盾构施工管片错台分析和控制

彭刚

中铁港航局集团第三工程有限责任公司

摘要：管片错台不仅影响隧道的外观质量，而且还会引起隧道漏水、管片破裂和盾尾刷损坏等问题，对施工和运营的影响日益突显并直接影响到工程质量。防止管片此类伤害，对隧道的使用效果和延长隧道使用寿命都有积极作用。本文根据马来西亚吉隆坡MRT项目NORTHPORTOL—PASASINI区间盾构隧道施工为例，对管片错台的原因进行分析和总结，提出一些防治管片错台的相应措施。

关键词：盾构施工管片错台原因分析防治措施

1、工程概况

马来西亚吉隆坡MRT项目NORTHPORTOL—KLS—PASASINI（NORTHBOUND）区间隧道，采用中铁装备制造的直径6.67m的土压平衡式盾构机施工，隧道衬砌采用预制钢纤维混凝土管片，管片结构内轮廓直径为5.8m，外轮廓直径为6.35m，衬砌厚度为27.5cm，幅宽1.4m，每一环由8块组成，采用错缝拼装。本文就管片拼装施工中的错台问题进行探讨。

2、管片错台引起的问题

管片错台是指拼装完成后的同一环相邻片之间或者相邻环之间的尺寸偏差，前者称为环向错台，后者称为纵向错台。管片的错台一般是由于受力不均匀造成的，当某点的集中荷载超过了极限值后，导致管片的相对位移。

管片错台不仅影响隧道的外观质量，而且会引起以下更为严重的问题：

2.1管片渗漏水

管片止水采用橡胶止水带，每块管片侧面相同位置都有一圈橡胶止水带，通过相邻管片互相挤压使之间的橡胶止水带接触压密起到止水作用。橡胶止水带接触压密后宽度仅40mm左右，一般当管片错台超过15mm时，橡胶止水带之间的搭接就会不够严谨，在地下水压较大的情况下很容易造成管片渗漏水。

2.2管片破裂

盾构机的推进是靠千斤顶作用在管片上，依靠管片提供反力使盾构机向前推进，一旦刚拼装好的管片出现错台现象，就很容易导致相邻管片间产生应力集中现象，使管片边缘发生破裂、崩角等质量问题。

2.3盾尾刷损坏

由于盾尾壳体对管片有约束力，所以管片错台主要是脱出盾壳后才会产生。但管片环向形态具有一定的惯性，即在纵向连接螺栓的作用下，盾壳外的管片环向错台会导致盾壳内的管片环产生径向运动的趋势，造成盾尾与管片之间的间隙不均匀，从而易对盾尾刷产生挤压损坏，进而导致盾尾漏浆，这不仅给掘进、清理拼装工作面、管片拼装带来很大影响，而且直接影响同步注浆效果而造成管片移位错台，同时盾尾漏浆还会造成同步注浆浆液、盾尾油脂的大量消耗，以及地面沉降等问题。

3、管片错台的原因分析

在施工过程中引起管片错台的原因很多，如人员、设备、材料、工艺方法和地质环境等都有可能引起管片错台。下面就常见的几种引起管片错台的原因进行分析：

3.1管片拼装不规范

管片拼装是控制管片错台的重要环节，管片拼装手操作熟练程度及责任心直接影响管片拼装成型的质量。例如：管片拼装前盾尾的杂物没有清理干净；管片拼装没有均匀摆布，螺栓难以插入；管片拼装完成后、管片脱出盾尾后没有及时拧紧螺栓；封顶块强行插入；管片内翻外翻等不规范的拼装作业，都是导致管片错台不可忽视的直接因素。

3.2注浆控制不当

管片上浮有时可造成管片连续错台，尤其在地下水位较高和软弱地层中。由于地层较软，盾构司机通常会加快掘进速度以帮助姿态控制，而壁后注浆浆液往往因为初凝时间较长而产生大于管片自重的上浮力，此时如果没有及时采取有效防止隧道管片上浮的措施，管片就会发生连续的错台。

当管片脱出盾尾后，由于盾构在掘进过程中的超挖及理论间隙，使得管片与围岩间存在一定的环形间隙。施工中一般采用壁后注浆进行填充，注入的浆液既能起到抑制地表沉降作用，又能固定管片和防止管片漏水。但由于管片自重与所受到的浮力存在差值，当注入的浆液尚未凝固，不足以稳定管片时，管片在浮力的作用下有上浮的趋势。因此若注浆参数选择不当，如浆液凝固时间过长、注浆不饱满、注浆次序和压力选择不当时，就容易因浮力造成管片错台。

3.3盾构机姿态控制不佳

盾构机的掘进姿态控制是盾构施工技术的重难点，盾构机的姿态变化直接影响到盾尾间隙的变化。实际掘进时盾构机是围绕设计轴线呈蛇形前进，如果盾构机的姿态控制不好，盾构机的运动轨迹波动幅度过大，盾尾因急纠、猛纠而产生较大的径向位移，再加上管片形态的惯性作用，必然导致管片与盾尾之间的间隙不均匀，严重时某个方向无间隙。若盾尾间隙过小，盾尾的径向运动趋势将以力的形式通过盾尾刷传递给管片，造成管片拼装困难、迎水面被盾尾挤压导致错台现象，严重的会导致管片挤压刮坏、盾尾刷磨损变形等问题，进而产生管片渗漏水，盾尾漏浆等问题。

3.4管片法面与盾构掘进方向不垂直

在小半径曲线段掘进或盾构纠偏过急时，若管片楔形量不能满足转弯需求，会造成管片法面与盾构掘进方向不垂直。盾构机向前推进的推力通过千斤顶作用在刚拼好的管片衬砌横断面上，如果盾构掘进方向与管片法面之间不垂直，其作用于管片上的巨大反推力的径向分力将造成管片环缝错台。

4、管片错台的防治措施

4.1规范管片拼装程序

（1）管片拼装前先清理拼装位置的泥土与污水，并清理前一环管片迎水面与盾尾间隙中的杂物，如遇漏水现象及时补打盾尾油脂止水，在确保盾尾无杂物、无积水的情况下才能拼装管片；

（2）管片拼装应遵循由左右交叉、最后封顶块的顺序，运用管片安装微调装置，将待装的管片块与已安装管片块的内弧面调整到平顺相接，螺栓孔位置对正，螺栓穿插容易；

（3）管片拼装时，严禁收缩非管片安装位置的推进油缸。动作应平缓，避免与已定位管片发生碰撞；

（4）封顶块安装前对止水条进行润滑，安装时先径向插入，位置调整好后缓慢纵向顶推，严禁借用推进千斤顶强行顶推；

（5）在管片环脱离盾尾和脱离台车架后分别对连接螺栓再次紧固。

4.2加强注浆管理

（1）选择适当的同步注浆浆液。浆液初凝越快，就能越早的抑制管片上浮。

（2）适当控制掘进速度。如果壁后浆液不能及时固结和稳定管片，应适当控制盾构机掘进速度，同时确保管片脱出盾尾时形成的空隙量与注浆量平衡；

（3）同步注浆量不足或发生漏浆时应及时的进行盾尾及时二次注浆，确保注浆饱满。

4.3盾构姿态平稳控制

掘进时盾构机围绕设计轴线呈蛇形前进，姿态控制应做到勤纠、缓纠，千斤顶分组控制及铰接灵活运用等方式，以盾尾间隙控制为主，线型控制为辅。在隧道轴线控制在设计允许偏差范围内前提下，尽量使盾构机掘进轨迹保持平顺，避免盾构机姿态突变。当穿越特殊地段或小半径曲线掘进时，应及时进行技术交底。

盾构机掘进姿态调整与纠偏应掌握下面几个原则：

（1）在掘进过程中随时注意滚动角的变化,及时根据盾构机的滚动角值调整刀盘的转动方向；

（2）根据各段地质情况对各项掘进参数进行调整；

（3）在纠偏过程中,掘进速度要放慢,并且要注意避免纠偏时由于单侧千斤顶受力过大对管片造成的破损；

（4）选择合理的管片类型,避免对盾构机姿态造成过大的影响,而影响管片拼装质量；

（5）密切注意盾构机的姿态、管片的选型及盾尾的间隙等,盾尾与管片四周的间隙要均匀；

（6）当盾构机偏离设计轴线较大时,不得猛纠猛调,避免往相反方向纠偏过大。

4.4保持管片法面与盾构掘进方向垂直

在盾构施工过程中，应特别注意管片法面的调整，每环掘进完成后应及时量测管片法面并调整。盾构机姿态、管片姿态与隧道设计轴线相重合在实际施工中是不可能，要保持管片法面与盾构掘进方向垂直同样也是不可能，但及时对管片法面进行调整，使作用在管片上的反力的径向分力尽可能减小，进而有效减少、减小管片的环缝错台。

总之，每个工程都有其各自的特点，发生错台的原因也都不尽相同，因此在实际施工过程中发现管片错台时，及时分析发生错台的原因，并采取相应的有效措施，以控制管片错台，进而确保盾构隧道施工质量。

参考文献

1、陈馈、洪开荣、吴学松盾构施工技术2009.05

2、钟志全盾构管片错台分析及措施2006.09

3、张则忠盾构施工中管片错台的成因分析以及防治措施2007.03