浅析盾构小半径曲线段的管片错台控制

摘 要：随着社会市场经济的快速发展，现代化科学技术的不断进步，我国的交通运输随之呈现出逐步增长的发展趋势，其中盾构法施工因其具有掘进快速、施工安全以及对环境影响小等表现形式，目前已被广泛于城市地铁、公路、管廊以及深层隧道排水系统建设等多种工程的施工过程中。

关键词：盾构小半径 管片错台 质量控制

1、 管片错台原因分析

1.1 盾构掘进过程中引起的错台

掘进过程中，盾构机轴线与管片轴线不拟合时，盾构机推力会产生对管片的侧向分力，当侧向分力过大时会造成管片与上环管片之间的错台。此外，通常情况下，盾构机尾盾与管片间存在盾尾间隙，当盾构机掘进轴线与管片拼装轴线严重偏离时管片可能受到盾构机尾盾的挤压作用而产生错位，且在调整过程中会呈现连续错台情况。

（1）推力与油缸形成差过大

通过计算在小半径曲线段掘进过程中，假设推进过程中盾构姿态一直按照设计轴线进行推进，此时推进一环左右油缸行程差将增大27.27mm，而现场管片拼装转弯环所能达到的最大楔形量为36.14mm，从而可计算出为拟合设计轴线，管片的理论选型（以右转弯为例）右转：标准=3：1进行选型，且在4环拼装完成后左面油缸行程比右面大1mm，而在实际小半径曲线推进过程中盾构姿态不可能完全不差的拟合设计轴线，姿态的变化会导致盾尾间隙的变化，为保证盾尾间隙，从而可能造成管片选型的严重局限性，造成更大的油缸行程差。使管片姿态与盾构姿态不同步。

（2）姿态纠偏过急造成盾尾挤压管片

盾构机姿态调整伴随整个盾构掘进的过程，特别是在小半径曲线段掘进时实际转弯半径会小于O计转弯半径，盾构机基本会处于纠偏状态。在盾构机姿态偏离轴线时对盾构机姿态进行调整，纠偏量每环≯5mm。若纠偏过急，姿态调整过大，会造成盾构机姿态与管片姿态严重不协调。盾构机与管片形成较大的夹角，甚至造成盾构机盾尾接触、挤压管片使管片受到除盾构机推力的侧向分力外还有盾构机尾盾的挤压力。此时，管片受到的侧向力大与管片间的摩擦力与螺栓作用力之和引起管片位移，造成直接接触的管片的环向错台以及与上一环的管片间的径向错台。

1.2 管片拼装操作失误引起错台

管片拼装过程是控制管片错台至关重要的环节。管片拼装前盾尾渣土清理不彻底会造成拼装时无法保证管片与上一环管片内环面的平整度；管片拼装时没有均匀摆布，螺栓难以插入，造成螺栓紧固不到位，在管片脱出盾尾时由于管片自重以及受到盾构机推力的侧向分力使管片产生位移造成错台；管片拼装完成后，按规定应对脱出盾尾的管片进行螺栓复紧。在拼装完成后，盾构机油缸伸出顶压管片，此时管片间的螺栓作用力重新分布，有可能造成管片间的螺栓松动。在管片要脱出盾尾时若未对管片螺栓进行复紧，在管片脱出盾尾后由于管片自身的重力以及外部压力作用，可能使管片发生位移形成管片错台。

1.3 管片上浮或下沉引起错台

根据施工经验，在硬岩地层掘进时管片容易上浮；在软土地层掘进时，管片容易下沉。同时，同步注浆不均匀或同步注浆量过多（少），随着浆液的凝固也会造成型隧道产生上浮或下沉。成型隧道的部分管片向上或者向下位移，其他管片又因四周的相互作用力（螺栓作用力、管片间的摩擦力、外部挤压力）制约了它的错动，导致产生错位而形成的错台。

2、管片质量控制对策

2.1 盾构机掘进轴线、管片轴线、设计线路轴线尽量拟合

盾构掘进过程不可避免的会出现偏离设计轴线的情况。盾构机司机应根据地质情况动态控制盾构机推力及掘进速度，避免后续不良姿态引起的纠偏。当盾构机轴线偏离设计轴线，在纠偏过程中应保持盾构姿态不突变、运动轨迹尽量平顺，每环姿态调整量≯5mm；控制好油缸行程差不过大（50mm以内），当行程差过大时应通过管片选型来调整，管片楔形量不足以调整油缸行程差时应采取外部措施如在管片上粘贴橡胶纤维板增加管片楔形量；做好管片选型工作。在盾构推进过程中，应严格控制推进速度，尤其是小曲线转弯半径阶段，控制推进速度在3cm/min以内，一方面，要避免因推力过大导撑侧面压力过大，另一方面，要减小推进过程中对周边土体的扰动

2.2 加强对小半径曲线段的测量

在小曲线半径的转弯段，尽可能减少导线点的布置数量，而且还需要注意导线点的布设位置，不断加强对其保护，尽量避免外界因素与人为因素的破坏。除此之外，还应当依照实际工程的表现形式明确测量的频率。其中自动测量系统，它推进的自动测量时间为每2-3分钟为一次，且每班自动测量都需要进行复位工作。当然在 满足通视的前提条件下，可以减少转站次数，比如以本区间的小曲线半径段为例，通常情况下30环转站为一次。但是在考虑小转弯半径的实施过程中，由于注浆量与注浆质量可能无法较好的满足曲线外侧的承载强度，又或者是因为推进速度过快、地层影响等都会造成隧道整体曲线外侧切向出现位移的现象，因而，在小转弯的推进过程中，就需要预留一定的偏移量，尽量做到勤测量勤纠正，且环环都要纠偏。当然每一环都必须测量它的盾中、盾尾间隙以及超前量等，最终依照实际状况，随时随地调整盾构机与管片的姿态。

2.3 强化对管片自身的质量控制

加强管片生产和进场验收管理。对管片生产模具尺寸进行检验，对已生产的管片进行抽样检验其尺寸及强度是否满足规范要求，对已进场管片的尺寸及强度进行检验。杜绝有问题的管片进入隧道拼装。进场管片必须有合格证、质量证明文件，同时质检人员应严格管片外观及强度验收。严格控制管片的防水条种类、数量、质量。

2.4 严格控制好管片拼装质量

（1）提高施工人员拼装质量、责任意识，定期进行专业培训。

（2）拼装前必须清理盾尾拼装部位的污泥与污水，并清理干净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，在盾尾无杂物、无积水的情况下才能开始拼装管片；

（3）管片拼装时，严禁非管片安装位置的推进油缸与管片安装位置的推进油缸同时收缩。安装管片到位时，动作应平缓，避免撞击已定位管片。拼装过程中，必须严格控制管片拼装的垂直度、椭圆度及螺栓的拧紧力矩，避免出现横、竖鸭蛋，管片内翻、外翻等现象。

（4）拼装完成后，做好螺栓紧固及复紧工作，当管片脱离盾尾后，须对管片连接螺栓进行二次紧固，管片脱出盾尾5-10环后进行三次复紧或多次复紧。

2.5 同步注浆量、注浆质量与管片上浮与下沉的控制

（1）选择适当的同步注浆浆液。同步注浆浆液初凝越快，就能越早的抑制管片上浮。在浆液性能的选择上应该保证浆液的充填性、初凝时间与早期强度、限定范围防止流失（浆液稠度）的有机结合，才能保证隧道管片与围岩共同作用形成一体化的构造物。

（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，一般控制在30mm/min左右为宜，同时确保管片脱出盾尾时形成的空隙量与注浆量平衡，尽量避免壁后浆液被地层水稀释而降低浆液性能。

（3）跟踪盾尾及r二次注浆。当因为姿态控制和工期等原因不能降低掘进速度，而壁后同步注浆浆液又不能及时固结和稳定管片时，可根据施工经验在盾尾倒数第7～10环二次注浆，以使盾尾倒数7～10环以后的管片及时得到稳定，避免因管片上浮而造成的连续错台。

（4）注浆要饱满。壁后注浆不饱满时管片脱出盾尾后会因为自重等原因出现下沉，只有注浆饱满且及时凝固的情况下才能避免下沉的情况发生。一般注浆量应满足理论注浆量的150%～200%。

（5）注浆要均匀。盾构掘进时应进行同步注浆，同步注浆要求多个方向同时均匀注入并根据理论注浆量控制好注浆流量及注浆压力，防止单块（环）管片受力过大而造成与周边管片产生错位。曲线段掘进时不仅需要确保整体同步注浆量与注浆质量，更要加大曲线外侧的压浆量，并对其施工的空隙进行有效的填补，为有效的抑制因持续左转弯管片反力造成隧道右侧位移状况的出现，减少隧道偏移轴线的出现。

3、结语

综上所述，小半径曲线段盾构隧道工程管片错台质量问题，需从其自身的缺陷出发，分别从管片的选型、掘进的参数调整以及注浆参数的控制等多方面采取相对应的措施，以便更好的解决管片出现的质量问题，从而保证工程施工质量。

参考文献

[1]黄涛.盾构过小半径曲线段施工质量控制[J].隧道建设，2010（S1）：383-386.