盾構(gòu)施工襯砌管片質(zhì)量控制

1、論文摘要 盾構(gòu)施工技術(shù)在世界上的發(fā)展和應(yīng)用已有上百年的歷史，目前已經(jīng)成為一種國際上較為普遍的隧道工程施工方法。盾構(gòu)施工的優(yōu)劣主要集中在了隧道管片成型質(zhì)量上。其質(zhì)量問題出主要表現(xiàn)為管片錯臺、管片上浮、管片滲漏水等。因此本論文將從姿態(tài)控制、管片選型、注漿控制三個方面對管片成型質(zhì)量控制作出詳細的分析。 關(guān)鍵詞： 盾構(gòu)機 管片成型 質(zhì)量控制 姿態(tài)控制目 錄一、 盾構(gòu)施工襯砌管片拼裝簡介1（一）盾構(gòu)施工簡介1（二）管片拼裝簡介3二、 盾構(gòu)施工襯砌管片拼裝質(zhì)量問題及成因3（一）管片拼裝質(zhì)量問題31 管片錯臺32 開裂崩缺43 滲漏水4（二）管片拼裝質(zhì)量問題的成因61 管片錯臺原因分析62 管片開裂崩缺原因

2、分析63 管片滲漏水原因分析7三、 盾構(gòu)施工襯砌管片拼裝質(zhì)量問題控制方法8(一)盾構(gòu)機姿態(tài)的控制81 盾構(gòu)機姿態(tài)控制的一般細則92 不同地質(zhì)環(huán)境中盾構(gòu)機掘進姿態(tài)的控制技術(shù)10（二）管片選型的控制方法111 管片選型的原則112 管片選型133 影響管片選型的其他因素16（三）注漿控制方法17四、 結(jié)束語17五、 參考文獻：18盾構(gòu)施工襯砌管片質(zhì)量控制盾構(gòu)施工襯砌管片拼裝簡介（一）盾構(gòu)施工簡介盾構(gòu)施工法是使用盾構(gòu)機在地下掘進，在護盾的保護下，在機內(nèi)安全的進行開挖和襯砌作業(yè)，從而構(gòu)筑成隧道的施工方法。按照這個定義，盾構(gòu)施工法是由穩(wěn)定開挖面、盾構(gòu)機挖掘和襯砌三大部分組成。初期的盾構(gòu)法是用手掘式或機械

3、開挖式盾構(gòu)機，結(jié)合使用壓氣施工方法邊保證開挖面穩(wěn)定，邊進行開挖，在地下水較豐富的地區(qū)，用注漿法進行止漏，而對軟弱地層，則采用封閉式施工。經(jīng)過多年對盾構(gòu)技術(shù)的研究開發(fā)和應(yīng)用，已演變成現(xiàn)在非常盛行的泥水式和土壓式兩種盾構(gòu)機。這兩種機型的最大優(yōu)點是在開挖功能中考慮了穩(wěn)定開挖面的措施，將盾構(gòu)施工法中的三大要素的前兩者聯(lián)系融為一體，無需輔助施工措施，就能適應(yīng)地質(zhì)情況變化范圍較廣的地質(zhì)條件。盾構(gòu)的種類很多,基本上常見的分為兩種，即泥水式盾構(gòu)、土壓平衡式盾構(gòu)。泥水式盾構(gòu)在刀盤和隔壁之間形成泥水室，在主機上或地面上還有分離泥漿和碴土的設(shè)備。掘進時把泥漿壓入泥水室，泥漿在開挖面上形成不透水的泥膜，調(diào)節(jié)泥漿的壓力

4、可以控制作用在開挖面的支護力。刀盤旋轉(zhuǎn)切削下的碴土由循環(huán)的泥漿帶出，再通過泥漿分類設(shè)備分離出碴土。泥漿式盾構(gòu)適用的地質(zhì)范圍很大，從軟弱砂質(zhì)土到砂礫土都可使用，在工程中應(yīng)用較多 王暉 譚文 廣州地鐵三號線北延段盾構(gòu)隧道工程施工技術(shù)研究 人民交通出版社 2012年6月。土壓平衡式盾構(gòu)和復(fù)合式盾構(gòu)由刀盤和隔壁形成土倉，依靠土倉中的土壓力穩(wěn)定開挖面，在遇到不良地質(zhì)時復(fù)合式盾構(gòu)還可以用向土倉中加入泡沫、復(fù)合材料、膨潤土或壓縮空氣等輔助材料的方法改善碴土、穩(wěn)定開挖面和控制地下水過量滲出。掘進時土倉中的碴土由開口在隔壁上的螺旋輸送機排出，土倉中的壓力與推進速度，排土速度，輔助材料的使用量有關(guān)。復(fù)合式盾構(gòu)的應(yīng)

5、用面十分廣泛，從比較堅硬的巖層到軟弱的砂土層都可使用，更因為在開挖時可以向開挖面加入輔助材料，大大提高這種盾構(gòu)在富水地層中的適應(yīng)性。盾構(gòu)法施工的概貌如圖所示。在隧道的一端建造豎井或基坑，將盾構(gòu)安裝就位盾構(gòu)從豎井或基坑的墻壁開孔出發(fā)，在地層中沿著設(shè)計軸線，向另一豎井或基坑的孔壁推進。盾構(gòu)推進中所受到的地層阻力，通過盾構(gòu)千斤頂傳至盾構(gòu)尾部已經(jīng)拼裝好的襯砌管片上，再傳到豎井或基坑的后靠壁上。盾構(gòu)機是這種施工方法中主要的施工機具。2襯砌管片介紹:管片襯砌屬于一種裝配式隧道襯砌。它是由若干預(yù)制好的構(gòu)造塊在開挖出的地下空間內(nèi)拼裝成設(shè)計的隧道形狀，作為隧道的初期支護襯砌或直接成為隧道的最終結(jié)構(gòu)。盾構(gòu)法隧道襯

6、砌結(jié)構(gòu)式是由若干弧形的管片拼裝而成的，管片與管片之間由螺栓的方式連接。管片的分塊分布形式是由隧道直徑、結(jié)構(gòu)受力特性、防水效果以及拼裝工藝等諸多因素決定。管片拼裝是盾構(gòu)施工襯隧道砌主體，對隧道工程質(zhì)量至關(guān)重要，將影響到隧道的使用壽命及防水效果，所以對管片拼裝質(zhì)量控制十分關(guān)鍵，管片襯砌是盾構(gòu)施工最常用的襯砌方式。（二）管片拼裝簡介盾構(gòu)推進結(jié)束后，迅速拼裝管片成環(huán)。除特殊場合外，大都采取錯縫拼裝。在糾偏或急曲線施工的情況下，有時采用通縫拼裝。一般從下部的標準(A型)管片開始，依次左右兩側(cè)交替安裝標準管片，然后拼裝鄰接(B型)管片，最后安裝楔形(K型)管片。拼裝時，盾構(gòu)千斤頂?shù)氖湛s按照管片安裝的先后順

7、序進行安裝，連接管片螺栓，一環(huán)管片拼裝后，充分緊固軸向連接螺栓。盾構(gòu)繼續(xù)掘進后，在盾構(gòu)千斤頂推力、脫出盾尾后土(水)壓力的作用下襯砌產(chǎn)生變形，拼裝時緊固的連接螺栓會松弛。為此，待推進到千斤頂推力影響不到的位置后，用扭矩扳手等，再一次緊固連接螺栓。這樣，一環(huán)管片就順利的拼裝完成。隧道的成型受很多關(guān)鍵因素控制，尤其是管片拼裝，而管片的拼裝也是在有充分的準備下才能進行的。盾構(gòu)施工襯砌管片拼裝質(zhì)量問題及成因（一）管片拼裝質(zhì)量問題 管片拼裝問題主要常見以下三種情況：管片錯臺 管片錯臺是管片拼裝過程中出現(xiàn)最多的質(zhì)量問題。這包括管片拼裝后相鄰管片的徑向錯臺和相鄰環(huán)片環(huán)面錯臺。根據(jù)盾構(gòu)法隧道施工與驗收規(guī)范（含

8、條文說明） GB50446-2008管片拼裝質(zhì)量控制要求，地鐵隧道錯臺允許偏差：相鄰管片的徑向錯臺為5mm，相鄰環(huán)片環(huán)面錯臺6mm。管片錯臺不僅僅會影響成型隧道外觀質(zhì)量，還會引起管片崩缺破碎、滲漏水等連鎖質(zhì)量問題，嚴重了甚至會造成盾尾刷損壞，引起連續(xù)性盾尾漏漿，增加盾尾油脂損耗和管片拼裝前盾尾清理工作量，從而進一步影響后續(xù)管片拼裝質(zhì)量，產(chǎn)生質(zhì)量問題的惡性循環(huán)。開裂崩缺 管片開裂崩缺是管片在拼裝過程中或者拼裝完成后，各塊管片之間由于受力問題，導(dǎo)致管片表層混凝土開裂脫落的質(zhì)量問題。管片拼裝質(zhì)量控制要求 參見，鄒振輝，結(jié)合廣州地鐵談盾構(gòu)隧道質(zhì)量控制，山西建筑，2007年11月：管片不得有內(nèi)外貫穿裂縫

9、和寬度大于0.2mm的裂縫及混凝土剝落現(xiàn)象這包括我們能看到的內(nèi)弧面開裂崩缺，還有我們看不到的外弧面開裂崩缺。管片開裂崩缺對隧道產(chǎn)生的危害比較大,管片損壞后進行修補,修補后的防水性能比原始混凝土差,這樣在今后的使用過程中,管片最先損壞的應(yīng)該是這些以往受過損壞的部位,所以管片的損壞對永久結(jié)構(gòu)的使用壽命有一定的影響。下面兩幅圖是管片開裂和修補。滲漏水 管片滲漏水主要表現(xiàn)為裂紋滲水,封頂塊漏水,接縫漏水，螺栓孔漏水等。地鐵工程不同于普通地下工程，其使用壽命為100年，這就要求施工過程中嚴格控制管片滲漏水，保證隧道今后長時間的運營使用。根據(jù)要求 參見，鐘志全，盾構(gòu)管片錯臺分析及措施，建筑機械化，2006

10、年9月，地鐵區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)防水等級為二級，頂部不允許滲漏，其它不允許漏水，結(jié)構(gòu)表面允許有少量濕漬，總濕漬面積不大于總防水面積的6/1000；任意100防水面積上的濕漬不超過四處，單個濕漬最大面積不大于0.2。另外根據(jù)盾構(gòu)法隧道施工與驗收規(guī)范（含條文說明） GB50446-2008管片拼裝質(zhì)量控制要求：管片防水密封不得缺損，防水墊圈不得遺漏，螺栓擰緊度必須符合設(shè)計要求。以上兩圖是管片連接螺栓的螺母未擰緊和錯裝易導(dǎo)致滲漏水的實例。對于滲漏水的管片，采用了水泥加水玻璃雙液注漿進行堵漏如下。 （二）管片拼裝質(zhì)量問題的成因管片錯臺原因分析 （1）線路方面的原因 在小曲率半徑地段,易產(chǎn)生錯臺。主要是由于在轉(zhuǎn)

11、彎段推進千斤頂沿垂直隧道軸線方向的橫向分力引起錯臺。此類錯臺主要表現(xiàn)為左右方向錯臺,隧道腰部錯臺量最大。此外是管片擬合方面產(chǎn)生的幾何誤差,即用折線(管片)擬合曲線(線路)產(chǎn)生的誤差。 （2）管片上浮造成錯臺 由于盾尾內(nèi)的管片受到約束,而脫出盾尾的管片受到向上的浮力作用,管片環(huán)之間產(chǎn)生剪力作用而錯臺。此類錯臺主要表現(xiàn)為豎向錯臺,隧道頂部、拱部錯臺量最大。目前的錯臺主要屬于此類錯臺。 （3）注漿偏壓造成錯臺 在進行管片背后二次補注漿,當壓力過大時容易出現(xiàn)錯臺。國外曾經(jīng)出現(xiàn)過在對封頂塊進行管片背后二次補注漿時由于壓力失控導(dǎo)致封頂塊失落并傷人的事故。此類錯臺一般表現(xiàn)為局部管片塊的向隧道內(nèi)部錯臺。 （4

12、）其他原因造成錯臺 管片選型不當,掘進操作不當,急糾偏,盾構(gòu)姿態(tài)差等也會造成管片錯臺。管片開裂崩缺原因分析 （1）盾構(gòu)機方面的原因 盾構(gòu)機盾尾與管片外表面的間隙小管片環(huán)軸線與盾尾軸線稍有偏差,即產(chǎn)生盾尾對管片的擠壓、憋壓、拉刮等作用,易造成管片損壞。由于管片旋轉(zhuǎn)量積累，導(dǎo)致千斤頂?shù)姆植寂c管片塊接縫不匹配,出現(xiàn)千斤頂撐靴作用在接縫上(騎縫),易導(dǎo)致管片崩角。 （2）盾構(gòu)操作方面的問題 吊運和拼裝過程中的碰撞損壞,盾構(gòu)機姿態(tài)控制不好。如蛇行或盾構(gòu)機軸線與管片軸線偏差過大,各組推進千斤頂推力相差過大等。 （3）管片上浮方面的原因 隨著盾構(gòu)推進,管片環(huán)脫出盾尾后,立刻受到漿液或地下水浮力的作用要上浮,

13、而位于盾尾內(nèi)剛拼裝的管片則受到盾尾約束,使管狀的隧道結(jié)構(gòu)相當于懸臂梁,在盾尾附近的管片受到的彎矩最大,故管片的開裂往往在脫出盾尾后2環(huán)3環(huán)處出現(xiàn)的概率最大。 （4）管片環(huán)橢變造成裂縫 管片環(huán)橢變可由于自重作用、浮力作用、注漿偏壓等原因造成。硬巖段管片環(huán)橢變往往表現(xiàn)為“橫鴨蛋”式,即管片環(huán)上下發(fā)生變形。發(fā)生橢變后,管片環(huán)腰部受到負彎矩作用,管片內(nèi)弧面受壓,腰部縱縫相互擠壓而易出現(xiàn)崩角、崩邊以及螺栓孔拉裂等損壞;而管片底部、拱部受到正彎矩作用,管片內(nèi)弧面受拉,頂部、底部縱縫張開,接縫外側(cè)相互擠壓而易出現(xiàn)崩角、崩邊等損壞。由于頂部、底部接縫崩裂往往出現(xiàn)在接縫外側(cè),在隧道內(nèi)難以發(fā)現(xiàn),但此類裂縫對管片止

14、水效果影響大,易產(chǎn)生漏水。（5）管片扭轉(zhuǎn) 管片扭轉(zhuǎn)后,會導(dǎo)致管片端部(千斤頂?shù)淖饔妹?的受壓區(qū)混凝土開裂或相鄰兩塊管片接縫處崩角破壞管片滲漏水原因分析 (1)管片本身質(zhì)量原因管片制作和養(yǎng)護過程中出現(xiàn)的質(zhì)量問題。 (2)管片壁后注漿防水壁后注漿實施的好與壞直接影響到隧道的施工質(zhì)量,注漿的好壞不僅影響地面沉降控制，事實上,注漿也是隧道的第一道防水防線,注漿不足,直接致使接縫防水和管片防水。 (3)施工原因盾構(gòu)與管片的姿態(tài)不好,影響到管片的拼裝質(zhì)量,造成管片間錯位,相鄰管片止水帶不能正常吻合壓緊,從而引起漏水;掘進過程中推力不均勻造成管片受力不均勻而產(chǎn)生裂紋、貫穿性斷裂等而滲漏水;在掘進困難時推力過

15、大也會造成管片產(chǎn)生裂紋而滲漏水;由于盾尾間隙不均勻,管片選型不當,造成間隙過小,使得在掘進過程中造成管片外壁被損壞導(dǎo)致止水條漏水。由于掘進行程不足或拼裝不當,導(dǎo)致封頂塊插入困難時止水條破壞而漏水;千斤頂撐靴在頂至管片時擺放不正,使得止水帶損壞而漏水,管片損壞、崩缺漏水。盾構(gòu)施工襯砌管片拼裝質(zhì)量問題控制方法盾構(gòu)施工中襯砌管片拼裝的質(zhì)量一定要高標準，確保萬無一失，盾構(gòu)的種類很多，配套使用的管片也不盡相同，但其掘進時姿態(tài)的控制和管片擬合選型的原理是基本相同的。其常見的控制方法有盾構(gòu)姿態(tài)控制、管片選型控制、注漿控制方法和其他控制方法。(一)盾構(gòu)機姿態(tài)的控制盾構(gòu)隧道施工中盾構(gòu)機的姿態(tài)控制包括機體滾轉(zhuǎn)控制

16、和前進方向的控制, 在掘進過程中, 盾構(gòu)機操作人員根據(jù)激光自動導(dǎo)向系統(tǒng)在電腦屏幕上顯示的數(shù)據(jù),通過合理選擇各分區(qū)千斤頂及刀盤轉(zhuǎn)向等來調(diào)整盾構(gòu)機的姿態(tài)。盾構(gòu)機姿態(tài)控制操作原則有兩條:機體滾角值應(yīng)適宜, 盾構(gòu)機滾角值太大, 盾構(gòu)機不能保持正確的姿態(tài), 影響管片的拼裝質(zhì)量, 此時, 可以通過反轉(zhuǎn)刀盤來減少滾角值。盾構(gòu)機的前進方向水平向右偏, 則需要提高右側(cè)千斤頂分區(qū)的推力; 反之, 則需要提高左側(cè)千斤頂分區(qū)的推力。如果盾構(gòu)機機頭向下偏, 則需要提高下部千斤頂分區(qū)的推力; 反之亦然。我們是通過VMT導(dǎo)向測量系統(tǒng)來判斷盾構(gòu)機左偏、右偏、抬頭或低頭，下圖是VMT系統(tǒng)導(dǎo)向圖：VMT中SLS-T使用的三種不同

17、的坐標系統(tǒng)：(1)總/全局坐標系統(tǒng)：此系統(tǒng)用于計算所有固定點的三維坐標，此系統(tǒng)所需的資料由地面?zhèn)鹘oSLS-T，DTA包括數(shù)據(jù)、全站儀和參考點的坐標等。(2)主機坐標系統(tǒng)：此系統(tǒng)計算主機傳感器和棱鏡的設(shè)置尺寸、主機內(nèi)控制點和參考點。這些數(shù)據(jù)已有VMT在制造主機時精確測定。(3)DTA坐標系統(tǒng)：此系統(tǒng)將顯示主機的里程和前后參考點的偏差。此系統(tǒng)中主機坐標的確定是SLS-T的主要目的。對掘進控制而言我們最關(guān)心的是盾構(gòu)主機相對DTA的偏離位置，因而最多的應(yīng)用到DTA坐標系統(tǒng)。DTA坐標系統(tǒng)以垂直于DTA的水平方向為橫軸，以豎直方向為豎軸，以沿DTA的方向為縱軸，描述主機前后參考點的位置。盾構(gòu)機姿態(tài)控制的

18、一般細則一般情況下, 盾構(gòu)機的方向糾偏應(yīng)控制在±20mm 以內(nèi), 在緩和曲線及圓曲線段, 盾構(gòu)機的方向糾偏應(yīng)控制在±30mm 以內(nèi)。盡量保持盾構(gòu)機軸線與隧道設(shè)計軸線平行, 否則, 可能會因為姿態(tài)不好而造成盾尾間隙過小和管片錯臺裂縫。當開挖面土體較均勻時, 盾構(gòu)機姿態(tài)控制比較容易, 一般情況下方向偏角控制在±5mm以內(nèi)。當開挖面內(nèi)的地層左、右軟硬不均而且又是處在曲線段時,盾構(gòu)機姿態(tài)控制比較困難。此時, 可降低掘進速度, 合理調(diào)節(jié)各分區(qū)的千斤頂推力, 有必要時可考慮在硬巖區(qū)使用超挖刀(備有超挖刀的盾構(gòu)機) 進行超挖。當盾構(gòu)機遇到上軟下硬土層時, 為防止盾構(gòu)機“抬頭”,

19、 要保持下俯姿態(tài); 反之, 則要保持上仰姿態(tài)。掘進時要注意上下兩端和左右兩側(cè)的千斤頂行程差不能相差太大, 一般控制在±20mm 以內(nèi)。在曲線段掘進時, 一般情況下根據(jù)曲線半徑的不同讓盾構(gòu)機向曲線內(nèi)側(cè)偏移一定量, 偏移量一般取10 30mm。在盾構(gòu)機姿態(tài)控制中, 推進油缸的行程控制是重點。對于1.5m寬的管片, 原則上行程控制在1700 1800mm 之間, 行程差控制在0 40mm 內(nèi), 行程過大, 則盾尾刷容易露出, 管片脫離盾尾較多, 變形較大; 行程差過大, 易使盾體與管片之間的夾角增大, 易造成管片的破損、錯臺。不同地質(zhì)環(huán)境中盾構(gòu)機掘進姿態(tài)的控制技術(shù)（1）淤泥質(zhì)土層中盾構(gòu)機掘

20、進姿態(tài)的控制 盾構(gòu)機在軟弱土層中掘進時, 由于地層自穩(wěn)性能極差, 為控制盾構(gòu)機水平和垂直偏差在允許范圍內(nèi), 避免盾構(gòu)機蛇形量過大造成對地層的過量擾動, 宜將盾構(gòu)機掘進速度控制在3040mm/min 之間, 刀盤轉(zhuǎn)速控制在1. 5r/min 左右。在該段地層中掘進時, 四組千斤頂推力應(yīng)較為均衡, 避免掘進過程中千斤頂行程差過大, 否則, 可能會造成推力軸線與管片中心軸線不在同一直線上。在掘進過程中應(yīng)根據(jù)實際情況加注一定量的添加劑,以保持出土順暢, 盡量保持盾構(gòu)機的連續(xù)掘進, 同時, 要嚴格控制同步注漿量, 以保證管背間隙被有效填充。（2）砂層中盾構(gòu)機掘進姿態(tài)的控制 盾構(gòu)機在全斷面富水砂層中掘進,

21、 由于含水砂層的自穩(wěn)性極差, 含水量大, 極易出現(xiàn)盾構(gòu)機“磕頭”現(xiàn)象, 同時, 在含水砂層中盾構(gòu)機也易出現(xiàn)上浮現(xiàn)象。為避免盾構(gòu)機在含水砂層中掘進出現(xiàn)“磕頭”現(xiàn)象, 在推進過程中盾構(gòu)機應(yīng)保持向上抬頭的趨勢, 如果發(fā)現(xiàn)有“磕頭”趨勢,應(yīng)立即調(diào)節(jié)上下部壓力, 維持盾構(gòu)機向上的趨勢。為避免盾構(gòu)機在含水砂層中掘進出現(xiàn)上浮現(xiàn)象, 在盾構(gòu)機掘進時應(yīng)減小刀盤轉(zhuǎn)速, 減小對周圍砂層的擾動。若隧道埋深小于2/3 倍的盾構(gòu)機硐體直徑, 應(yīng)對含水砂層進行地質(zhì)改良、地面堆載等措施。（3）巖層層面起伏大的地層中盾構(gòu)機掘進姿態(tài)的控制 巖層層面起伏大會導(dǎo)致隧道開挖面內(nèi)的巖層出現(xiàn)軟硬不均。盾構(gòu)機在這種地層中掘進, 其盾構(gòu)機的姿

22、態(tài)控制難度大, 易產(chǎn)生盾構(gòu)機垂直方向上的過量蛇行, 造成管片錯臺及開裂。以上軟下硬地層為例, 在這類地質(zhì)條件下掘進, 盾構(gòu)機刀盤受力不均, 掘進速度不均衡, 這就要求在掘進過程中, 必須時刻觀察測量系統(tǒng)提供的盾構(gòu)機姿態(tài)數(shù)據(jù), 結(jié)合推進千斤頂和鉸接千斤頂?shù)男谐滩钪? 不斷地調(diào)整各分區(qū)千斤頂?shù)耐屏翱偼屏? 以保持盾構(gòu)機姿態(tài)的平穩(wěn)。如果不注意調(diào)整推進千斤頂?shù)男谐滩? 就會造成管片選型變化大, 甚至造成過小的盾尾間隙使管片不能順利脫出盾尾。因此, 在推進過程中不能單一的只注意測量系統(tǒng)所提供的盾構(gòu)機姿態(tài)來指導(dǎo)掘進, 還應(yīng)兼顧各分區(qū)千斤頂?shù)男谐滩?。?）全斷面硬巖地層中盾構(gòu)機掘進姿態(tài)的控制 全斷面硬巖地

23、層屬于均一巖層, 盾構(gòu)機在該類地層中掘進,其軸線姿態(tài)能較好地控制, 在掘進時保持各分區(qū)千斤頂推力均勻, 總推力和掘進速度均勻, 即可保持盾構(gòu)機較好的姿態(tài)。（5）開挖面地層的軟硬不均 盾構(gòu)主機有著向地層硬的部分偏移的特性，如果開挖面右側(cè)地層比較堅硬，則在掘進時盾構(gòu)主機會向右側(cè)偏移，這種現(xiàn)象超乎人的意料，但在施工中是確實存在的。只有當右側(cè)油缸的推力加大到一定程度時這種偏移才能糾正。盾構(gòu)主機有著一個復(fù)雜的龐大的控制系統(tǒng)，涉及到機械、電子電氣、液壓等很多學科，因此在掘進時如果沒有摸清主機的“脾氣” ，則控制起來會很困難。例如，各組推進油缸的推進壓力調(diào)節(jié)即使在軟硬均勻的地層中掘進也是不同的，而且調(diào)節(jié)起來

24、有的很敏感，有的很遲鈍，施工稍有疏忽主機便會跑偏，只有在充分熟悉機器的情況下才能達到較好的控制效果。（二）管片選型的控制方法管片選型的原則 管片選型的原則有兩個，第一：管片選型要適合隧道設(shè)計線路；第二：管片選型要適應(yīng)盾構(gòu)機的姿態(tài)。這兩者相輔相成。(1)管片選型要適合隧道設(shè)計線路 當一個盾構(gòu)工程開工之前，就要根據(jù)設(shè)計線路對管片作一個統(tǒng)籌安排，通常把這一步驟叫管片排版。通過管片排版，就基本了解了這段線路需要多少轉(zhuǎn)彎環(huán)（包括左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎），多少標準環(huán)，曲線段上標準環(huán)與轉(zhuǎn)彎環(huán)的布置方式?，F(xiàn)根據(jù)廣州地鐵四號線琶大區(qū)間的情況簡要介紹一下管片排版。廣州地鐵四號線琶大區(qū)間，分布三組圓曲線，半徑分別為450米

25、、800米、豎曲線3000米。依照曲線的圓心角與轉(zhuǎn)彎環(huán)產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)角的關(guān)系，可以計算出區(qū)間線路曲線段的轉(zhuǎn)彎環(huán)與標準環(huán)的布置方式。標準環(huán)、轉(zhuǎn)彎環(huán)關(guān)系圖轉(zhuǎn)彎環(huán)偏轉(zhuǎn)角的計算公式:=2=2arctg/D 式中： 轉(zhuǎn)彎環(huán)的偏轉(zhuǎn)角 轉(zhuǎn)彎環(huán)的最大楔形量的一半 D管片直徑 將數(shù)據(jù)代入得出0.3629 根據(jù)圓心角的計算公式：180L/R 式中： L一段線路中心線的長度 R曲線半徑，取800m 而，將之代入，得出L5.067m 上式表明，在800m的圓曲線上，每隔5.067m要用一環(huán)轉(zhuǎn)彎環(huán)，廣州地鐵的管片長度為1.5m，就是說，在800m的圓曲線上，標準環(huán)與轉(zhuǎn)彎環(huán)的拼裝關(guān)系為2環(huán)標準環(huán)+1環(huán)轉(zhuǎn)彎環(huán)。以此類推，可以算

26、出R為450m、1500m的拼裝關(guān)系，結(jié)合線路就可以將管片大致排列出來。(每個盾構(gòu)司機都要清楚線路的變化情況，因為糾偏環(huán)使用最多是在緩和曲線到曲線之間，到曲線前就需提前安裝糾偏環(huán)進行線路調(diào)整，以減少進行曲線后發(fā)生糾偏過急現(xiàn)象)(2)管片選型要適應(yīng)盾構(gòu)機姿態(tài)管片是在盾尾內(nèi)拼裝，所以不可避免地受到盾構(gòu)機姿態(tài)的約制。管片平面應(yīng)盡量垂直于盾構(gòu)機軸線，也就是盾構(gòu)機的推進油缸能垂直地推在管片上，這樣可以使管片受力均勻，掘進時不會產(chǎn)生管片破損。同時也兼顧管片與盾尾之間地間隙，避免盾構(gòu)機與管片發(fā)生碰撞而損壞管片。在實際掘進過程中，盾構(gòu)機因為地質(zhì)不均、推力不均等原因，經(jīng)常要偏離隧道設(shè)計線路。所以當盾構(gòu)機偏離設(shè)計

27、線路或進行糾偏時，都要十分注意管片選型，避免發(fā)生重大事故。管片選型（1）根據(jù)管片的拼裝點位選型 轉(zhuǎn)彎環(huán)在實際拼裝過程中，可以根據(jù)不同的拼裝點位來控制不同方向上的偏移量。這里所說的拼裝點位是管片拼裝時K塊所在的位置。廣州地鐵四號線琶大區(qū)間的管片拼裝點位為在圓周上均勻分成10個點，即管片拼裝的10個點位，相鄰點位的旋轉(zhuǎn)角度為36度。由于是錯縫拼裝，所以相鄰兩塊管片的點位不能相差2的整數(shù)倍。一般情況下，本著有利于隧道防水的要求，都只使用上部5個點位。根據(jù)工程實際情況，選擇拼裝不同點位的轉(zhuǎn)彎環(huán)，就可以得到不同方向的楔形量（如左、右、上、下等）。下面是廣州地鐵四號線琶大區(qū)間的管片左轉(zhuǎn)彎環(huán)不同點位的楔形量

28、計算表： 上圖表示左轉(zhuǎn)彎楔形量計算表，右轉(zhuǎn)彎環(huán)的情況與左轉(zhuǎn)彎相反，這里就不再列舉。通過管片不同點位的拼裝，就可以實現(xiàn)隧道的調(diào)向。（2）根據(jù)盾尾間隙進行管片選型： 上圖為盾構(gòu)機與管片和推進油缸的關(guān)系圖，通常將盾尾與管片之間的間隙叫盾尾間隙。如果盾尾間隙過小，盾殼上的力直接作用在管片上，則盾構(gòu)機在掘進過程中盾尾將會與管片發(fā)生摩擦、碰撞。輕則增加盾構(gòu)機向前掘進的阻力，降低掘進速度，重則造成管片錯臺（在越三盾構(gòu)工程中，就是通過調(diào)整盾構(gòu)間隙，大大減少管片錯臺量），盾構(gòu)一邊間隙過小，另一邊相應(yīng)變大，這時盾尾尾刷密封效果降低，在注漿壓力作用下，水泥漿很容易滲漏出來，破環(huán)盾尾的密封效果。盾尾間隙是管片選型的一

29、個重要依據(jù)。如: 南京盾構(gòu)三標盾尾間隙為45mm，每次安裝管片之前，對管片的上、下、左、右四個位置進行測量。如發(fā)現(xiàn)有一方向上的盾尾間隙接近25mm時，就要用轉(zhuǎn)彎環(huán)對盾尾間隙進行調(diào)節(jié)（在盾構(gòu)掘進過程中，應(yīng)及時跟蹤盾尾間隙，發(fā)現(xiàn)盾尾間隙有變小趨勢，最好能通過千斤頂推力來調(diào)整間隙）。調(diào)整的基本原則是，哪邊的盾尾間隙過小，就選擇拼裝反方向的轉(zhuǎn)彎環(huán)。下面是在不同點位拼裝一環(huán)左轉(zhuǎn)彎環(huán)的盾尾間隙調(diào)整表： 右轉(zhuǎn)彎環(huán)盾尾間隙的調(diào)整量與上表相反，由上表可以看出，拼裝一環(huán)左轉(zhuǎn)彎環(huán)之后，左邊盾尾間隙將減小，右邊盾尾間隙將增大，同時通過拼裝不同的點位，還可以調(diào)節(jié)上、下方向的盾尾間隙。如此時盾構(gòu)機在進行直線段的掘進，則必

30、須注意在拼裝完一環(huán)左轉(zhuǎn)彎環(huán)后，選擇適當?shù)臅r機，再拼裝一環(huán)右轉(zhuǎn)彎環(huán)將之調(diào)整回來，否則左邊盾尾間隙將越來越小，直至盾尾于管片發(fā)生碰撞。如盾構(gòu)機處于曲線段，則應(yīng)根據(jù)線路的特點進行綜合考慮。（3）根據(jù)油缸行程差進行管片選型 盾構(gòu)機是依靠推進油缸頂推在管片上所產(chǎn)生的反力向前掘進的，我們把推進油缸按上、下、左、右四個方向分成四組。而每一個掘進循環(huán)這四組油缸的行程的差值反應(yīng)了盾構(gòu)機與管片平面之間的空間關(guān)系，可以看出下一掘進循環(huán)盾尾間隙的變化趨勢。當管片平面不垂直于盾構(gòu)機軸線時，各組推進油缸的行程就會有差異，當這個差值過大時，推進油缸的推力就會在管片環(huán)的徑向產(chǎn)生較大的分力，從而影響已拼裝好的隧道管片以及掘進姿

31、態(tài)。同時也可以看出如果繼續(xù)拼裝標準環(huán)的話，下部的盾尾間隙將會進一步減小。通常我們以各組油缸行程的差值的大小來判斷是否應(yīng)該拼裝轉(zhuǎn)彎環(huán)，在兩個相反的方向上的行程差值超過40mm時，就應(yīng)該拼裝轉(zhuǎn)彎環(huán)進行糾偏，拼裝一環(huán)轉(zhuǎn)彎環(huán)對油缸行程的調(diào)整量見表1，也就是拼裝1環(huán)10點左轉(zhuǎn)彎環(huán)，可以使左、右兩組的油缸行程差縮小38mm。（4）根據(jù)盾構(gòu)間隙與油缸行程之間的關(guān)系選型：在進行管片選型的時候，既要考慮盾尾間隙，又要考慮油缸行程的差值。而油缸行程的差值更能反映盾構(gòu)機與管片平面的空間關(guān)系，通常情況下應(yīng)把油缸行程的差值作為管片選型的主要依據(jù)，只有在盾尾間隙接近于警戒值（25mm）時，才根據(jù)盾尾間隙進行管片選型。影響

32、管片選型的其他因素（1）鉸接油缸行程的差值：目前地鐵盾構(gòu)工程中大多采用的是鉸接式盾構(gòu)機，即盾構(gòu)機不是一個整體，而是在盾構(gòu)機中體與盾尾之間采用鉸接油缸進行連接，鉸接油缸可以收放，這樣就更加有利于盾構(gòu)機在曲線段的掘進及盾構(gòu)機的糾偏。鉸接油缸利用位移傳感器將上、下、左、右四個方向的行程顯示在顯示屏上，當鉸接油缸的上下或左右的行程差值較大時，盾構(gòu)機中體與盾尾之間產(chǎn)生一個角度，這將影響到油缸行程差的準確性。這時應(yīng)當將上下或左右的行程差值減去上下或左右的鉸接油缸行程的差值，最后的結(jié)果作為管片選型的依據(jù)。（海瑞克盾構(gòu)鉸接油缸有三種模式，鎖、收和自由放開，當盾構(gòu)在直線上，盾構(gòu)姿態(tài)很好，可以使用鎖定模式，當在曲

33、線上，應(yīng)把鉸接油缸自由放開，當顯示鉸接油缸行程差較大或使用大于2/3行程后，應(yīng)通過針對性收模式來調(diào)整行程差）（2）盾構(gòu)機掘進：盾構(gòu)機應(yīng)盡量根據(jù)設(shè)計線路進行掘進，避免產(chǎn)生不必要的偏差，這樣基本可以根據(jù)管片排版進行管片拼裝，也有利于管片按計劃進行生產(chǎn)。如果盾構(gòu)機偏離設(shè)計線路，在糾偏過程中也不要過急，否則轉(zhuǎn)彎環(huán)管片的偏移量跟不上盾構(gòu)機的糾偏幅度，盾尾仍然會擠壞管片。盾構(gòu)掘進糾偏原則：蛇行修正應(yīng)以長距離慢慢修正，修正過急，盾構(gòu)蛇行將更加明顯，在直線推進的情況下，應(yīng)選取盾構(gòu)當前所在位置點與設(shè)計線上遠方的點作為直線，然后以這條線為新的基準進行線形管理，在曲線推進情況下，應(yīng)使盾構(gòu)當前所在位置點與遠方點的連線同設(shè)計的曲線相切（如：目前盾構(gòu)垂直方向處于-40，計劃控制在-20內(nèi)，每環(huán)糾偏宜控制在5mm變化內(nèi)，不宜超過10mm，那么應(yīng)至少4環(huán)才能把盾構(gòu)姿態(tài)調(diào)整到預(yù)設(shè)范圍內(nèi)）（三）注漿控制方法盾構(gòu)施工中另一大要素就是注漿，確保優(yōu)質(zhì)的注漿可以達到以下目的：減小地層損失所發(fā)生的變形，當盾尾脫離管片后，土體與管片之間存在著間隙，此時漿液迅速及時填充空隙，可彌補土層損失，從而減少地表的變形。提高隧道的抗?jié)B性能力，盾尾漿液凝固后，一般有一定的抗?jié)B性能，可作為對到的第一道止水防線，從而提高隧道的抗?jié)B性能。確保管片襯砌的早期穩(wěn)定，具備一定早期強度的漿液及時填充