地铁盾构管片渗漏水的施工控制研究

2022-03-08郝文海

工程建设与设计 2022年1期

关键词：管片浆液盾构

郝文海

（北京地铁工程管理有限公司，北京 100079）

1 引言

盾构管片渗漏水是地铁盾构隧道施工期间较为常见的一种质量问题。通过对盾构管片渗漏水进行施工控制，能够让地铁盾构施工得以更好地完成，避免因为盾构管片渗漏水等问题影响地铁工程施工效率。因此，有必要对地铁盾构管片渗漏水控制进行研究。

2 地铁盾构分析

地铁盾构是隧道施工的重要方式，能够在地下利用盾构机来实现隧洞暗挖。盾构机在地下掘进时，可以在保证开挖面稳定性的同时完成开挖与衬砌。在盾构施工期间，需要专门在隧洞中进行基坑、竖井开挖，然后再将地铁盾构机吊入地底，沿着墙壁开孔位置进行掘进。盾构管片属于地铁盾构施工中的重要装配组件，可以看作地铁隧道的一种内层防护屏障，能够在施工掘进过程中承受土层、地下水等因素带来的荷载。作为永久衬砌结构，盾构管片的质量将会直接决定隧道质量与安全性，通过加强对地铁盾构管片的渗漏水施工控制，能够让盾构管片发挥出应有的价值。

3 地铁盾构区间的项目工程分析

3.1 工程概况

本工程共1 个区间，即天通苑东站—未来科技城盾构井(不含)区间，线路从天通苑东站沿北苑东路向北敷设，下穿燕丹镇小道后沿水源九厂路西侧向北敷设到达未来科技城天未区间盾构井处。区间全长5 km：左线5 025.363 m+右线5 018.639 m（矿山法247 m+盾构法9 569.2 m+明挖法2×113.9 m），含1 条单渡线、2 座区间风井、2 座施工竖井、6 个独立联络通道。区间线路最大纵坡为17‰，最小平面曲线半径为800 m。区间主体采用盾构法施工，风井及竖井采用明挖法施工，联络通道采用暗挖台阶法施工，出入段线接口配线区采用明挖法，单渡线段隧道采用暗挖双侧壁导坑法和CRD 法施工。

3.2 地层概况

本标段地层由地面下至55 m 深度范围内地层以黏性土、粉土及砂土层为主，分布有连续的卵砾石层。

粉质黏土:可塑，中高压缩性，性质较好；

砂质黏质粉土:稍湿，密实，含云母，少量有机质；

中粗砂:饱和，密实，低压缩性，含云母、氧化铁；

粉细砂:饱和、密实，低压缩性，含云母、氧化铁，少量有机质，局部加粗砂；

卵石:饱和，密实，属低压缩性土，最大颗粒径不小于110 mm，一般粒径50～100 mm，亚圆形，粒径大于20 mm 颗粒约占总质量的80%，中粗砂填充。

北京地区地处中纬度欧亚大陆东侧，气候为典型的北温带半湿润大陆性季风气候，夏季高温多雨，冬季寒冷干燥，春、秋短促。近10 年平均气温为12.5～13.7 ℃。全年无霜期180～200 d，西部山区较短。降水季节分配很不均匀，全年降水的80%集中在夏季6、7、8 这3 个月，7 月、8 月有大雨。北京市冻结线深度为0.8 m。

4 地铁盾构管片渗漏水施工控制分析

4.1 盾构管片渗漏原因

在地铁盾构工程中，通过施工控制发现盾构管片存在环缝、纵缝渗漏以及螺栓、吊装孔渗漏等多种形式。结合地铁盾构现场记录进行观察总结，可以推论出管片渗漏的主要原因大致如下：（1）管片质量缺陷。因为管片生产问题而出现的性能质量缺陷，在生产管片期间，若密封沟槽的混凝土存在气泡，就会在管片拼装结束后导致地下水绕过密封垫，并从气泡留下的孔洞渗漏出来。（2）止水条脱落。管片若在拼装期间出现碰撞问题，就容易造成止水条脱落、断裂等问题。止水条缺陷将会导致密封垫无法发挥出应有的防水能力。（3）盾构管片注浆缺陷。在盾构管片衬背注浆时，若管片密封条贴合位置松动，就容易在管片顶端出现积水的情况，此时，密封垫压实薄弱的位置就容易出现地下水渗漏。（4）掘进推力不均匀。在地铁盾构掘进时，若掘进推力不均匀，就会导致盾构管片出现受力异常情况，严重时将会导致管片裂纹、断裂问题的发生。而在掘进困难时，过大的推力同样会导致管片产生裂纹并出现水渗漏的情况。（5）前进反力较弱。地铁盾构期间如出现反力不足的情况，就将会导致盾构管片接缝受到影响，接缝密封性下降将会导致管片渗漏的情况发生。反力不足问题通常会在始发、到达掘进的阶段，在盾构机正面土压力较小时，前方提供的阻力就会大幅下降，当前方反力止水条无法满足盾构机所需压力时，就有可能因为反力不足而影响止水胶条的密封性，进而出现盾构管片渗漏水的情况。

4.2 盾构管片渗漏施工控制对策

4.2.1 同步注浆施工控制

在浆液性能控制期间，要确保浆液填充性、初凝时间、浆液稠度等参数满足地铁盾构需求，只有这样才能够让隧道管片与围岩共同组成具有一体性的构造物。为了保证注浆效果，盾构衬背的浆液配比需要专门开展动态管理，结合盾构期间的水质、地质、埋深等因素来完成对浆液性能的适当调整。合理调整浆液配比能够完成对地表沉降、管片稳定、防水能力的控制。在同步注浆期间，应该注意合理控制注浆时的压力、速度等参数。在该地铁工程项目中，管片在试验段探索出的最佳参数为0.2～0.3 MPa。与此同时，注浆期间还需要参考地下水压力、盾构管片强度等参数，若设定值存在异常，则有可能导致盾构管片损坏的情况发生，此时浆液会出现外溢的情况。在地铁盾构机推进的过程中，应该及时进行背后注浆作业，诸如要保证实现盾尾间隙全填充。由于背后注浆会受到土体渗透、超挖等因素所带来的影响，所以在确定注入量时，需要利用试验段来开展浆液注入试验，然后通过压力、注浆量的双重控制指标来进行多重控制，避免出现注浆异常的情况发生。除此之外，在同步注浆施工中，还需要针对生产、验收、入场等环节进行材料质量管理，避免劣质材料混入施工现场。在盾构管片同步注浆施工之前，应该注意针对同步注浆施工人员进行全面交底，监理人员则需要通过对所有施工环节进行精细化操作控制，以此来防止施工质量问题的发生。若在监理期间发现设备异常，则要在问题确认之后及时对材料进行更换处理，以此来保证盾构管片，满足地铁隧道的防水要求[1]。

4.2.2 地铁盾构机施工控制

在地铁盾构掘进过程中，线形管理就是通过测量系统来掌握盾构机的位置、姿态信息，然后通过将信息与设计轴线相对比，以此来找出盾构机在运行期间的偏差值，通过动态调整的方式来让盾构前进曲线尽量迎合设计轴线。盾构管片的结构特征决定管片安装时存在惯性，若盾构掘进轨迹曲度过大，就会在监理过程中发现盾构尾部轨迹与盾构管片轨迹相交，这样有可能导致管片难以正常安装，此时便只能够通过放松管片螺栓、添加垫片的方式来进行纠偏处理。需要注意的是，纠偏调整时要注意对纠偏量进行控制，避免因为一次纠偏过多而影响到地铁盾构工作的正常运行[2]。掘进参数作为控制盾构线路的核心，需要加强盾构掘进推力控制，通过控制推进千斤顶来保证盾构作业质量，避免盾构作业影响到盾构管片质量，进而出现渗漏水问题。盾构机如图1 所示。

图1 盾构机

4.2.3 盾构管片拼接施工控制

在盾构管片拼接之前，监理人员需要监督施工人员针对盾尾杂物进行处理，如果在处理期间发现渗漏水的情况，就需要通过补充盾尾油脂来进行止水，只有在无杂物且无积水的情况下才可以正常开展盾构管片安装。拼装期间要严格按照相关规范来开展拼装处理，监理人员要从施工细节着手，以此来控制拼装效果，避免施工人员为提高效率而出现不规范拼装。在升降千斤顶吊入盾构管片后，需要利用滑动、支护千斤顶来校正盾构管片位置。在开展拼装施工时，应该注意遵循由下往上的施工顺序，在利用拼装设备时，遥控装置在操作时不能使用高速按键进行作业，还应该针对按键力度、时间进行管控，避免因为操作速度过快而出现管片撞击的情况。在封顶作业开始前，要针对止水条进行润滑处理。盾构管片拼装全程都应该满足设计要求，通过严格控制拼装全流程来保证拼接质量。

若在施工阶段发现盾构管片存在上浮、侧移的情况，则应该注意加强注浆管理，并在同步注浆中对注浆压力、速度等参数进行控制，适当利用二次补浆能够促使浆液实现对管片、土体间隙的填充。在管片上浮、侧移后，可以通过管片吊装孔来补浆填充管片间隙。为了防止此类问题的发生，可以在盾构管片脱离盾尾后，通过针对下部浆液开展注水冲刷，并在上部加入具有速凝剂的浆液来进行盾构管片纠偏。