盾構(gòu)在粉砂及淤泥地層掘進過程中的管片上浮原因分析及控制

劉劍鋒

（杭州市地鐵集團有限責任公司，浙江杭州 310000）

0 引言

盾構(gòu)法隧道的管片成型安裝質(zhì)量的好壞，直接影響隧道線型是否滿足設(shè)計軸線和建筑界限的要求[1]。出現(xiàn)隧道管片位移現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為管片上浮，因受到工程地質(zhì)、襯砌背后注漿質(zhì)量、盾構(gòu)姿態(tài)等原因的影響[2]。解決管片上浮問題一直是盾構(gòu)隧道施工過程中質(zhì)量控制的關(guān)鍵所在。此類問題會影響盾構(gòu)隧道管片的工后高程、隧道走向和凈空，也給隧道帶來防水隱患和安全隱患，影響工程的質(zhì)量。如果與設(shè)計高程相差過大，就要采用各種方法對其調(diào)整，還會增加工程造價，造成浪費[3]。為此，盾構(gòu)掘進中及時分析管片上浮原因并控制其上浮量，是施工過程中需要重點處理的問題。

1 概述

本文結(jié)合某地鐵區(qū)間隧道前300 環(huán)成型管片上浮情況作為樣本案例，作者通過理論和現(xiàn)場實際綜合分析，總結(jié)出部分應(yīng)對管片上浮的有效施工措施，作為對盾構(gòu)施工在相關(guān)地層條件下的參考。

該隧道前300 環(huán)穿越的地層主要為依次是②4層砂質(zhì)粉土、③5層粉砂夾砂質(zhì)粉土、③7層砂質(zhì)粉土、⑥1層淤泥質(zhì)黏土夾粉土。

2 管片上浮情況

組裝完成后的管片在脫出盾尾過程中受盾構(gòu)姿態(tài)糾偏、螺栓復(fù)緊不及時等影響會發(fā)生上浮，脫出盾尾后在地層浮力下也會發(fā)生上浮，管片理論上浮量=穩(wěn)定后的成型隧道管片高偏-拼裝時管片高偏，實際施工過程中，對每一環(huán)拼裝的管片進行高偏測量存在一定難度。本文采用的管片上浮量數(shù)據(jù)為實測的管片高偏減去對應(yīng)環(huán)的盾構(gòu)垂直姿態(tài)，不排除存在小量的誤差（0～20mm之間），但基本可以反映隧道上浮的整體情況。

圖1、圖2 分別為區(qū)間左線36～51 環(huán)、145～160 環(huán)管片實測高偏、盾構(gòu)姿態(tài)及上浮量曲線圖。36～51 環(huán)盾構(gòu)掘進地層為上部②4層砂質(zhì)粉土、下部③5層粉砂夾砂質(zhì)粉土，最大上浮量為39mm，平均上浮量25mm，大部分數(shù)據(jù)在控制范圍以內(nèi)。145～160環(huán)盾構(gòu)掘進地層為上部③5層粉砂夾砂質(zhì)粉土、下部⑥1層淤泥質(zhì)黏土夾粉土，最大上浮量59mm，平均上浮量43mm，成型隧道的軸線基本上在可控制的范圍以內(nèi)。

圖1 36～51 環(huán)管片實測高偏、盾構(gòu)姿態(tài)及上浮量曲線

圖2 145～160 環(huán)管片實測高偏、盾構(gòu)姿態(tài)及上浮量曲線

圖3 、圖4 分別為區(qū)間左線113～128 環(huán)、177～192 環(huán)管片實測高偏、盾構(gòu)姿態(tài)及上浮量曲線圖。113～128 環(huán)掘進地層為上部③5層粉砂夾砂質(zhì)粉土、中部③7層砂質(zhì)粉土、下部⑥1層淤泥質(zhì)黏土夾粉土，實測管片最大高偏128mm，平均值100mm，最大上浮量108mm，平均值70mm，此段地層管片上浮量較大，且成型隧道管片存在超限情況。177～192 環(huán)掘進地層為上部③5層粉砂夾砂質(zhì)粉土、中部③7層砂質(zhì)粉土、下部為⑥1層淤泥質(zhì)黏土夾粉土，實測管片高偏最大值48mm，平均值29mm，最大上浮量86mm，平均值65mm，管片上浮量依舊較大。

圖3 113～128 環(huán)管片實測高偏、盾構(gòu)姿態(tài)及上浮量曲線

圖4 177～192 環(huán)管片實測高偏、盾構(gòu)姿態(tài)及上浮量曲線

113～128 環(huán)出現(xiàn)成型管片超限情況后，項目采用壓低盾構(gòu)姿態(tài)的方式進行掘進，145～192 環(huán)采用垂直姿態(tài)控制在-30mm 左右，都在設(shè)計軸線以下，以此抵消部分管片上浮量，測試管片高偏都在合理范圍內(nèi)，但管片上浮量依舊較大。190 環(huán)之后，現(xiàn)場除了適當降低掘進過程中姿態(tài)外，還通過提高漿液稠度、調(diào)整注漿點位、跟進二次注漿等綜合措施，使成型管片上浮量控制在40mm 以內(nèi)，設(shè)計軸線和管片軸線的偏差減小，成型管片質(zhì)量得到較大的改善。

通過對區(qū)間不同地層的管片實測高偏及上浮量數(shù)據(jù)分析得出，盾構(gòu)在③7層砂質(zhì)粉土、⑥1層淤泥質(zhì)黏土夾粉土中掘進會出現(xiàn)上浮量較大的現(xiàn)象，如不及時采取有效措施，一方面出現(xiàn)成型管片軸線偏差過大，甚至超限，另一方面管片大幅上浮，嚴重影響成型管片質(zhì)量，出現(xiàn)管片錯臺和滲漏水等病害。

3 原因分析

通過對該區(qū)間前300 環(huán)不同地層的管片實測高偏及上浮量數(shù)據(jù)分析，結(jié)合現(xiàn)場施工情況，管片出現(xiàn)明顯上浮的主要原因如下：

（1）管片拼裝完成后，盾構(gòu)開始推進，這個過程中管片螺栓復(fù)緊不及時，拼裝完成的管片脫出盾尾后因螺栓連接不緊缺少束縛力出現(xiàn)明顯上浮。

（2）現(xiàn)場采用同步注漿，漿液為惰性漿液，因為惰性漿液需要的初凝時間相對較長，在自然狀態(tài)下形成強度需要3d 左右時間，因為漿液初凝需要的時間長、形成強度的時間相應(yīng)變長，導(dǎo)致不能及時對成型管片形成束縛力，造成管片上??；另外一方面的影響是機器掘進振動、隧道內(nèi)電瓶車的運行振動，漿液材料還沒完全凝固，容易出現(xiàn)被擠到隧道底部或地層其他間隙位置，從而增加管片的上浮現(xiàn)象[4]。

（3）盾構(gòu)穿越地層含水率高、滲透系數(shù)高，通過對隧道不同地層的上浮量數(shù)據(jù)分析得出：上浮量相對較小是在②4層砂質(zhì)粉土、③5層粉砂夾砂質(zhì)粉土中，而上浮量變大是在③7層砂質(zhì)粉土、⑥1層淤泥質(zhì)黏土夾粉土中，造成隧道管片上浮的主要原因之一是因為地層含水率。

4 措施

（1）在管片拼裝到脫出盾尾過程中，對管片上浮量進行精確測量，詳細了解管片從拼裝到脫出盾尾穩(wěn)定后的上浮量數(shù)據(jù)。

（2）優(yōu)化同步注漿點位，建議以盾構(gòu)上部兩個注漿點位注漿為主，同時觀察地表沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)變化。

（3）對漿液強度、膠凝時間、漿液稠度及固結(jié)收縮率等指標進行配比實驗，可適當加入促凝劑來或水泥降低膠凝時間，以減小漿液形成強度的時間，使同步注漿漿液及時對成型管片形成束縛力。

（4）管片上浮后，隧道上部注漿壁變薄，影響管片防水效果，根據(jù)地表監(jiān)測數(shù)據(jù)反饋情況進行多次少量二次補漿（以上部點位為主），上浮量較大時建議每5 環(huán)或者10 環(huán)（脫離盾尾至少5環(huán)后）做一道環(huán)箍注漿。

（5）如果采取上述措施后，效果仍不理想，可采用如下方法，調(diào)整盾構(gòu)推進軸線至設(shè)計軸線下方，保持在一定數(shù)值，以此抵消管片襯砌后期的上浮量[5]。

（6）及時掌握管片姿態(tài)及盾尾間隙，將管片姿態(tài)盡量調(diào)整到設(shè)計軸線上，尤其關(guān)注成型隧道坡度情況，可通過加拼轉(zhuǎn)彎環(huán)或“貼片方式”（通過管片上粘貼石棉紙來調(diào)整管片楔形量，以達到調(diào)整管片姿態(tài)的目的）調(diào)整管片坡度及盾尾間隙。

5 結(jié)語

通過對該區(qū)間盾構(gòu)隧道管片上浮原因分析與排查，得出管片上浮的主要影響因素。現(xiàn)場通過適當降低掘進過程中姿態(tài)，提高漿液稠度、調(diào)整注漿點位、跟進二次注漿等綜合措施，使得本區(qū)間隧道190 環(huán)之后成型管片軸線整體在可控范圍內(nèi)，上浮量有明顯減小，管片質(zhì)量得到明顯提高，為類似工程環(huán)境下對盾構(gòu)隧道軸線控制及管片質(zhì)量控制可起到借鑒作用。