地铁盾构隧道施工中管片错台控制技术研究

2021-10-26李磊

工程技术研究 2021年13期

李磊

中交一公局桥隧工程有限公司，湖南长沙 410000

地铁工程施工过程复杂，诸多因素均会影响其工程质量，而管片错台就是地铁盾构施工期间常见的一种质量缺陷，一旦出现管片错台，可能会使成型的隧道发生大面积的破损或者渗漏现象，不仅会对列车的运行安全造成不利影响，而且会对隧道的安全性和耐久性产生威胁。因此，在地铁盾构隧道的施工中，需要采取有效的管片错台控制技术，避免管片错台情况的发生，从而为地铁工程的盾构隧道施工质量提供保障。

1 工程概况

长沙市朝阳村站—芙蓉区政府站区间地铁工程中，采取了盾构法进行施工，在区间的左线和右线分别修建两条单线隧道。区间内平面曲线的最小半径为1km，左线和右线的间距为13.0～15.7m。左线和右线的隧道均呈V字坡纵断面，最小和最大坡度分别为2%和-29%，其竖曲线最小半径为3km。其地铁盾构区间设计范围如表1所示。地铁盾构隧道管片内径为5.5m、外径为6.2m、厚度为350mm、宽度为1.5m、分块数为6块。此混凝土的管片采取标准左右环和左右转弯环管片进行组合，管片环宽度为1.5m，环向的分块数为6块，即1块封顶块、2块邻接块、3块标准块的组合，转弯环管片具有45mm楔形量。地铁盾构的隧道管片类型为高精度钢筋混凝土，强度为C50等级，抗渗强度为P12等级；管片的端面采取平面式，环、纵缝的接触面，都不设置凹凸榫槽，只在管片环和纵缝的接触面设置弹性、密封垫槽和嵌缝槽。管片的块和块之间通过12根弯螺栓进行连接，环和环之间通过16根弯螺栓进行连接[1]。

表1 地铁盾构区间设计范围单位：m

2 地铁盾构隧道施工中出现管片错台的原因

若管片选型不当，特别是对于带楔形量的管片，容易造成盾尾间隙过小，使得铰接油缸与推进油缸间的行程差较大，隧道设计轴线与实际轴线之间出现偏差，盾构机纠偏难度系数增加等，进而导致管片发生错台破损或者渗漏水等情况。

在推进盾构时，刀盘的推进速度与扭矩之前呈正比关系，随着推进速度的不断增加，刀盘扭矩出现异常情况的可能性也会逐渐增加，随着推进速度的增加，扭矩也会随之变大，同时也会使盾体振动幅度发生一定程度的改变。盾构推进油缸的推力会影响拼装管片成型，加快管片成型的速度还会使活动的管片出现摆动的情况，管片的环向间会存在较大的挤压力，导致管片破损[2]。

盾尾的间隙变化受盾构机姿态变化的影响非常突出，假如盾构机的运动轨迹发生较大程度的波动，加之管片形态惯性的影响，会使得盾尾间隙出现不均衡的情况。当盾尾的间隙变小后，管片安装难度就会增加，完成安装的管片遭受盾尾的挤压容易出现错台或者破损等情况。

在开展同步注浆施工时，浆液初凝的时间较长，管片在浮力的作用下会出现上浮的情况，使得管片易出现错台的现象。如果注浆压力较大，管片就会受到严重的挤压，使得管片出现破损或者是错台的情况。如果注浆方量比较少，使得隧道衬砌间隙很难被填平，砂浆未能将管片固定好，管片就会随之发生位移，在偏心力的作用下，管片局部应力就会比设计的强度要求大，也会使管片出现错台或者破损等情况[3]。施工期间若盾尾的间隙太小，盾尾挤压管片后，会发生错台的情况，此时管片的选型会给盾构姿态调整和盾尾间隙大小带来直接影响，特别是小曲线的半径内更易出现盾尾间隙过小的情况。管片的强度不够或存在裂纹和缺角时，管片也容易出现错台或者破损等情况。同时，若管片拼装过程中存在拼装不规范的现象，也会造成管片出现错台或者破损等情况。

3 地铁盾构隧道施工中管片错台控制技术要点

3.1 管片的合理选型

在管片选型过程中，要全面考虑管片姿态相对关系、盾构机姿态、管片四周超前量、铰接和推进油缸行程差、盾构机姿态、盾尾间隙及隧道线型等信息，科学确定预拼装管片的型号。以隧道曲线设计的标准为基础，事先考虑清楚管片选型和盾构掘进姿态等内容，在拼装封顶块时，最好在隧道腰部位置完成拼装施工，使管片拼装与隧道设计的施工标准保持一致。

3.2 科学控制推进速度

在粉质黏土与黄土状的土质内，如果将刀盘转速固定在某一个值上，则推进速度、刀盘扭矩及管片错台率间的关系如图1所示。

图1 推进的速度、刀盘的扭矩及管片错台率间的关系图

由图1可知，随着推进速度的增加，刀盘扭矩及管片错台率均在增加。通过分析可知，盾构推进的速度适合控制在45mm/min，刀盘扭矩宜低于1800kN·m，这样管片错台或者破损等问题能够得到有效解决。

3.3 做好盾构姿态控制

对盾构姿态进行调整时，要控制好盾构趋势，防止出现过猛的纠偏，要按照勤纠缓纠的原则进行，防止盾构出现“蛇形”运用。具体调整过程中，控制在每环5mm的标准，将隧道设计轴线偏差和盾构轴线偏差控制在设计允许的范围内。在隧道挖掘施工卸荷后，地基会出现回弹的情况，管片随之上浮，因此在推进盾构时，盾尾垂直方向要控制在-2cm以下，使管片后期出现的上浮量与之相互消除。盾构施工管理人员要全面了解整个区间的线路设计情况，当盾构进入竖曲线或平曲线阶段后，以曲线半径为依据，使盾构逐渐向曲线内部移动，并使盾构姿态在曲线段实现有效的整合。

3.4 严格同步注浆操作

（1）依据不同地层信息来调整浆液配比，浆液的凝结时间要保持在7h左右，如果遇到特殊情况，则可以使用添加速凝剂的方法来将凝固时间降到最低。

（2）注浆压力要大于土仓压力0.15～0.2MPa，要以地层沉降监测数据和隧道埋深数据为基础做好整合工作。

（3）注浆速度和推进速度要具有良好的匹配度，不仅要避免注浆速度太快，还要确保注浆方量足够，必要时可以对脱出盾尾4～6环的管片壁后实施二次注浆处理，对于同步注浆施工过程中产生的后部管片填筑不密实的情况要及时采取措施解决，使其结构稳定性得到保证。

3.5 做好盾尾间隙控制

在直线段使用转弯环来调整盾尾间隙时，要采取预期弥补盾尾间隙的方法，实时监测成型隧道测量数据和盾构姿态。如果误差较大或误差在逐渐变大，需要使用相反转弯环来补救。一旦隧道的设计轴线与盾构推进线路之间产生巨大的误差，则管片受到偏向力的影响也会更大，从而造成管片出现大面积的破损情况。

3.6 严控管片与拼装质量

在生产制作管片前，需认真校验管片模具的尺寸，并抽样检查管片的质量，使管片的生产质量满足设计标准。运送到施工现场的所有管片必须有质量合格证明材料，相关工作人员需认真检查管片的强度和外观，防止不合格的管片出现在隧道施工建设过程中。在拼装管片时，严格管控拼装施工质量，使成型管片拼装、螺栓自由穿插管片、均匀排布管片和拼装施工等全部满足盾构姿态调整的方向要求。管片拼装施工要严格按照设计的标准执行，拼装成型的管片尽量保持椭圆形。