中铁上海工程局城市轨道交通工程分公司 上海市 201900
摘要：衬砌管片上浮是盾构隧道施工过程中普遍存在的问题，一直困扰着盾构隧道的施工。针对宁波地铁3号线一期体育馆站到明楼站区间盾构隧道施工过程中出现的管片上浮问题，分析了盾构掘进过程中管片上浮的原因，并从地质条件、注浆方法、浆液选择、注浆参数控制、隧道上覆土、盾构姿态入手，提出了施工、设计过程中控制衬砌管片上浮的对策和针对性措施，为盾构隧道的施工和设计提供了参考。
关键词：盾构隧道管片；上浮原因分析；应对措施
引言
地铁盾构掘进施工过程中，管片上浮问题比较突出，部分项目甚至严重到需设置调坡以适合线路设计，造成了较大的工期及经济损失。为了确保地铁隧洞线型满足设计及保证工程质量，需将管片上浮位移量控制在规定的合理范围内。盾构掘进时管片的上浮主要是因为管片抗浮能力不足所引起，管片上浮问题受到多种复杂因素的影响，包括水文地质、工程地质、掘进工法及工艺措施、管片构造、管片后压浆等。本文依托此项目的工程实例，从盾构工法特征、盾构作业姿态及管片后压浆等多方面着手，对管片上浮问题产生的原因进行了系统的分析及研究，并采取针对性施工对策及措施，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会带来一系列连锁反应：①由于管片上浮直接影响成型隧道的轴线偏差，并引起了衬砌结构侵入隧道的建筑限界；②管片上浮会引起管片间的错台，使纵向连接螺栓受剪，出现管片裂缝，严重着会剪断纵向连接螺栓，影响结构安全；③螺栓的剪断或管片间出现裂缝和错台等，都可能破坏管片的防水结构，进而引起渗漏。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆不及时补救，破坏程度蔓延，某些地层中可能出现严重的管涌、流沙等事故；④上覆土受土体自重和管片上浮力的影响，产生局部裂缝或压缩现象，严重者会出现贯通裂缝，如果地层不透水，加之上覆土也受到浮力作用的影响，上覆荷载相应减小，无疑增加了隧道管片的上浮幅度；⑤在同步注浆的施工中，由管片上浮引发的上覆土裂缝会使浆液外流，注浆量也会明显增加，裂缝中水的补给会阻碍浆液凝固，更不利于上浮现象的改善；⑥千斤顶顶在管片上为盾构掘进提供所需的推力，如果局部管片上浮，将会导致盾构推进施工时上浮管片和临近管片的偏心受力，管片内力重新分布，甚至会引发管片裂缝或更严重的破坏；⑦因局部管片上浮导致的纵向连接螺栓受到的剪力会传输给相邻的管片上，致使管片内力重新分布，而且同样可能引发管片裂缝或更大的破坏。
2盾构隧道管片上浮原因
2.1有的隧道围岩具有自稳的性能，地层压力不会对脱出盾尾后的衬砌环产生太大的影响，若没有水或未凝浆液的作用，上浮问题往往不会出现。如果处在富水地层或使用惰性浆液同步注浆时，衬砌环将会出现严重的上浮问题，且这种现象不会持续太长的时间。如果盾构机在含水地层掘进过程中，即盾构机掘进形成的环形建筑空间在充满水，或在充填环形建筑空隙浆液初凝时间很长的条件下，整个的隧道管片会浸泡在盾构掘进而成的“圆形坑道”之中，如果管片的重量达不到管片所承受的浮力，管片就可能上浮。
2.2壁后注浆
壁后注浆的目的主要是：一是防止地层变形；二是确保管片的稳定（位移变形）和受力均匀；三是提高隧道的抗渗性[2]。要达到上述目的，关键问题是选择的注浆浆液应满足：1）必须具有充填性；2）应具有一定的和易性且离析少；3）应及早凝固且有一定的早期强度，以抵抗变形对管片产生的不均匀压力；4）浆液硬化后的体积收缩率要小，渗透系数小，以便更好地固定管片；5）应有合适的稠度，以便不被地下水稀释，无公害，价格便宜。该区间盾构同步注浆采用惰性浆液，其主要成分为砂、粉煤灰、膨润土和水，这类浆液24h强度很低，浆液初凝时间长（大于12h），浆液在初凝前很容易被稀释。因此，该区间盾构在自稳性较好的粉质黏土层掘进，上覆土体不会在短时间内发生沉降，致使管片脱出盾尾后存在一定的空隙，而低强度、未初凝的惰性浆液无法对管片提供约束作用，相反会使管片在浆液中浸泡，必然会产生管片上浮；同时，在盾构机掘进振动和隧道内电瓶车运行振动影响下，未凝固的浆液材料很可能被挤到隧道底部或地层其他间隙，进一步加剧了隧道上浮。
3盾构隧道管片上浮的应对措施
3.1控制盾构姿态
首先提高盾构操作水平，控制盾构“栽头”，盾构倾斜与隧道坡度差控制在2‰以内。但是对于流塑性淤泥质地层，由于复合盾构的刀盘很重，施工时有必要进行地基加固，或掘进前将待安装管片堆放在盾尾内等临时压重措施，以减小由于盾构“栽头”引起的上浮。
3.2提高浆液早期抗剪强度
浆液特性在实际工程中对控制管片上浮位移起到决定性作用，特别是在此工程中，能有效地控制管片的上浮，当浆液的早期抗剪强度越高，触变性越大，Fj越大，Fn越大，抗浮能力越好。为了提高早期抗剪强度，可以通过降低粉煤灰和增加黄砂含量来适当降低浆液的塌落度、稠度值及流动性；同时，也可以增加膨润土的含量来降低浆液的泌水率。
3.3控制和调整盾构掘进参数与姿态
盾构掘进时的姿态直接关系到土方开挖量，超挖现象越严重，盾尾管后空隙就越大，上浮空间也就越大。所以必须控制好盾构机姿态，尽可能地使其沿隧道轴线作最小的蛇形运动，一有偏差就做最小、最精确的纠正。当发现盾构掘进中轴线的平面位置和高程的允许偏差大于规范要求50mm时，应逐步进行纠偏，不能过猛地纠正偏差，纠偏角度不得大于3mm•m－1。同时，也要合理调整各个区域千斤顶的油压，避免局部油压过大导致管片环面受力不均匀而加剧管片上浮的趋势。盾构机的掘进速度也应控制在3cm•min－1以内，防止因推进过快，管片后浆液未及时凝固导致大面积上浮。在施工后期过程中，施工单位将单一硬性浆液改为双液瞬凝浆，同时，将盾构机姿态调整为中线以下，然后，保持盾构机姿态一直以一个角度上扬推进。通过监测其中部分管片上浮位移，最大上浮量为39mm，为原来管片上浮量最大值的一般，说明在采取相应措施之后，管片的上浮得到有力的控制。
3.4掘进速度控制因本项目的强、中风化泥质砂岩的围岩较软，正常情况下盾构机的掘进速度很快，同步及二次注浆施工工序的作业时间短而忙乱，导致管片与隧洞间空隙填充质量差，浆液不能及时提供仰止管片上浮所需的强度。故掘进速度需与注浆速度相适宜，本项目经过试验，采取的推进速度不超过5cm/min，以确保管片在脱出盾尾后不会因注浆作业滞后问题而产生不稳定的位移[3]。
结语
文中通过对管片姿态变化的监测与分析、归纳，探讨了管片上浮的原因，并从注浆浆液与注浆方法的选择、盾构机姿态的控制及参数的选择、考虑上覆土与土层扰动、管片姿态的控制等方面给出了控制盾构管片上浮的措施，为今后类似工程施工提供借鉴。在实践中，应综合考虑各种影响管片上浮的因素，及时对盾构掘进参数进行动态优化和调整，最大可能地控制管片在施工过程中的上浮，使隧道轴线满足设计规范要求。
参考文献：
[1]叶慷慨.盾构隧道管片位移分析[J].隧道建设，2015，23（5）：8-10.
[2]朱建春，李乐.北京地铁盾构同步注浆及其材料研究[J].建筑机械化，2016（11）：26-29.
[3]竺维彬，鞠世健.复合地层中的盾构施工技术[M].北京：中国科学技术出版社，2016：150-180.
论文作者:高伟
论文发表刊物:《基层建设》2018年第7期
论文发表时间:2018/5/24
标签：管片论文; 盾构论文; 浆液论文; 隧道论文; 注浆论文; 姿态论文; 裂缝论文; 《基层建设》2018年第7期论文;