盾構隧道管片上浮原因分析及應對措施 高偉

1、盾構隧道管片上浮原因分析及應對措施高偉摘要：襯砌管片上浮是盾構隧道施工過程中普遍存在的問題，一直困擾著盾構 隧道的施工。針對寧波地鐵3號線一期體育館站到明樓站區(qū)間盾構隧道施工過程 中出現(xiàn)的管片上浮問題，分析了盾構掘進過程中管片上浮的原因，并從地質條件、 注漿方法、漿液選擇、注漿參數(shù)控制、隧道上覆土、盾構姿態(tài)入手，提出了施工、 設計過程中控制襯砌管片上浮的對策和針對性措施，為盾構隧道的施工和設計提 供了參考。關鍵詞：盾構隧道管片；上浮原因分析；應對措施引言地鐵盾構掘進施工過程中，管片上浮問題比較突出，部分項目甚至嚴重到需 設置調坡以適合線路設計，造成了較大的工期及經(jīng)濟損失。為了確保地鐵隧洞線 型

2、滿足設計及保證工程質量，需將管片上浮位移量控制在規(guī)定的合理范圍內。盾 構掘進時管片的上浮主要是因為管片抗浮能力不足所引起，管片上浮問題受到多 種復雜因素的影響，包括水文地質、工程地質、掘進工法及工藝措施、管片構造、 管片后壓漿等。本文依托此項目的工程實例，從盾構工法特征、盾構作業(yè)姿態(tài)及 管片后壓漿等多方面著手，對管片上浮問題產(chǎn)生的原因進行了系統(tǒng)的分析及研究， 并采取針對性施工對策及措施，很好地控制了管片的上浮1。1管片上浮的危害隧道管片的局部上浮會帶來一系列連鎖反應：由于管片上浮直接影響成型 隧道的軸線偏差，并引起了襯砌結構侵入隧道的建筑限界；管片上浮會引起管 片間的錯臺，使縱向連接螺栓受剪，

3、出現(xiàn)管片裂縫，嚴重著會剪斷縱向連接螺栓， 影響結構安全；螺栓的剪斷或管片間出現(xiàn)裂縫和錯臺等，都可能破壞管片的防 水結構，進而引起滲漏。不及時補救，破壞程度蔓延，某些地層中可能出現(xiàn)嚴重 的管涌、流沙等事故；上覆土受土體自重和管片上浮力的影響，產(chǎn)生局部裂縫 或壓縮現(xiàn)象，嚴重者會出現(xiàn)貫通裂縫，如果地層不透水，加之上覆土也受到浮力 作用的影響，上覆荷載相應減小，無疑增加了隧道管片的上浮幅度；在同步注 漿的施工中，由管片上浮引發(fā)的上覆土裂縫會使?jié){液外流，注漿量也會明顯增加， 裂縫中水的補給會阻礙漿液凝固，更不利于上浮現(xiàn)象的改善；千斤頂頂在管片 上為盾構掘進提供所需的推力，如果局部管片上浮，將會導致盾構推

4、進施工時上 浮管片和臨近管片的偏心受力，管片內力重新分布，甚至會引發(fā)管片裂縫或更嚴 重的破壞；因局部管片上浮導致的縱向連接螺栓受到的剪力會傳輸給相鄰的管 片上，致使管片內力重新分布，而且同樣可能引發(fā)管片裂縫或更大的破壞。2盾構隧道管片上浮原因2.1有的隧道圍巖具有自穩(wěn)的性能，地層壓力不會對脫出盾尾后的襯砌環(huán)產(chǎn)生 太大的影響，若沒有水或未凝漿液的作用，上浮問題往往不會出現(xiàn)。如果處在富 水地層或使用惰性漿液同步注漿時，襯砌環(huán)將會出現(xiàn)嚴重的上浮問題，且這種現(xiàn) 象不會持續(xù)太長的時間。如果盾構機在含水地層掘進過程中，即盾構機掘進形成 的環(huán)形建筑空間在充滿水，或在充填環(huán)形建筑空隙漿液初凝時間很長的條件下，

5、 整個的隧道管片會浸泡在盾構掘進而成的圓形坑道之中，如果管片的重量達不 到管片所承受的浮力，管片就可能上浮。2.2壁后注漿壁后注漿的目的主要是：一是防止地層變形；二是確保管片的穩(wěn)定（位移變 形）和受力均勻；三是提高隧道的抗?jié)B性2。要達到上述目的，關鍵問題是選擇 的注漿漿液應滿足：1）必須具有充填性；2）應具有一定的和易性且離析少；3） 應及早凝固且有一定的早期強度，以抵抗變形對管片產(chǎn)生的不均勻壓力；4）漿 液硬化后的體積收縮率要小，滲透系數(shù)小，以便更好地固定管片；5）應有合適 的稠度，以便不被地下水稀釋，無公害，價格便宜。該區(qū)間盾構同步注漿采用惰 性漿液，其主要成分為砂、粉煤灰、膨潤土和水，這

6、類漿液24h強度很低，漿液 初凝時間長（大于12h），漿液在初凝前很容易被稀釋。因此，該區(qū)間盾構在自 穩(wěn)性較好的粉質黏土層掘進，上覆土體不會在短時間內發(fā)生沉降，致使管片脫出 盾尾后存在一定的空隙，而低強度、未初凝的惰性漿液無法對管片提供約束作用， 相反會使管片在漿液中浸泡，必然會產(chǎn)生管片上?。煌瑫r，在盾構機掘進振動和 隧道內電瓶車運行振動影響下，未凝固的漿液材料很可能被擠到隧道底部或地層 其他間隙，進一步加劇了隧道上浮。3盾構隧道管片上浮的應對措施3.1控制盾構姿態(tài)首先提高盾構操作水平，控制盾構栽頭”，盾構傾斜與隧道坡度差控制在2%。 以內。但是對于流塑性淤泥質地層，由于復合盾構的刀盤很重，施

7、工時有必要進 行地基加固，或掘進前將待安裝管片堆放在盾尾內等臨時壓重措施，以減小由于 盾構栽頭引起的上浮。3.2提高漿液早期抗剪強度漿液特性在實際工程中對控制管片上浮位移起到?jīng)Q定性作用，特別是在此工 程中，能有效地控制管片的上浮，當漿液的早期抗剪強度越高，觸變性越大，F(xiàn)j 越大，F(xiàn)n越大，抗浮能力越好。為了提高早期抗剪強度，可以通過降低粉煤灰和 增加黃砂含量來適當降低漿液的塌落度、稠度值及流動性；同時，也可以增加膨 潤土的含量來降低漿液的泌水率。3.3控制和調整盾構掘進參數(shù)與姿態(tài)盾構掘進時的姿態(tài)直接關系到土方開挖量，超挖現(xiàn)象越嚴重，盾尾管后空隙 就越大，上浮空間也就越大。所以必須控制好盾構機姿

8、態(tài)，盡可能地使其沿隧道 軸線作最小的蛇形運動，一有偏差就做最小、最精確的糾正。當發(fā)現(xiàn)盾構掘進中 軸線的平面位置和高程的允許偏差大于規(guī)范要求50mm時，應逐步進行糾偏，不 能過猛地糾正偏差，糾偏角度不得大于3mmm 1。同時，也要合理調整各個區(qū) 域千斤頂?shù)挠蛪?，避免局部油壓過大導致管片環(huán)面受力不均勻而加劇管片上浮的 趨勢。盾構機的掘進速度也應控制在3cmmin 1以內，防止因推進過快，管片 后漿液未及時凝固導致大面積上浮。在施工后期過程中，施工單位將單一硬性漿 液改為雙液瞬凝漿，同時，將盾構機姿態(tài)調整為中線以下，然后，保持盾構機姿 態(tài)一直以一個角度上揚推進。通過監(jiān)測其中部分管片上浮位移，最大上浮

9、量為 39mm，為原來管片上浮量最大值的一般，說明在采取相應措施之后，管片的上 浮得到有力的控制。3.4掘進速度控制因本項目的強、中風化泥質砂巖的圍巖較軟，正常情況下盾 構機的掘進速度很快，同步及二次注漿施工工序的作業(yè)時間短而忙亂，導致管片 與隧洞間空隙填充質量差，漿液不能及時提供仰止管片上浮所需的強度。故掘進 速度需與注漿速度相適宜，本項目經(jīng)過試驗，采取的推進速度不超過5cm/min， 以確保管片在脫出盾尾后不會因注漿作業(yè)滯后問題而產(chǎn)生不穩(wěn)定的位移3。結語文中通過對管片姿態(tài)變化的監(jiān)測與分析、歸納，探討了管片上浮的原因，并 從注漿漿液與注漿方法的選擇、盾構機姿態(tài)的控制及參數(shù)的選擇、考慮上覆土與 土層擾動、管片姿態(tài)的控制等方面給出了控制盾構管片上浮的措施，為今后類似 工程施工提供借鑒。在實踐中，應綜合考慮各種影響管片上浮的因素，及時對盾 構掘進參數(shù)進行動態(tài)優(yōu)化和調整，最大可能地控制管片在施工過程中的上浮，使 隧道軸線滿