盾构法隧道管片拼装施工技术

张晓莉

（山西省水利建筑工程局 第八工程处 太原 030006）

盾构法是城市地铁隧道工程常用的一种施工方法，特别是在软土地层中，其应用不可或缺，根据盾构法的施工特点，盾构管片是隧道的最终受力结构，管片拼装质量的好坏直接关系到隧道的成洞质量。盾构管片拼装与盾构机的推进相辅相成，盾构管片为盾构机的推进提供直接反力，良好的管片姿态能保证盾构推进过程中形成良好的盾构姿态，同样，良好的盾构姿态也为管片拼装提供良好的拼装条件。

1 工程概述

武汉市轨道交通二号线工程第十六标工程包括二个盾构法修建的隧道区间，二个区间全长1 271 m，隧道最大埋深17 m，最小平曲线半径310 m，最大纵坡度为21.5‰,盾构主要穿越地层有黏土层，淤泥质土，粉质黏土层。盾构隧道内径5 400 mm,外径6 000 mm,管片厚度300 mm。在本次施工中,隧道衬砌采用通用楔形管片错缝拼装的形式，区间最小转弯半径为310 m,此转弯半径最小处的盾构掘进与管片拼装是本工程的重点控制地段之一。

2 盾构管片结构及拼装精度要求

管片环设计为3+2+1模式,即3块标准块,2块连接块和1块楔型块,管片宽度为1 500 mm,分为标准环，左转弯环，右转弯环三种形式,厚度为300 mm,采用C50，S10钢筋混凝土预制。管片的块与块之间采用2根M30环向螺栓连接，环与环之间用16根M30的纵向螺栓连接，盾构楔形管片结构见图1。

图1 盾构通用楔型管片结构简图

管片拼装的精度要求见表1:

表1 管片拼装的精度要求

3 盾构管片拼装方法

隧道管片拼装按其整体组合可分为通缝拼装和错缝拼装,本工程采用错缝拼装形式,错缝即前后环管片的纵缝错开拼装，一般错开1/2～1/3块管片弧长，用此法建造的隧道整体性较好，环面较平整，环向螺栓比较容易穿，但施工应力大，易使管片产生裂缝，纵向穿螺栓困难，纵缝压密差。错缝拼装展开图见图2。

图2 通用楔型管片错缝拼装展开简图

4 管片拼装中的常见问题及解决方法

主要针对因隧道转弯半径较大时会经常出现的一些问题总结如下：

1）因转弯半径大，使管片拼装中楔型K块管片的点位选取有一定的难度，因此造成的安装超前量不够及超前过量等情况，使管片在脱出盾尾时会发生相邻管片发生的错台以及破损现象。

2）在推进过程中,转弯半径较大,盾构机导向系统（VMT）不得不频繁移站,在移站后VMT显示值与移站前偏差较大,盾构机操作手根据此数值推进,使盾构呈蛇形运动,造成管片拼装发生错台,导致相邻块管片间产生应力集中现象,使管片边缘(包括内,外边缘发生开裂,崩角)等质量问题,由蛇形运动造成的超挖,及理论间隙使管片与周围土体间存在环形间隙,在同步注浆回填此间隙过程中,注浆参数选择不当,比如浆液的凝固时间及掘进过程中时注浆压力较大,各注浆位压差相差较大,以及本工程转弯段实际注浆量在每环8.5m3左右（地面有稍许隆起现象），由于管片自重与所受到的注浆浮力相差很大,当注入的浆液尚未凝固时,管片在浮力的作用下有上浮的趋势，使管片产生了偏压,造成管片整体变形,随之而来的错台,损坏，以及注浆压力过大而错台产生跑浆现象的发生，不能充分填充开挖间隙导致地表、管线以及建筑物的沉降超过限定值，更为严重的会造成地面塌陷这样的工程事故。

3）拼装作业的不规范，拼装过程是控制管片错台非常重要的环节，拼装工人的熟练程度以及责任心直接影响拼装质量，如在盾构机头下方操作遥控器拼装上部管片；管片拼装顺序没有按照由下至上，左右交叉的顺序；拼装时没有均面摆匀，螺栓较难穿插，以及拼装完后螺栓没有及时上紧等因素。

4）盾构机姿态不好，运动轨迹波动较大，及管片形态的惯性作用，导致管片与盾尾间隙不均匀，盾尾间隙小，造成管片难安装，迎水面被盾尾密封钢环挤压造成错台，严重时造成崩角，盾尾刷损坏等问题。

5）在拼装中封顶时，楔型K块的安装为本环各管片定位质量的综合反映，由于第一块管片落底不够（下部盾尾间隙经常性很大），使封口尺寸较小，封顶块纵向插入时，需要硬顶入，对相邻管片拼装质量影响很大。

6）拼装纵向靠拢，由于前一环环面不平，靠拢油缸选择位置不当或顶力过大。

针对以上问题，提出了如下提高拼装质量的措施：

1）在推进中，EPB盾构机调整与纠偏原则，以盾尾间隙控制为主，线形控制为辅，掘进时纠偏量不能过大，即油缸行程差不能过大，应当控制在60 mm左右，盾尾间隙尽量不小于40 mm。

2）加大人工监测的频率，在加密VMT移站频率的同时，减少移站后出现的轴向偏差，在盾构机过后对隧道管片姿态随时跟踪监测，把信息及时反映给盾构操作人员，以便根据变形程度调整掘进参数。

3）严格控制注浆量。注浆顺序及注浆压力，同步注浆压力应略大于该点的静止土压力及水压力，做到尽量填充而不劈裂，同步注浆压力初步设定应控制在0.2～0.4 MPa，施工中应不断进行试验调整，注浆时管片后空隙应全部充填密实，注浆量应控制在130%到180%。同步注浆时应四个注浆孔同时压注，每个注浆孔口处安装有压力传感器，可以对各个注浆孔的压力进行实时检测与控制。

4）对拼装工人进行培训，增强责任心，让其了解管片拼装的重要性，在拼装过程中要清理盾尾拼装部位的泥渣等杂物，每一环管片要精心拼装，注意管片定位的正确，尤其是第一块管片的定位会影响到整环管片成环后的质量及与盾构相对位置的良好度，尽量做到环面平整，接缝密贴，边拼装边打紧管片的纵向、环向连接螺栓，管片拼装完毕后再次按规定及时打紧全部连接螺栓。

5）根据现场实际情况选用不同的适当的方法防止以上问题的发生。

5 总结

盾构法作为一种成熟的施工工艺，为地铁隧道工程所广泛采用。在这些隧道施工中，盾构管片拼装是盾构施工的关键环节，贯穿于盾构的整个施工过程，控制好盾构掘进的轴线精度是提高管片成型质量的前提，要及时地测量尾部护盾与管片的间隙，及管片相对于盾构机上下左右的超前量，观察掘进后上一环管片的状态，根据施工经验，针对不同的问题采用针对性措施，确保管片拼装质量，对充分发挥管片设计性能至关重要，所以要求在工程中需要不断的总结，注意相关数据的收集和整理。有理由期待，在当今设计水平不断提高，施工工艺不断成熟的基础上，隧道建设水平会有更进一步的提高。