摘要：苏州轨道交通三号线汇~工盾构区间右线施工过程中，隧道管片拼装后，第85环~92环出现了管片错台、破损等病害。针对该病害，在分析隧道管片错台形成原因的基础上提出后期防控措施。原因分析表明：1）盾构在疏松地层、小半径曲线段、变坡竖曲线段掘进时易偏离轴线，需经常纠偏，导致盾尾挤压管片，且管片螺栓复紧不到位导致管片向线路外产生位移，形成错台。2）在纠偏过程中，“勤纠少纠”；加强螺栓复紧工作，采取定性加工扁钢拉紧处理；控制注浆量均匀包裹管片，使管片外空间密实等措施，从管片整体性、管片后密实等方面控制错台的形成。经30天整改施工，该区段隧道管片无新的错台点出现。施工方案可靠，错台整体质量良好。
关键词：盾构隧道；错台原因；扁钢拉紧
引言
随着我国城市基础设施建设的极速发展，地下空间开发规模逐渐扩大，盾构法隧道施工凭借其优越性被广泛应用于地铁建设[1-2]。在地铁隧道工程中，管片起到支护隧道、抵抗水土压力的作用，其稳定性受到高度重视[3]。在地铁施工中，由于地层条件、施工质量等原因，导致管片易出现错台、渗漏、裂纹、变形等问题，若这些问题得不到解决，将严重影响地铁隧道的使用寿命与运营安全。因此，保证隧道的平顺性、完整性及安全性已成为隧道施工的重要课题[4]。
图1 管片错台及该处渗漏水
国内一些学者在理论和工程实践上对隧道管片进行相应研究。叶飞、张海波、陈伟[5-7]等研究隧道管片施工阶段的受力特性及施工载荷对管片造成的影响，得出螺栓松弛效应将引起管片错台、接缝渗漏等问题和错缝安装管片较通缝安装受力性更好的结论。胡俊楠、韩银全[8-9]结合工程实践介绍了既有隧道管片加固技术，对不同病害给出加固方案。管片错台原因主要分三类：第一为管片在拼装过程中拼装手操作不当导致拼装完成形成错台。第二为隧道施工过程中，推力过大，推进过程偏心距过大，且管片复紧不到位，脱出盾尾后形成错台。第三为隧道建成后外界环境影响产生不均匀沉降。当隧道管片出现错台，研究管片错台形成原因，提出可靠稳定的预防措施，在工程实践中发挥越来越重要的作用。本文以苏州轨道交通三号线盾构施工过程中的具体问题为背景，通过现场实际测量与数据对比分析错台成因，并提出合理有效的施工方案，以期为今后类似工程提供参考。
1工程概况
苏州轨道交通三号线某隧道区间采用盾构法施工，隧道起始里程DK36+952.268，终止里程为DK35+473.597，区间长度为左线1480.544m（左线含1.855m长链），右线1478.689m。线路轨顶标高（-21.87）〜（-11.11m），结构覆土厚度9.12～19.8m。盾构区间穿越地层主要为③3粉土夹粉砂层、④2粉砂夹粉土层、⑤1粉质黏土层以及⑥1黏土层。联络通道及泵房开挖深度范围内的土层主要④2粉砂夹粉土层、⑤1粉质黏土层以及⑥1黏土层。线路平面有两处平曲线，曲线半径为400/410m。线路纵向坡度呈“V”字型坡。区间附属结构包含两处联络通道，其中一处兼泵房，放置在线路最低点附近，里程为右DK35+978.679。盾构隧道衬砌管片外径6200mm，内径5500mm，管片宽度1200mm，管片厚度300mm。管片采用错缝拼装，衬砌混凝土强度等级C50，抗渗等级P10。在盾构前期正常施工中发现，隧道第85环~92环出现了管片错台、破损等隧道病害。沿管片错台位置上方出现渗漏水现象，且此段线性不平顺，局部有破损现象，管片螺栓已变形，影响管片整体性（图1、2）。
图2 汇~工盾构区间地质剖面图
2隧道管片错台分析
2.1管片错台原因分析
2.1.1盾构施工原因
该盾构区间在出现错台点的85~92环区段内，地质疏松，竖曲线0~25‰变坡段，平曲线410m半径圆曲线上。该段掘进过程中出现盾构机磕头现象，且线性变化，盾构机姿态不易控制，需频繁调整姿态。盾构姿态调整主要表现为四种方式：盾尾间隙变化、掘进时油缸行程差、管片错位、盾构轴线偏离。
其中掘进时油缸行程差对隧道管片破损的影响尤为突出。盾尾密封刷在盾构主机最尾部，能够阻挡盾壳外部水、砂土进入盾壳内。一般情况下，密封刷对管片环产生绕管片一圈的均匀压力，这一压力很小，不会对管片结构造成任何影响。盾构在纠偏过程中，推进油缸产生行程差，铰接部分打开，盾尾需要偏转一定角度后才能与中盾同步，且收回过程缓慢，往往需要经过数环管片才能完全纠正。由于在纠偏过程中纠偏角未与偏离角相匹配（即推进油缸行程差控制不当），盾壳挤压管片（如图3），形成管片应力集中，当盾尾脱出时，造成管片破损与过载变形。
图3 盾构挤压管片示意图
2.1.2工程地质原因
由于盾构工法的特性，当盾尾脱离已拼装好的管片时会形成土体与管片的环状间隙（主要为盾尾管片拼装预留间隙、盾壳厚度、盾构推进时带走的部分粘附于盾壳上的土体），使土体处于无支护状态。在施工中一般采取盾尾同步注浆方式填补空隙。苏州地铁三号线汇~工区间该区段主要穿越粉土夹粉砂及粉砂夹粉土层，管片脱出盾尾后粉砂粉土层不稳定，同步注浆填筑不密实，导致管片背后存在错动空间。
隧道开挖至85环处时，上方覆土主要为粉土粉砂层，在盾构纠偏时，左边盾尾间隙增大，注浆不均匀；左侧浆液因间隙大出现漏浆，脱出盾尾背后空隙无法全部填充，存在管片位移空间，导致管片向左侧位移，形成错台。
3隧道管片错台预防措施
3.1隧道管片外侧预防措施
隧道管片外侧地质松散，发生不均匀沉降，存在未填充的空隙，在管片脱出盾尾后，受力不均匀，导致管片错动，形成的错台。对此，采取改善管片背后土体的稳定性预防错台形成。
调整同步注浆的分管流量：在右转段，加大左侧注浆流量，适当降低右侧的注浆流量。在同步注浆作业时加大该部位的盾尾油脂注入量，防止漏浆。反之亦然。
同步浆液调整：调整浆液流动性及初凝时间，保证浆液注入盾尾后能填充满因盾尾间隙、盾尾厚度、及被盾体带走的土体形成的背后空隙；调整初凝时间，使得管片在脱出盾尾后及时凝结，与隧道所处土层形成整体。
二次注浆及时跟进：在脱出盾尾5~7环后，及时二次注浆补强，使得管片后同步浆液未填充的空隙全部填筑密实，形成稳固结构。
在填筑及加固好管片与周边土体后。保证管片后密实，管片无位移空间，错台便处于可控状态。
3.2隧道管片内侧预防措施
为保证隧道的平顺性、完整性及安全性，针对本项目出现的错台提出具体预控方案，制定施工流程。整个加固施工过程分为稳固构件准备、构件安装、构件拆除、拆除后恢复三个阶段。如图4所示。
3.2.1构件预制
为保证管片内表面平顺，不出现错台，在拼装时采取预制构件与螺栓相连，使拼装完成的管片与前一环形成整体，连续如此作业后加强管片的整体性，管片外即便存在空隙，也能限制管片位移，达到控制错台的目的。
制作流程：①根据管片图纸，确定好扁钢长度，厚度；
②进行两端预弯处理，采取冷弯制作，最大程度保留钢带的原材性能；
③两侧螺栓孔位置开孔采用等离子切割机开孔；
④端部圆头处理，保证贴合管片螺栓孔；
④制作完成后检查尺寸合格后投入使用。
图4 管片错台预控施工流程
根据苏州地铁三号线汇~工区间所用盾构机的型号，加工约30环的用量，每环左右两侧各安装3处。现场共计加工100块，循环使用。预制构件如图5所示，具体尺寸为总长61cm，端部预弯10cm，开孔直径36mm；扁钢厚度为6mm，宽80mm。
图5 预制管片稳固构件
3.2.2预制构件安装阶段
在右线120环之后，进行环内扁钢安装施工（如图6），扁钢安装在环与环之间的螺栓上。使螺栓和扁钢形成整体，对管片连接处加强处理。
安装流程：①在管片拼装机将管片放置到位；
②将止水橡胶圈放至螺栓孔处；
③再用安装预制构件；
④穿管片螺杆，上螺母；
⑤紧固螺栓。
扁钢安装占用管片螺栓的垫片位置，安装存在一定难度，扁钢位置不对会导致螺杆穿不过去，扁钢尺寸问题会导致螺母拧不紧，还要保证在拼装阶段将橡胶止水圈安装到位，且安装位置在正左正右的位置安装，安装工人站位困难。在克服这些客观因素后，汇~工区间120以后的管片均采取了扁钢加固措施。后期120~300环错台均未超过8mm，现场整体错台得到了有效的控制。
图7 扁钢安装
3.2.3拆除及恢复
在管片外部措施施工结束后，参考施工监测数据，管片稳定后，方可拆除扁钢。外部二次注浆结束，且达到强度后，进行施工监测的测量，及时反馈现场，进行拆除作业。
拆除时，松动螺母，将螺栓取出，取下扁钢及橡胶止水圈，重新安装螺栓。对于橡胶止水圈失效或损坏的，更换新的止水圈，保证恢复到设计标准。恢复后照片如图8。
图8 拆除并恢复完成的螺栓控
结合同步注浆及管片外侧二次注浆补强，保证管片内（扁钢拉结），中（螺栓连接），外（浆液及土体稳固）形成整体，有效控制了管片错台的形成，对于因错台引起的升漏水，管片碎裂等都得到了有效的控制，保证隧道管片线性平顺、完整、安全。
4 结论与讨论
（1）盾构隧道管片错台应先确定错台形成原因，与现场盾构机姿态、线路线性、管片姿态、盾尾间隙等数据相结合，分析在后续施工中可能发生错台的位置，确定扁钢加固的区域，二次注浆的位置，同步注浆流量压力的调整。预防后期错台的形成。以减小因错台对管片圆度的影响与结构的破坏。
（2）本次隧道管片错台整治工期30天，完成了第120环～350环管片的错台预控，采取先管片内侧加固，后管片外侧稳固的措施，有效控制了错台的形成。后期管片外侧土体稳定稳固后，拆除扁钢，恢复螺栓连接。满足了设计及规范要求。经30天施工记录及监测，该区段隧道管片无新的错台点形成，总体质量良好，处于稳定状态。
（3）由于盾构姿态调整造成的管片错台，应在施工阶段尽量避免，保持良好的盾构姿态及盾尾间隙，加强螺栓复紧工作，是可以完全避免错台形成的。但在“小半径，大边坡，弱围岩”区段内掘进，姿态控制比较困难，姿态调整也经常发生，本文提出的扁钢拉结，有一定的可操作性，且效果明显，能针对性对某个部位进行加固，可为今后类似工程提供参考。
参考文献
[1]王梦恕. 中国铁路、隧道与地下空间发展概况[J]. 隧道建设,2010,04:351-364.(Wang Mengshu. An Overview of Development of Railways, Tunnels and Underground Work in China[J]. TUNNEL CONSTRUCTION, 2010,04:351-364.)
[2]何川,封坤,方勇. 盾构法修建地铁隧道的技术现状与展望[J]. 西南交通大学学报,2015,01:97-109.(He Chuan,Feng Kun,Fang Yong. Review and Prospects on Constructing Technologies of Metro Tunnels Using Shield Tunneling Method[J]. JOURNAL OF SOUTHWEST JIAOTONG UNIVERSITY, 2015,01:97-109.)
[3]李宇杰,何平,秦东平. 地铁盾构隧道管片受力分析[J]. 土木工程学报,2011,S2:131-134.(Li yujie,He Ping,Qin Dongping. Stress analysis of metro shield tunnel segment[J]. CHINA CIVIL ENGINEERING JOURNAL, 2011,S2:131-134.)
论文作者:王文恺,柴栋,程姿洋
论文发表刊物:《基层建设》2019年第16期
论文发表时间:2019/8/26
标签：管片论文; 盾构论文; 隧道论文; 螺栓论文; 扁钢论文; 注浆论文; 平顺论文; 《基层建设》2019年第16期论文;