小曲线半径盾构管片拼装质量控制

2018-01-29王喜桃

中国设备工程 2018年21期

王喜桃

（中交隧道工程局有限公司，江苏南京 210012）

现阶段，盾构施工逐渐引起人们重视，但是在选择轨道的交通线路时，因为建筑物与城市规划限制，加大了轨道交通设计线路的复杂程度，频繁出现小曲线半径。相较于常规的盾构技术，小曲线半径的盾构技术自身比较特殊，在某种程度上加大了施工质量的控制难度。因此，需要相关人员重视小曲线半径的盾构施工质量控制，确保隧道的安全性与可靠性。

1 实例分析工程施工的难点

1.1 工程的概况

本次研究对象是某市轨道交通的六号线车辆出入段，这个部分有1141.2m区间入段的线长，区间的出段线长约为1138.2m。在盾构区间有618.7m入段线长，620.3m出段的线长，整个区间线路的平面曲线半径的最小值是300m，线的间距在5～21.3m。而最大线路坡度是28‰，将近5.7～10.8m的隧道埋深。在这个区间土质主要是黏土、淤泥质黏土。本工程的隧道在施工过程中，主要采取ZTE6410土的压平衡盾构机进行，常见衬砌形式包含钢筋混凝土类预制的管片，Φ5500mm的管片内径，Φ6200mm的外径，350mm的管片厚度，1500毫米的环宽，小曲线段的管片环宽为1200mm，40mm的楔形量。通过三片标准块组成环管片，同时包含一块封顶快与两块邻接块。钢筋混凝土的预制管片强度设计成C50，P12的抗渗等级。

1.2 施工的难点

（1）难以控制隧道轴线。盾构机这种刚体为直线，不能拟合曲线，在掘进圆曲线段时，仅能构成连续折合线对圆曲线进行拟合，较小曲线半径，会加大拟合难度，增加纠偏量，降低纠偏的灵敏度，难以有效控制轴线。通常情况下，会采取千斤顶进行盾构机纠偏与转弯，一般采取不等推进的千斤顶分区油压，旨在确保盾构机掘进方向与设计的轴线一致。小曲线式半径段实施施工时，应将盾构机两侧的推力加大，保证推力与盾构机转弯的需求相符，将两侧油缸推力缩小，这在某种程度上会加大隧道轴线偏差纠正难度以及控制的难度。

（2）难以控制管片拼装的质量控制。对小半径的曲线部位隧道进行掘进时，基于千斤顶作用下，推进盾构，这种分区压力的差异无法保证管片受力的均匀性。在推进管片过程中，若千斤顶的顶撑靴力过度集中，容易造成损毁。推进管片的盾构机时，由于千斤顶会推动管片的断面以及轴线，极易导致水平方向上出现分力，也就是管片向某侧侧偏，盾构机的管片就会出现千斤顶外侧的反作用力，导致管片出现偏倚，继而管片也就会产生相对位移，造成漏水、错台以及裂纹等问题。

2 小曲线半径盾构管片的拼装质量控制对策

2.1 测量的控制

推进小曲线的半径过程中，因为隧道曲率数值相对较大，而前方的可视距离不够长，加之隧道内部通视的条件比较差，这就需要对测点以及后视点进行反复的设置，在这种操作下容易引起盾构导向中系统测量换站频率加大。从圆曲线这种隧道施工来看，换站距离平均值是30～40m。每一次结束换站以后，需要复核测量，对系统数据进行调整。因为测量的距离比较短，无法在管片上稳定安装测量站，因此每一次完成换站以后，会导致高程数据发生变化。为确保测量的数据准确性，避免引起测量误差，每天复核，经实时的复测，确保数据准确性。此次工程在推进300米小曲线的半径段时，可以经加大测量的频率确保盾构数据准确性。此外，为了及时了解成型隧道具体情况，确保能够对隧道施工的轴线以及地表具体沉降情况进行有效控制，优化掘进的参数，通常情况下，相隔十环需要测量管片的姿态，拼装好每一环以后，要进行三次及以上的测量。从测量所得数据中，对管片的上浮情况以及侧移规律进行全面剖析，对二次注浆具体位置、隧道掘进参数和姿态纠偏进行优化。

2.2 注浆的控制

对于隧道施工而言，通过注浆控制能够稳定隧道，经注浆可以保证盾构稳定性，防止发生过大偏移与上浮。因为曲线段的掘进会导致地层损失量加大，增加纠偏的次数，继而扰动了土体，所以在推进曲线段时，需要对注浆压力、浆液质量以及注浆量进行严格控制，对管片外环状的空隙进行及时充填，防止发生地表的沉降，降低管片的上浮。此工程施工的过程中，后壁注浆方式为同步注浆与二次的补充注浆，二次的补充注浆主要是结合水玻璃的双液浆、水泥砂浆与水泥进行施工。同时推进盾构和注浆作业，注入的速率需要适应掘进的速度，在注浆的作业过程中，需要对注浆量的变化与注浆压力进行密切观察，重点控制压力，与注浆量管控配合。对超挖和浆液的扩散因素进行充分考虑，设置地层、衬砌之间实际空隙值为150%～180%，同时把这个数值当作注浆量，在具体施工中结合信息反馈的结果及时调整注浆量。设置初始盾尾的注浆压力在0.2～0.3兆帕之间，理论上盾尾毎环注浆是2.86m3，依据以往经验把毎环的注浆量设置成4.3～5.2m3。在实际施工中，需要对注浆压力进行严格控制，不可以超过设定值，同步控制注浆的压力以及注浆量两个指标，当注浆压力和设定值一致时，保证注浆量同样在设定值95%以内。

2.3 盾构机的控制

（1）盾构机的纠偏。在推进盾构小曲线的半径段时，需要对盾构机偏差纠正控制进行高度重视，为保证盾构密封的效果和管片拼装的质量，避免底层受到扰动，在盾构偏转进行纠正时，要逐环的进行，保证盾构机运行平顺性，防止因为过急的偏差纠正造成破损、渗漏以及错台。对盾构机具体姿态进行调整以及纠正过程中，需要重点控制盾尾的间隙，与线性控制互相配合，保证每一环纠偏量都控制在5mm以内。

（2）盾构机的选型。合适盾构选择对于盾构隧道的施工有着决定性作用，在盾构的设备选择时，需要全方面分析相关隧道施工的条件、工程环境的条件以及地质情况，同时参考国内外的盾构成功应用经验，特别是类似工程施工中所用盾构施工的情况，不违背经济、环保以及安全的原则。本工程施工所有盾构机时ZTE6410，盾体的长度为7745mm，盾尾的长度是2629mm，这是一种被动的铰接式盾构，铰接油缸实际形成将近150mm。该盾构机开挖的直径有6440mm，最大爬坡的能力为35‰，最小平曲线实际半径为250m，将超挖齿刀置于刀盘上，当直线段开始关闭回缩，得出最大伸出量为30mm，确保盾构的掘进呈现出弧形，为管片预留足够拼装的空间。

（3）盾构机的掘进。盾构机需要沿着小曲线的半径进行掘进，这种方式在掘进垂直的方向会出现较大侧向的分力。为对盾构的姿态进行有效控制，防止因为不良姿态造成纠偏，当盾构机到达小曲线的半径段之前，需要按照地址情况与线路的走向趋势，调整盾构机姿态，给隧道预留一定的偏移量。进行盾构掘进时，相关人员应高度重视盾构机控制，合理调整掘进的参数。

2.4 管片的控制

（1）管片的制作。由于管片自身的质量缺陷，容易在拼装管片过程中因受力不均、挤压等发生崩角开裂情况，导致隧道结构的施工质量受到影响，所以需要相关人员从源头对管片的质量进行控制。同时实验室需要对管片质量的保证书、供应室的资质以及试验的检测报告进行实时检查，同时根据规定批量复验，确保管片的预埋件、生产所用原材料与相关规定相符。在管片的生产中，项目的驻厂人员需要严格控制管片的制作质量。在管片出厂以前，监理工程师与驻厂人员应全面检查管片的强度以及管片的外观质量，对出厂质量的合格证明、管片型号以及编号等进行复核，确保管片外观的质量、期龄与相关要求相符。

（2）管片的验收。其一，管片进场的验收：安排专人对管片回弹强度、外观质量、合格章以及生产日期等进行检验，与相关要求相符以后，进场与卸放。其二，在管片下井之前的自检：也就是管片下井以后需要加强自检，同时检查管片的编号，对生产日期和外观进行复查，复查外观与生产日期，主要涉及外涂的防水层、外观、传力垫以及清洁度等，全部都符合要求之后，方可吊装以及下井。其三，管片拼装之前的复检：在盾构管片实施下井以前，要相关技术人员复检，核查管片型号，确保外涂的防水层、止水带以及传力垫满足相关要求，保证粘贴位置的正确性，在粘贴严密、牢固与平整以后，才可以拼装与施工。

（3）管片的拼装。在进行管片的拼装施工之前，技术人员需要检查管片的清理情况与盾尾的拼装区，确保盾尾的清洁度，冲洗管片，不可以有积水与杂物。在拼装管片的过程中，需要根据管片拼装的顺序进行施工，让管片移动到拼装的位置之后，对准螺栓的位置。安装好每一块管片以后，需要对螺栓进行环纵向的连接，逐块的安装，安装结束整环以后，紧固螺栓。