富水泥巖地層盾構(gòu)施工管片上浮控制技術(shù)研究

（中鐵十六局集團(tuán)地鐵工程有限公司，北京 100000）

0 前言

隨著施工技術(shù)水平的逐步提高，地鐵盾構(gòu)隧道施工越來(lái)越普及，在不同地質(zhì)條件下的盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)逐步完善，成型隧道管片質(zhì)量控制要求越來(lái)越嚴(yán)格，成型管片質(zhì)量控制措施無(wú)比重要。

1 盾構(gòu)施工管片因素研究分析

1.1 研究背景

成都地鐵5 號(hào)線一、二期工程土建10 標(biāo)錦城大道站～錦城湖站盾構(gòu)區(qū)間左線下穿地層為全斷面<5-3>中等風(fēng)化泥巖層，基巖裂隙水豐富，本隧道使用盾構(gòu)機(jī)開(kāi)挖，盾構(gòu)機(jī)開(kāi)挖直徑6280mm，盾尾標(biāo)準(zhǔn)間隙設(shè)定為30mm，盾尾采用被動(dòng)鉸接形式，盾尾四周共設(shè)置8 路同步注漿管（4 用4 備），管片外徑6m，管片重約22t，該區(qū)間采用盾構(gòu)法施工。

1.2 成型隧道管片受力分析

管片在尾盾內(nèi)拼裝成環(huán)，襯砌環(huán)拼裝方式采用錯(cuò)縫拼裝，通過(guò)M27 彎螺栓機(jī)械連接，由盾構(gòu)機(jī)千斤頂頂推壓緊。

脫出尾盾成型管片主要承受的縱向力為液體（地下水）狀態(tài)浮力F 浮，自身重力G,推進(jìn)時(shí)千斤頂?shù)耐屏εc線路夾角產(chǎn)生的垂直作用力F1,線路下坡F1 向上，線路上坡F1 向下，F(xiàn)1 為變量值，根據(jù)阿基米德定理F 浮=ρ液*gV排，當(dāng)不考慮盾構(gòu)機(jī)對(duì)管片的束縛力時(shí)，F(xiàn) 浮遠(yuǎn)大于G，所以脫出盾尾的管片必需及時(shí)采用水泥砂漿進(jìn)行注漿填充穩(wěn)固。

2 管片上浮情況及原因分析

2.1 管片上浮情況統(tǒng)計(jì)

通過(guò)錦城大道站～錦城湖站盾構(gòu)區(qū)間左線管片姿態(tài)測(cè)量資料對(duì)管片上浮情況進(jìn)行總結(jié)分析，由管片拼裝后的垂直姿態(tài)與脫出盾尾穩(wěn)定后的管片垂直姿態(tài)對(duì)比數(shù)據(jù)，見(jiàn)表1。

表1 管片上浮位移統(tǒng)計(jì)表

2.2 管片上浮原因分析

成型管片上浮是常見(jiàn)的施工質(zhì)量問(wèn)題，也是隧道施工過(guò)程中一直比較受關(guān)注的問(wèn)題，根據(jù)本工程中遇到的問(wèn)題，通過(guò)分析認(rèn)為造成本工程管片上浮的原因主要有以下幾點(diǎn)：

1、地下水土壓力大，管片自重不能克服地層中產(chǎn)生的水土浮力導(dǎo)致上?。?/p>

2、同步砂漿注漿量不足，管片上部的建筑空隙沒(méi)有及時(shí)填充飽滿導(dǎo)致上浮；

3、同步注漿漿液初凝時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，不能及時(shí)固化形成有效的支撐導(dǎo)致上?。?/p>

4、正常推進(jìn)時(shí)由于地層較軟，保壓壓力不高，盾構(gòu)機(jī)推力過(guò)小，管片之間的約束力降低，加劇了管片的上??；

5、盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)時(shí)，成型隧道截面與盾構(gòu)機(jī)千斤頂推力截面成一定角度，導(dǎo)致推進(jìn)過(guò)程中正面推力在成型隧道管環(huán)上產(chǎn)生一個(gè)向上的分力，加劇了管片的上??；

6、雙液二次注漿不及時(shí)，不能形成有效止水環(huán)帷幕，導(dǎo)致管片上浮。

3 管片上浮控制基本措施

3.1 同步注漿

1、縮短漿液初凝時(shí)間 增加漿液配比中的水泥用量，將砂漿的初凝時(shí)間由原來(lái)的6 小時(shí)縮短到4 小時(shí)；

2、提高漿液的稠度 通過(guò)在漿中添加增稠劑的方式，調(diào)高砂漿的稠度，增強(qiáng)砂漿的抗沖刷能力；

圖1 改良漿液比對(duì)

實(shí)際作業(yè)中采取的調(diào)整措施如下:

調(diào)整同步漿液的質(zhì)量，增加漿液稠度（添加增稠劑），提高水泥用量縮短初凝時(shí)間（4 小時(shí)以內(nèi)），增加注漿量到7.5m3。

表2 增稠型同步砂漿漿液配比表

圖2 漿液調(diào)制圖

注意：調(diào)制漿液時(shí)，一般在漿液車上調(diào)制，調(diào)制完成后第一時(shí)間將漿液抽取到臺(tái)車漿液罐里，進(jìn)行注漿，縮短漿液停滯時(shí)間。同時(shí)在添加增稠劑和水泥時(shí)，一定要均勻的撒開(kāi)，否則會(huì)造成結(jié)塊結(jié)團(tuán)現(xiàn)象，易堵塞抽漿泵或抽漿管。

圖3 漿液調(diào)制前后對(duì)比圖

3、提高注漿壓力

提高注漿壓力至4.0～5.5bar，使得漿液擴(kuò)散的更遠(yuǎn)。增稠后漿液的流動(dòng)性、擴(kuò)散性變差，務(wù)必確保漿液的擴(kuò)散范圍；

4、增加注漿量

注漿量為空隙比120%～250%，由于漿液在運(yùn)輸、轉(zhuǎn)移和注入的地層的過(guò)程中均有不同程度的損失，因此增加同步注漿量至200%，以保證充填飽滿。

5、均勻注漿

由原來(lái)的只使用上部?jī)筛{管，改為四根注漿管同時(shí)使用。保證漿液注入的速度和掘進(jìn)速度相匹配，同時(shí)縮短上部漿液充填建筑空隙的時(shí)間。

3.2 雙液注漿

為控制管片上浮，在實(shí)際施工中，雙液注漿比例按1:1 配置，初凝時(shí)間基本控制在30s 左右，在上浮量較大的區(qū)段，縮短初凝時(shí)間到10-15s。

增加雙液注漿頻率，及時(shí)施做止水帷幕，阻斷地下水的流竄，減小管片浮力。增加二次注漿頻率，推進(jìn)過(guò)程中在盾尾后第2 環(huán)對(duì)管片上部進(jìn)行二次注漿充分填充上部空隙，水灰比=1:1，水泥漿：水玻璃混合液=2:1，靜止?fàn)顟B(tài)下初凝時(shí)間25～30 秒。

3.3 其他措施

1、調(diào)低垂直控制姿態(tài)

在措施做得足夠好的情況下，管片仍然普遍存在均勻的上浮現(xiàn)象，隧道整體上浮的幅度基本維持在30-40mm 左右。因此，在實(shí)際施工過(guò)程中，可以將導(dǎo)向系統(tǒng)的垂直控制點(diǎn)向下壓40mm，以抵消隧道整體上浮的位移量。

2、槽鋼拉錨

為增強(qiáng)管片的抗浮能力，將盾尾后部1-2 環(huán)管片使用100 的槽鋼與盾尾內(nèi)的管片連接起來(lái)，使盾尾前后的幾環(huán)管片成為一個(gè)整體，提高此區(qū)域管片的抗浮能力。

3、控制單日進(jìn)尺

在自立性良好的地層中，單日進(jìn)尺超過(guò)或接近一個(gè)盾構(gòu)機(jī)長(zhǎng)度，則管片上浮的幾率和幅度會(huì)跳躍式上升，控制不好則會(huì)造成整體上浮，甚至?xí)斐啥軜?gòu)機(jī)抬頭困難。這種情況下一個(gè)明顯的現(xiàn)象就是盾構(gòu)機(jī)上部和下部的盾尾間隙變化很快，且偏離控制值。

4、控制盾構(gòu)機(jī)推力和姿態(tài)

盾構(gòu)機(jī)的反推力在施加到管片上之后會(huì)有一個(gè)向上的分力，這個(gè)向上的分力也會(huì)加劇管片上浮的位移量，因此在推進(jìn)過(guò)程中盾構(gòu)機(jī)司機(jī)要控制盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)姿態(tài)，盡量使得盾構(gòu)機(jī)的推力垂直于管片截面，減小向上的分力。此外盾構(gòu)機(jī)推力過(guò)小也會(huì)造成管片之間的應(yīng)力釋放，降低管片與管片之間的約束力，加劇管片上浮程度，盾構(gòu)機(jī)垂直姿態(tài)主動(dòng)向下控制，保持切口及盾尾垂直姿態(tài)基本維持在-40 左右。

5、增加荷載

在盾尾與1#臺(tái)車之間人為增加荷載，目前較常用的是在連接橋區(qū)域以堆載管片的方式增加此區(qū)域的荷載，可在一定程度上降低成型管片的上浮位移。

6、放水降壓

在施工過(guò)程中曾遇到注漿注不進(jìn)的情況，后檢查發(fā)現(xiàn)為管片壁后成型隧道密封性較好，水壓較大，導(dǎo)致砂漿無(wú)法注入。后采取開(kāi)孔卸壓的方式將壁后的承壓水釋放掉之后，才恢復(fù)了正常注漿。

7、開(kāi)孔檢查

由于不同地質(zhì)條件下，成型隧洞所處的地下環(huán)境不一樣，必須按一定頻次對(duì)壁后注漿的效果進(jìn)行檢查，檢查管片四周的建筑間隙是否被充填飽滿。如果不飽滿則及時(shí)查找原因并解決處理，同時(shí)對(duì)不飽滿區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)充注漿。如不及時(shí)處置，則連續(xù)累計(jì)的一定環(huán)數(shù)之后，就會(huì)造成隧道整體上浮，影響正常的盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)和隧道成型質(zhì)量。

4 管片上浮防治效果

1、使用增稠漿液后管片上浮位移的部分觀測(cè)數(shù)據(jù)如下：

?

2、使用增稠漿液后管片上浮位移情況：

?

3、控制效果

在嚴(yán)格執(zhí)行同步注入增稠漿液和雙液漿的情況下，管片上浮得到了有效控制，24 小時(shí)前后測(cè)量差值也基本穩(wěn)定30mm 左右，基本解決了管片上浮的問(wèn)題。

5 結(jié)束語(yǔ)

本次對(duì)管片上浮控制的研究依托于成都地鐵5 號(hào)線一、二期工程土建10標(biāo)錦城大道站～錦城湖站左線盾構(gòu)區(qū)間的施工，該區(qū)間設(shè)計(jì)坡度大、基巖裂隙水豐富，通過(guò)上述分析，在易出現(xiàn)管片上浮的地層中，施工使用增稠型砂漿，同時(shí)輔以雙液漿補(bǔ)充，及時(shí)對(duì)管片上部建筑空隙進(jìn)行充填，可以有效的控制管片的上浮現(xiàn)象。在此工況下項(xiàng)目部采取的措施效果明顯，順利完成了盾構(gòu)區(qū)間施工任務(wù)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益，具有廣泛的社會(huì)推廣價(jià)值。