摘要：当今社会地铁修建已成为城市减少交通压力比较有效的方式之一。地铁盾构施工过程由于盾构机在施工时管片拼装、注浆、姿态纠偏等一系列的原因会导致成型管片出现破损、错台。本文根据合肥地铁部分标段实际情况，分析管片错台、破损原因，并总结出一系列防控措施。
关键词：盾构掘进；管片错台；管片破损；原因分析；防控探讨；黏土层
1、案例的工程概况分析
该区间隧道分为左右线两条隧道，隧道顶部埋深约15～24m，最小平面转弯半径为450m。区间纵断面按竖曲线设计为“V”形。隧道主要穿越<2-2>黏土层。区间隧道采用圆形预制钢筋混凝土管片结构，管片瓶装类型为错缝拼装，弧形螺栓连接，管片间防水采用阻燃型氯丁-酚醛橡胶条；管片之间要求嵌缝材料防水，故设计环、纵缝设嵌缝槽；螺孔与回填注浆孔设材质为遇水膨胀橡胶的密封圈防水。
2、管片错台、破损所产生的问题
管片拼装完成后的相邻环管片高低差或者同一环相邻片之间高低差称为管片错台，前者称为管片纵向错台，后者称为管片环向错台。管片在受力不均匀情况下会造成错台，当某点的管片承受应力超过了极限值后，管片发生相对位移甚至应力集中从而形成破损。管片错台、破损不仅影响隧道的外观质量，而且会产生其他问题。
2.1 增加施工成本，降低隧道感观
管片错台、破损严重会使工程质量感观不好，增加管片修补工程量，带来工程质量风险隐患，增加施工成本。
2.2 隧道渗漏
管片间止水弹性密封止水条生产材料为三元乙丙橡胶，每块管片止水槽内都粘贴一圈三元乙丙橡胶弹性密封垫。管片拼装后相邻管片同一位置橡胶弹性止水条相互挤压以起到止水作用。当管片之间所形成错台过大后，止水条之间的压密效果减弱，在地下水压较大以及破损至止水条下方的情况下必然造成管片渗漏水。
2.3 盾尾刷损坏
盾构施工过程当盾构纠偏有时会出现，盾尾没有间隙，即管片受到盾尾巨大压力，压力增大时摩擦力增大，对盾摩擦损伤增大，进而导致同步注浆液顺着盾尾损伤处漏浆，造成同步注浆无法进行和盾尾油脂浪费且没有效果，甚至出现隧道突水突泥、地面沉降、隧道坍塌等严重事故。
3、管片错台、破损原因分析
施工过程造成管片错台、破损的原因不止一方面，如工艺流程、人员、材料、机械等都有可能引起管片错台。下面对管片错台破损原因进行分析：
（1）管片拼装不规范
拼装管片成型质量取严重受影响于拼装手操作熟练程度及责任心，如盾尾下方的渣土、杂物的清理；拼装后盾尾后三环螺栓是否拧紧；管片拼装没有均匀摆布，螺栓难以插入以及封顶块强行插入或者封顶块两边缝隙过大；拼装速度过快，停的太急；管片内翻外翻不规范以；长期管片朝一个方向旋转拼装导致管片整体旋转最终导致单个管片受力点与设计不符。以上一系列管片拼装问题均会导致成型管片错台。
（2）注浆控制不当
同步注浆施工过程由于同步注浆液初凝时间过长或姿态纠偏时盾构司机通常会通过加快掘进速度以帮助姿态控制导致单日内绝境环数过多，则在较长范围内管片背面浆液未凝固浆液浮力作用效果明显。在当管片所受同步浆液浮力大于台车、管片自身重力时可造成管片连续错台、破损。同时在地面监测时地面沉降数据明显时可通过调整注浆量以及增加注浆压力来阻止地面沉降现象的进一步恶化。
为了预防管片背腔注浆不饱满导致隧道漏水，通常在隧道掘进一定距离后进行二次注浆。压力过大或者在封顶块处注浆很容易造成管片错台甚至破损。
因此同步注浆、二次注浆施工也影响着成型管片的错台破损。
（3）盾构机姿态控制不佳
由于盾构机导向系统问题，盾构司机操作不当，地质不确定因素导致盾构机姿态没有及时控制，使盾构机掘进偏移设计轴线过多，导致后续掘进过程需要进行姿态纠偏。纠偏时需要调整分区压力，则区压大的分区处管片受的应力大，整环管片受力不均导致发生侧向位移，此时拼装的管片与位移的管片接触面小而产生应力集中，导致管片边缘破碎。
（5）螺栓复紧不当
作业班组螺栓复紧没有在管片出盾尾以及出台车后进行螺栓复紧，没有养成螺栓复紧从封顶快开始的作业习惯以及扳手扭矩不足均可造成管片错台、破损。
（6）盾构机盾尾椭圆度不合格，导致盾尾刷处盾尾与管片之间没有间隙，管片受到径向压力，相邻管片发生位移甚至产生错台。
（7）管片吊装时操作不当、不够仔细，吊装过程磕磕碰碰而使管片细小裂纹，掘进过程管片受力后在裂纹处产生应力集中，同时破损处管片受力不均产生错台。
（8）管片本身强度不足以及钢筋保护层不满足设计要求等管片自身原因。
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（9）洞门封堵不够及时，使较长段距离管片四周没有浆液，受自身重力作用下垂使螺杆变形管片下降致使管片产生错台、破损。
（10）盾构接收时使用交接调姿态过急以及刀盘前方无土压盾构机约束减小不稳定，易产接受洞门处管片破损、错台。
4、管片错台以及破损的防控措施
（1）规范管片拼装程序
①管片拼装时确保盾尾下方无泥土与污水，检查管片侧面及盾尾间隙里是否有杂物杂物，若发现需清理后方可拼装，防止管片拼装后错台甚至漏水；
②管片拼装顺序为由下向上、左右交叉，最后拼装封顶块。拼装注意螺栓孔位置对正，便于螺栓穿插；
③不可收缩非管片安装位置的油缸。管片旋转、推送平缓，避免发生管片剧烈碰撞；
④为减少管片错台，脱离盾尾环及其后3环管片以及脱离台车的管片需螺栓复紧。
（2）加强注浆管理
①控制同步注浆质量，增加浆液稠度量测频率，通过现场试验确定同步浆液凝固时间。
②地面发生沉降达到预警值时需增加地面沉降观测平率，使增加注浆压力做到适可而止，减少不必要的管片错台破损所带来的损失。
③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，以及及时进行二次注浆并辅以水玻璃的环箍注浆以固定管片确保管片不上浮不错台、破损；
④加强对施工人员同步注浆以及二次注浆的监督。
（3）盾构姿态平稳控制
为了平稳的控制盾构机姿态，施工技术人员需经常复核管片姿态、盾构姿态以及导线点。盾构司机需熟练掌握盾构机每一性能的使用操作方法以及了解掘进所处地层和曲线参数。盾构机姿态纠偏应注意以下几点：
①盾构机围绕设计轴线呈蛇形前进，这样可以确保姿态纠偏更有效果，同时减少管片破损、错台率。
②通过分区油压调整、交接伸缩以及管片选型和土压仿形刀、超挖到的综合运用，以盾尾间隙控制为主，线型控制为辅为原则，尽量使盾构机掘进姿态平顺，避免盾构机姿态突变。
③注意滚动角的显示数据并根据盾构机的滚动角切换刀盘的转动方向；
④根据各段地质情况并与渣土核对后确认无误对各项掘进参数进行调整；
⑤在纠偏过程中速度以控制1~3cm/min，油缸尽量选择跟随状态选项避免单侧千斤顶受力过大对管片造成的破损；
⑥通过油缸行程、盾尾间隙以及法面选择合理的管片拼装点位，避免对盾构机姿态造成大的影响，而影响管片成型质量；
⑦盾构掘进时派专人观察盾尾管片错台、破损情况，并及时汇报盾构司机。
4、螺栓复紧落实到位
（1）作业班组在管片出盾尾前进行螺栓复紧以及管片出台车时后进行螺栓复紧。
（2）督促工人养成螺栓复紧从封顶快开始的作业习惯。
（3）经常检测施工扳手扭矩，确定工具是否满足生产要求。
5、管片吊装要有人监督，避免磕碰，破损管片及时退回。
6、盾尾焊接时需要多次调教椭圆度以及进行盾尾周长复核，禁止成型盾尾为扁鸭蛋形。
7、管片进场时随机抽查回弹管片强度以及检测管片保护层厚度。
8、洞门封堵需及时，封堵前需确保人员、机械、材料可以满足洞门封堵需求。
9、盾构接收时确保姿态良好，接收端十环管片需要采用管片拉紧装置。
结束语：
随着盾构施工技术的成熟，在人们对地铁交通需求越来越大的同时，对盾构施工质量要求也越来越高。由于地下环境复杂，盾构施工所遇到问题多种多样，因此在实际施工生产过程中发现管片错台、破损并不可怕，应积极主动去分析发现问题的原因，并采取有效的相应措施，以最大程度的减少管片错台、破损，确保地铁隧道工程安全、质量得到保证。
参考文献：
[1]钟志全著．盾构管片错台分析及措施．2006．09
[2]沈征难著．盾构掘进过程中隧道管片上浮原因分析及控制．2004．12
[3]秦建设，朱伟，陈剑著．盾构姿态控制引起管片错台及开裂问题研究．2004．10
论文作者:丁建华,李新星,金勤宇,杨云超
论文发表刊物:《基层建设》2019年第8期
论文发表时间:2019/6/19
标签：管片论文; 盾构论文; 螺栓论文; 姿态论文; 注浆论文; 隧道论文; 浆液论文; 《基层建设》2019年第8期论文;