chǎng)，盡量選用止水條粘貼時(shí)間較長(zhǎng)的管片。

（4）提高管片的拼裝質(zhì)量，拼裝時(shí)保證管片接縫處平順，注意檢查保護(hù)管片止水條，提高環(huán)縱縫的拼裝質(zhì)量。拼裝封頂塊時(shí)采用潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑。

（5）管片拼裝前進(jìn)行管片以及盾尾清理，保證止水條干凈。

6 結(jié)語(yǔ)

本文依托福州地鐵六號(hào)線(xiàn)濱海新城站-蓮花站區(qū)間隧道工程，對(duì)擴(kuò)徑后的盾構(gòu)機(jī)現(xiàn)場(chǎng)100環(huán)掘進(jìn)試驗(yàn)進(jìn)行分析，得出掘進(jìn)參數(shù)的建議值為總推力為800～1 600 tF，刀盤(pán)扭矩為1 000～1 600 kN·m，刀盤(pán)轉(zhuǎn)速為1.0 rpm左右，掘進(jìn)速度為50 mm/min左右，土壓力為1.2～1.4 bar，出土量為45 m3左右，同步注漿量為5～7 m3。

[1]曹長(zhǎng)柱，李 松，啜志強(qiáng)，等.地鐵盾構(gòu)管片制作的質(zhì)量控制[J].都市快軌交通，2008，21（6）：51-54.

[2]吳 雷.盾構(gòu)法地鐵隧道管片拼裝質(zhì)量控制[J].隧道建設(shè)，2006（S2）：41-43.

[3]王彥會(huì).淺談地鐵盾構(gòu)管片拼裝質(zhì)量控制措施[J].廣東土木與建筑，2009，16（12）：29-31.

[4]蔣 益.結(jié)合北京地鐵談盾構(gòu)管片拼裝質(zhì)量[J].工程質(zhì)量，2016，34（12）：48-50.

作者簡(jiǎn)介：蘇洪林（1990—），工程師，研究方向：地鐵工程施工與管理。

基金項(xiàng)目：中水七局科技項(xiàng)目（2017-541-39）