复合式TBM降低管片破损技术研究

冉鹏

（重庆交通建设（集团）有限责任公司，重庆 401120）

复合式TBM降低管片破损技术研究

冉鹏

（重庆交通建设（集团）有限责任公司，重庆 401120）

复合式TBM掘进过程中若出现管片破损极易导致管片止水失效、隧道渗水、漏水，进而影响施工安全和地铁的运行安全，增加施工成本、影响施工进度。所以降低管片破损对提高工程质量、保证施工及运行安全、降低维修成本等具有广泛的指导意义。

隧道掘进；复合式TBM；TBM掘进机；隧道渗水；管片破损

0 引言

城市轨道交通在城市发展过程中扮演者越来越重要的角色，而使用TBM建设地下隧道的比重也越来越大，复合式TBM掘进速度快，如何在快速掘进的同时保证施工质量给我们在生产过程中提出了挑战；复合式TBM掘进管片破损会导致止水失效、隧道渗漏水，进而影响施工安全、地铁的运行安全。管片破损后会产生修补费用，增加施工成本，修补后会影响管片外观，还会影响施工进度。所以降低管片破损提高工程质量具有广泛的指导意义。

1 工程概况

重庆轨道交通环线体育公园站至冉家坝站区间隧道工程，里程为YDK 14+384.893～YDK 14+956.143，左右双线总长度1.14km，位于新南路下方，区间埋深29.6m～32.2m，掘进断面积为37.16m2，复合式TBM隧道防水是以自防水为主，管片采用C50 P12防水混凝土。

2 工程地质与水文地质情况

该区间范围内自上而下分布有：素填土层、粉质粘土层、砂质泥岩层、砂岩层。各种地层的岩性、特征如表1。

表1 地层岩性及特征表

区间工程地质主要属构造剥蚀丘陵斜坡地貌，现状地形起伏较小，地势平缓，区间主要分布于砂岩层内，砂岩的石英含量高，局部结构位于砂质泥岩层。该区间水文地质情况为第四系松散层孔隙水及基岩裂隙水，主要补给来源为大气降水、地面池塘水体渗漏及城市地下排水管线渗漏，受季节影响变化较大。地下水以围岩裂隙水为主，水量较小，区间无不良地质构造，围岩稳定性较好。该区间范围无断层及其他不良地质现象。

3 管片出现破损的主要位置

管片易出现破损位置主要有：环缝破损、纵缝破损、边角破损、吊装孔破损、螺栓孔破损（图1-图4）。

图1 边角破损

图2 纵环缝破损

图3 吊装孔破损

图4 螺栓孔破损

4 造成管片破损的原因分析

（1）造成边角破损主要原因：在地面运输过程中边角碰撞引起破损、管片场内外转运时引起破损、使用双轨梁卸管片时、推进过程中盾构姿态与管片夹角过大造成管片破损、管片拼装时造成管片破损[1]。

（2）造成管片纵环缝破损主要原因：地面运输过程中叉车倒运造成环缝破损、拼装过程中使用拼装机对位时相邻管片碰撞摩擦造成。

（3）造成吊装孔破损主要原因：管片拼装过程中管片微调幅度过大、取拼装头时夹具未完全分开。

（4）造成螺栓孔破损主要原因：螺栓已插入孔内，管片拼装需调整时、管片上浮下沉、推进过程中推力过大易造成螺栓孔破损。

5 降低管片破损的方法与措施

在井上下运输过程中容易造成边角破损、叉车易造成环缝破损，所以针对上述情况对叉车叉子进行保护、对龙门吊起吊的吊带加装保护套；放置在平板车上时调整放置位置并加装枕木。

（1）地面运输缷管片时、井上场内转运时对叉车加装保护套防止边角及环缝破损（图5）。

图5 叉车保护套

（2）龙门吊垂直运输时起钩落钩要求慢和稳，轻起轻放、对吊带加装保护套，放置在平板车上时靠近车尾部分较车前部分低10～15cm，便于在使用双轨梁卸管片时产生管片的边角和纵缝破损（图6-图8）。

图6 龙门吊吊带保护套

图7 平板车放置

图8 双轨梁卸管片

掘进过程中由于推进油缸压力大易造成边角破损，掘进姿态与管片夹角不合理易造成边角、环缝破损、螺栓紧固不到位易造成螺栓孔破损。

（1）我们对掘进参数进行合理优化，根据掘进现场条件及时调整掘进参数，正确选择拼装点位、保持良好的盾尾间隙和推进油缸行程差[2]降低管片破损（表2）。

出渣设备及运输方式：皮带机输送、有轨电机车水平运输、龙门吊垂直运输。

表2 复合式TBM盾构机主要参数表

掘进参数调整：总推力小于1400t；盘转速小于3.2r/min；刀盘扭矩小于140kN/m，盾尾间隙5～9cm；油缸行程差小于10cm；同步注浆压力小于0.3MPa。

（2）管片拼装过程中加强对拼装手及工人的管理[3]，要求操作平稳注意保护边角等薄弱易损位置，现场值班工程师指导监督，加强现场管控减少管片拼装时边角、拼装孔破损，螺栓紧固落实到位减少螺栓孔破损。同步注浆保有量不足易造成管片下沉，易产生螺栓孔破损，通过调整同步浆液配合比等措施增加同步浆液保有量，降低螺栓孔破损。

调整同步浆液配合比，在原有配合比的基础上，通过提高水泥用量或加入速凝剂，以降低浆液流动度，缩短浆液凝结时间[4]，确保浆液注入后能较快凝固（表3）。

表3 提高水泥掺量的注浆配合比（kg）

加入液态速凝剂后能进一步大幅度缩短同步注浆浆液的凝结时间，浆液初凝时间最短可减少至30min左右。施工现场通过在同步注浆系统附近增设液态速凝剂输送泵，控制同步注浆浆液流速与液态速凝剂流速相匹配，使速凝剂与同步注浆浆液混合均匀，以减少TBM盾构掘进时产生的抖动造成窜浆现象，30min初凝的浆液同时也能适应较大流量的地下水而减少浆液冲刷流失量，提高保浆量，减少管片因下沉造成的破损（表4）。

6 效果检查

我们对该区间采取上述措施前后200环管片进行了统计，分别统计了各个位置管片破损情况并计算了200环管片破损率，见表5。

表4 加入液态速凝剂的配合比（kg）

表5 管片破损情况统计表

通过对上述情况进行对比，可知200环管片破损率从8%下降到4.5%，管片破损率下降了3.5%。

7 结语

我们通过分析复合式TBM管片破损的原因，分析易出现管片破损的施工环节，针对各个易损环节制定相应的措施，特别从改善施工工器具、优化掘进参数、加强施工质量管控、调整同步注浆配合比等方面着手降低管片破损，经对采取上述措施前后管片破损情况进行统计，管片破损情况下降了3.5个百分点，效果显著，这对以后的盾构施工降低管片破损从而提高工程质量、保证施工及运行安全、降低维修成本等具有广泛的指导意义。

[1]张映根.地铁盾构管片破损原因分析及防治技术[J].山西建筑，2012， 38(13)：219-220.

[2]陈建.盾构隧道快速掘进的辅助配套技术[J].现代隧道技术，2005，42（5）：80-82

[3]杨世东，李如恒，凌立静.盾构工法施工进度和效率研究[C]//2011中国盾构技术学术研讨会论文集.2011.

[4]朱科峰.盾构法隧道施工背后注浆技术[J].广东土木与建筑，2003（7）：19-21

Study on Compound TBM Technology for Segment Damage Reduction

In the compound TBM tunneling process,the segment failure can easily cause the water-stop failure of the segment and water seepage and leakage of the tunnel,and further affect construction safety and the subway's operation safety,increasing the construction cost and slowing the construction progress.Therefore,it's of great significance to reduce the segment damage to improve the construction quality,ensure the construction safety and operation safety,reduce maintenance costs and so forth.

tunnel drilling;compound TBM;TBM driller;tunnel seepage;segment damage

U455.44

A

1671-9107（2017）12-0031-03

10.3969 ／j.issn.1671-9107.2017.12.31

2017-07-25

冉鹏（1987-），男，重庆人，本科，工程师，主要从事轨道交通隧道施工工作。

责任编辑：孙苏，李红