论述盾构法在隧道施工中常见质量原因及建议措施

王涛

【摘要】本文总结了盾构法在施工过程中经常遇到的一些质量缺陷，分析了上述质量缺陷产生的原因，并提出了预防和处理上述质量缺陷的方法，可供参考。

【关键词】盾构法；施工方法；质量缺陷

一、隧道渗漏

盾构法隧道施工中衬砌环的渗漏现象在目前施工中普遍存在，造成渗漏现象的原因有很多，其中主要原因归纳有以下几点：

1.1 管片自身存在渗漏水现象

造成管片自身出现渗漏水的原因主要有两个方面：首先是制作管片的混凝土质量有缺陷，混凝土使用的配合比、采用的浇捣工艺、养护方法和时间以及各种外加剂掺加量等都与管片的自防水效果密切相关；其次是管片的制作精度，国内外的盾构隧道施工经验表明，使用高精度的钢模可以大大提高管片的制作精度。另外，管片制作精度将直接影响成型隧道管片环面平整度控制、管片安装精度等也是管片破损漏水现象的影响因素之一。

1.2 施工工艺以及后续操作不当引起的管片渗漏

首先是管片背后注浆的施工，管片背后注浆是防水工程的一项重要环节，实施得好与坏，将直接影响到隧道施工的质量。即使管片背后注浆一般用来控制地面的下沉，却实际上也是隧道防水的第一道防线。所以注浆量不足不仅会造成隧道产生较大的后期沉降，也会影响管片防水效果。其次是掘进过程中盾构姿态不当引起的渗漏，盾构机姿态不当主要包括盾构实际掘进轴线与设计轴线的偏差较大，盾尾与成型隧道管片间间隙不均匀造成盾盾尾挤压成型管片，容易造成管片之间错位，相邻管片的止水帶不能正常的重合压紧，从而导致渗漏，盾尾与管片间隙控制不当时甚至可能会造成管片外弧面碎裂，影响管片防水及结构性能。

1.3 管片选型不当引起的渗漏

当盾尾间隙不均匀或过小，且管片选型不当时，在掘进的过程中容易造成管片外壁甚至止水条损坏，造成渗漏水情况的发生。因此盾构管片选型的原则是：首先考虑线路的特点，再依据盾构机的姿态、千斤顶行程差和盾尾的间隙来选型。

二、管片裂纹

盾构管片产生的裂纹在盾构施工中存在较多不利因素，如在管片开裂处漏水、崩裂掉角，在运营期漏水导致混凝土脱落甚至会给运营带来很大的安全隐患，减少使用寿命。产生裂纹的原因有以下几种：

2.1 管片在生产、运输过程中产生裂纹

第一阶段是在盾构管片的制作过程中和管片脱模后的养护过程中处理不当造成的开裂，在管片表面产生的裂纹能够目测到；第二阶段则是在养护28 d以后，在吊卸、出厂运输和使用过程中出现的细微裂纹，管片受到较大的集中力作用，细微的裂纹就会迅速的扩展。

2.2 管片在施工过程中出现裂纹

这个阶段的开裂主要是由于作用于管片上的力造成的。作用在管片上的力主要分为掘进推力和注浆压力两种，作用力过大、不均匀、管片环面不平整均会造成管片出现裂纹。首先土仓压力调整不当会导致总推力逐渐加大；其次是在拼装预制管片前盾尾没有充分清理干净，导致整环管片的环面不平整，盾构推进时因管片受力不均匀，造成应力集中而产生裂纹。另外在进行管片后背的二次注浆时，注浆压力太高也会导致管片出现裂纹。

2.3 已完成的隧道上浮也会造成管片产生裂纹

在中风化或者微风化的地层中掘进，盾尾同步注浆浆液未及时凝固或注入量不够，会造成不同程度的隧道上浮，不均匀的上浮会造成管片出现裂纹。

三、管片破损

一般情况下的管片破损是由于操作不当而造成的，大多表现在管片的端面与吊装孔的位置。主要原因如下：

3.1 吊运与拼装时发生的碰撞

吊运拼装过程中碰撞主要原因是由于指挥人员指挥失误、操作人员熟练度不够有关。管片碰撞后可能引起管片缺边掉角现象，直接影响管片外观、结构性能及防水效果。

3.2 管片拼装时管片姿态控制不佳引起管片破损

管片拼装过程中，应避免管片外翻、内翻等通病，并严格进行成型管片椭圆度控制。管片姿态调整过程中，应避免急于进行纠偏导致管片之间错台，造成管片的外壁或者螺栓孔处发生破坏；

3.3 管片发生较大扭转造成盾构千斤顶直接作用于管片纵缝位置

管片发生较大扭转时，推进千斤顶的撑靴偏离了盾构管片上的抗剪加强区，造成管片端部的混凝土发生开裂破损。特别在盾构千斤顶作用于管片纵缝位置时将会造成纵缝对应位置的管片角部产生剪拉破坏。

四、管片扭转

管片扭转可能会造成管片的端部与千斤顶作用面接触的受压区混凝土开裂破损或者接缝处的两块相邻管片蹦角。导致管片发生扭转的原因主要有：盾构刀盘长时间的朝同一个方向旋转，盾构机在反作用扭矩影响下，通过与管片接触的千斤顶带动管片产生扭转；管片螺栓孔径的尺寸误差积累或一个方向的拼装次数明显多于另一方向；在线路的转弯段，盾构推进千斤顶产生不对称的横向分力，对管片造成附加的扭矩。刀盘和管片安装设备朝两个方向的旋转保持基本的平衡能够减少衬砌环发生的扭转，另外施工时还可以借助加强衬砌环的抗扭转能力来减少甚至消除衬砌环的扭转。

五、隧道轴线的偏差

大多数情况下，盾构隧道的轴线偏差是普遍现象，也是永久性的质量问题，发生隧道轴线偏差的主要原因有：

5.1 掘进盾构姿态控制的原因

施工人员的盾构姿态控制有误，导致较大的轴线偏差；使用的掘进指令有误，没有前瞻性；测量误差甚至错误引发不合理的姿态控制指令导致轴线产生偏差。

5.2 地质条件的原因

场地地质情况导致轴线偏差，这种情况一般容易发生在微风化或中风化的地层中，上述地层地下水含量丰富，并且盾构的掘进姿态难以控制，在这种地层中控制盾构的姿态一般应提前向与轴线偏差相反的方向进行预控制，同时进行相应的处理，如注双液浆对地层进行改善。

5.3衬砌环后背注浆的原因

在掘进的过程中均进行了同步注浆，由于同步注浆的浆液初凝时间较长，导致浆液的初期强度不能满足限制隧道上浮的要求，造成隧道上浮形成轴线偏差。

六、地表沉降与隆起

盾构施工引起的地面沉降共分五个阶段，分别为初始沉降阶段、开挖面前沉降或隆起阶段、盾尾沉降阶段、盾尾空隙沉降阶段及后续固结沉降阶段。

地面的沉降与隆起有以下几点主要原因：

6.1 掘进的过程中出土量控制的原因

通常情况下，盾构推进一环的出土量是固定不变的，但地层不同土的松散系数也是不同的，一旦在掘进的过程中发生超挖造成出土量过大，必定会导致地面不同程度的下沉。

6.2 衬砌环壁后注浆量的原因

对衬砌环壁后同步注浆通常对地面的下沉有很好的控制效果，如果掘进时出土量较大而注浆量较少，或是由于浆液的凝缩量过大均会导致地表沉降。反之，如果过大的注浆量将会导致地面的隆起。

6.3 地质条件的原因

盾构在砂层地质段掘进时，如果发生塌方或者喷涌而导致难以控制出土量时将会发生地表沉降；还有一种情况就是在富含地下水的地层中因为水土流失同样也会出现较大的地表沉降。

6.4 盾构土仓结泥饼引起地面隆起或沉降

盾构在掘进过程中，当开挖面温度较高，开挖面土层粘性较高时易引起土仓内结泥饼现象，土仓内结泥饼后由于螺旋机无法正常出土引起土仓内土压力急剧上升，引起盾构切口前方地面隆起现象。

当土仓内出现结泥饼现象时通常采取对土仓内进行土体改良、注入泡沫剂等措施，但在实际土体改良处理过程中由于土仓内土压力平衡较难控制，往往会出现土仓内土压偏低，引起切口前方地面沉降现象。

七、结语

综上所述，本文针对盾构在施工中容易出现的一些质量缺陷进行了归纳总结，并对其出现的原因进行了分析。为盾构施工中有预见性的进行管控提供了经验，减少或避免出现质量事故；为从事隧道或地下工程的工作人员提供一些合理化的建议。