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地铁盾构隧道施工中管片错台控制技术研究

发表时间：2020/8/19 来源：《基层建设》2020年第10期作者：余勇

[导读] 摘要：对地铁隧道管片错台来说，其属于盾构施工中发生次数比较频繁的一种质量缺陷，严重的错台会致使成型隧道发生渗漏情况，不但会对列车的顺利运行带来不利影响，还会影响到隧道的可靠性与安全性。

        武汉地铁运营有限公司
        摘要：对地铁隧道管片错台来说，其属于盾构施工中发生次数比较频繁的一种质量缺陷，严重的错台会致使成型隧道发生渗漏情况，不但会对列车的顺利运行带来不利影响，还会影响到隧道的可靠性与安全性。鉴于此，本文结合相关案例，对地铁盾构隧道施工中管片错台控制技术进行分析，旨在全面提高地铁盾构隧道施工质量。
        关键词：地铁盾构隧道施工；管片错台控制技术；同步注浆
        1工程概况
        针对某工程项目来说，其在进行地铁盾构施工期间主要是借助于土压平衡盾构机开展施工的，全长2816m且最大埋深为22.05m，最小平曲线半径为500m，最大纵坡为22.1%。不仅如此，隧道管片四周有很多土质，像粉质黏土、粗砂等，借助于惰性浆液开展同步注浆作业。标准环管片主要由以下几个部分一起构成：一是3块标准块（B）；二是2块邻接块（L）；三是1块封顶块（F），并将错缝拼装形式当作主要拼装手段。为了满足实际需求，此次施工还配有与之相匹配的左弯环（Z）以及右弯环（R），楔形量是38mm。
        2地铁盾构隧道施工中管片错台控制技术
        2.1管片选型
        在对管片进行选型期间，应当对以下几点予以高度重视：一是隧道线型；二是盾尾间隙；三是管片的上下左右超前量等，只有这样才能选择最为适宜的型号；在充分结合隧道曲线设计状况的基础上，应当对以下几点进行充分考虑：一是几环的盾构掘进姿态控制；二是管片选型问题。不仅如此，封顶块尽可能布置在隧道腰部上面，为管片拼装质量迎合相关要求创造有利条件。
        2.2盾构姿态
        在调节盾构姿态的过程中，相关工作者应当对盾构的趋势控制予以高度重视，尽可能降低“蛇形运动”情况出现的概率。一般而言，盾构姿态调节通常保持在5mm/环的范围内为宜，同时还要把盾构轴线以及隧道设计轴线偏差保持在合理的范围内。站在客观的立场出发来讲，因为隧道开挖卸荷会致使地基出现回弹的情况，管片不管是放置到粉质黏土还是放置在黄土状地质中均会发生上浮的情况，所以在进行盾构推进期间应当采取必要手段促使其盾尾垂直方向保持在-20mm的范围内，以此来降低管片日后的上浮量。相关工作者需要对区间线路的设计状况做到了如指掌，并在此基础上加大控制力度，特别是在盾构进入平曲线时亦或是进入到竖曲线时，需要充分结合曲线半径事先令盾构向指定的曲线进行靠拢，以便可以实现对盾构姿态的科学调节。
        2.3推进速度
        盾构推进期间，刀盘扭矩以及推进速度会呈现出正比例的状态，倘若推进速度过快很容易令刀盘扭矩日益提高，并且还会促使盾体振动幅度逐渐增加。结合相关实践调查可知，盾构推进油缸的推力反作用通常是在拼装成型的管片之上，并带动与之相匹配的几环管片加以摆动，这样就会在无形当中令管片产生相应的挤压力，继而增加管片损坏情况出现的概率。不管是针对粉质黏土还是黄土状土地质来说，在刀盘转速到指定位置之下，推进速度和刀盘扭矩以及管片错胎率的统计关系请看图1所示。对图1进行深度剖析后可知，在这一地层当中，相关工作者应当采取必要手段将盾构推进速度保持在45mm/min的范围内，同时还要保障刀盘扭矩保持在不大于1800kN•m的范围内，以此来降低管片错台情况出现的频率。

        图1 推进速度与刀盘扭矩和管片错台率关系
        2.4同步注浆
        对于同步注浆环节来说，浆液实现初凝会花费较多的时间，管片基于浮力作用之下会呈现出上浮趋势，继而增加管片错台情况出现的概率；倘若注浆压力过大，那么就会导致管片受到影响，继而增加错台现象发生的次数；所以这就要求相关工作者要结合不同的地层来对浆液配比加以调节，把浆液凝结时间保持在6～8h的范围内；采取有效措施确保注浆压力不小于土仓压力0.15～0.2MPa，在充分结合隧道埋深情况与地层沉降监测数据的基础上加以改进；采取针对性的手段保障充分的注浆量，在必要的情况下应当对离开盾尾的4～6环管片壁做好二次注浆工作，同时还要把没有填满的空隙都要填满，继而演变成与之相匹配的结构。
        2.5盾尾间隙
        针对直线段来说，相关工作者倘若采取转弯环来对盾尾间隙进行调节，在盾尾间隙弥补到预期值以后，那么这个时候就要对盾构姿态以及成型隧道测量数据之间的比较予以高度重视；如果发生偏差且偏差比较明显时，那么此时应当在第一时间采取相反的转弯环做好重新拼回工作，要不然为了令盾构姿态保持在可控范围之中，会导致盾构推进线路以及隧道设计轴线偏差现象越发突出，管片所受到的偏向力也会日益增加，继而加剧管片破损情况发生的概率。针对盾尾间隙来说，其具体内容如图2所示。

        图2 盾尾间隙示意图
        2.6推进系统各组油缸压力差值和行程差
        结合相关实践调查显示，因为推进系统各组油缸压力差值均存在着较大的区别，所以推进油缸作用在管片上的力依然处于不均衡的状态，盾体和隧道会演变成相应的折角，这样就会在无形当中致使管片受到严重的偏心力，继而增加错台破裂情况出现的概率。所以，推进油缸行程差基于直线地段禁止大于30mm，曲线地段也禁止大于50mm；与此同时，还应当采取必要手段保障铰接油缸行程要处在中位，目的是为了保障存在与之相匹配的浮动量；在实际推进期间，该系统每一个分组的油缸都在努力保持一致，目的是为了降低压力差值存在较大的区别；在指定的时间内对推进油缸系统加大巡查力度，以便可以令推进系统处于最佳状态；在充分结合不同地质优化推进参数的基础上，尽量降低刀盘结泥饼，并且还要借助于薄弱的推力开展推进工作。
        2.7拼装质量
        首先，相关工作者在拼装管片期间，应当对以下几点予以高度重视：一是拼装顺序是否正确；二是管片螺栓是否可自由穿插；三是拼装成型的管片是否满足盾构姿态调整方向；其次，一定要完全按照相关要求进行操作，尽可能令拼装成型的管片处于椭圆状态，确保拼装质量；最后，尽可能降低“拼大”亦或是“拼小”情况出现的概率，相关工作者在拼装第5块的过程中应当保障封顶块（F块）有合理的空间，要不然就会增加错台情况发生的概率。
        2.8管片螺栓
        针对管片螺栓紧固不到位来说，其通常与以下两点有关：一是没有对管片螺栓做好复紧工作；二是风炮力矩不够。相关人员在安装完管片之后需要进行第1次紧固，在进行推进期间管片离开盾尾的前期阶段，应当做好第2次复紧工作，离开盾尾后的若干个步骤后开展第3次复紧工作，目的是为了从源头上减少管片错台情况出现的概率。与此同时，还要对风炮做好相应的维护工作，力矩不够时应当对其加以更换，继而保障管片螺栓紧固时迎合充分的扭矩。
        2.9管片质量
        在生产管片的前期阶段，需要对管片生产模具尺寸加大检验力度，同时还要定期抽查已经生产完毕的管片，目的是为了确保每一个管片质量均满足相关要求；当管片被运输施工现场时，一定要具备合格证等相关证件，并对管片外观与强度做好相应的检查工作，以便可以从源头上降低不合格的管片混入其中。
        3 结语
        综上所述，如果想要全面提升地铁盾构隧道施工水平，则需要对以下几点予以高度重视：一是管片选型；二是盾构姿态；三是推进速度；四是同步注浆；五是盾尾间隙；六是推进系统各组油缸压力差值和行程差；七是拼装质量；八是管片螺栓；九是管片质量。
        参考文献：
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        [3]巫敏.浅谈双护盾TBM管片错台及应对措施[J].企业技术开发，2019，38（06）：58-61.
        [4]孙发平.盾构施工中管片错台成因分析及防治措施[J].四川水泥，2018（06）：294.