盾构隧道管片开裂原因分析及应对措施.docx

彭 飞，田文杰

(北京长城贝尔芬格伯格建筑工程有限公司，100028 北京)

摘要：广州地铁3号线北延某标段盾构施工中，多次出现管片碎裂情况，经统计分析，碎裂类型可分为管片崩角、崩边破损，短边通长破损和螺栓孔位置破损三类。根据管片破损类型，分析其形成原因。主要有操作人员操作不当和掘进参数控制不当。因此，提高施工中操作人员的熟练程度，加强掘进过程中对参数的控制管理，可以避免或减少管片破损。

广州地铁3号线北延某标段盾构施工中，多次出现管片碎裂情况，经统计分析，碎裂类型分为三类，以下分析每～ 类管片破裂原因，并提出相应防治措施。

l 管片崩角、崩边破损

管片崩角、崩边出现位置无明显规律(图1)，该类破损面积较小、深度浅，一般不会造成漏水，易修补，因此危害较小。

1．1 原因分析

盾构隧道管片为钢筋混凝土结构，其开裂主要由受力不均或受力过大造成。在施工过程中，管片的受力状态与设计不完全一致。盾构机掘进过程中管片承受着千斤顶顶力、盾尾密封刷作用力和衬砌背后注浆压力等。在这些荷载的相互作用下，盾构管片出现了不同的受力特征。通过分析，总结了造成管片出现上述开裂现象的原因有如下几种。

1．1．1 管片环面不平整

造成管片环面不平整的主要原因有：管片制作精收稿日期：2009—08—22

作者简介：彭飞(1978一)，男(满族)，辽宁凌海人，北京长城贝尔芬格伯格

建筑工程有限公司，广州地铁3号线北延段施工6标副总工程师．北京

市朝阳区两坝河南路1号金泰大厦16层，

图1 管片崩角、崩边破损位置不慈

(a)布置图一；(b)布置图二；(c)破损位置展开图

度存在误差，管片纠偏时贴片不平整，盾构机推进时各区的千斤顶推力大小不等，管片之间的环缝压缩量不一致等。因管片环面不平整，盾构机千斤顶作用于管片上将产生较大的劈裂力矩而造成管片开裂。

1．1．2 千斤顸撑靴损坏或重心偏位

盾构机通过千斤顶作用于管片上向前掘进，在千- 1014· 建筑技术 第40卷斤顶与管片接触处设置撑靴以减小管片压力，撑靴损坏后管片局部压力增大造成管片损坏或出现裂缝。在盾构掘进过程中已拼装的管片中心线与盾构机本身的中心线重合为理想状态，但在实际施工中两条轴线存在偏差，造成管片偏心受压。

1．1．3 盾构机姿态控制与线路曲线段不匹配

管片是在盾构机尾部内进行拼装，拼装完成后隧道管片在盾构机内部的长度约2．3 m，管片外侧的空隙为5 cm，盾构机在曲线段掘进时盾构机的姿态变化与管片的姿态变化不一致，盾尾密封刷挤压管片造成开裂。

1．1．4 管理不严格

(1)掘进参数控制不当，千斤顶的选择未能兼顾管片走向，技术交底工作未能落实。

(2)管片拼装管理不严格，造成错台、管片接触不平顺。

(3)拼装前管片检查不充分，管片上存在污物。

1．2 防治措施

(1)盾构机在掘进时，注意加注泡沫剂，防止土仓内积“泥饼”而减小推进扭矩和总推力，同时应防止推进速度过快

(2)严格控制管片制作时的质量，减小管片的制作精度误差。在施工过程中保证贴片位置的准确性．盾构掘进完成后，检查上一环管片的环面平整度。

(3)检查千斤顶撑靴，出现损坏时应及时更换。

(4)盾构掘进时严格控制盾构机的姿态，特别在曲线段，盾构机应缓慢掘进以控制盾构机的每环纠偏量，防止盾构机轴线与隧道管片轴线间的夹角过大和管片四周盾尾间隙不均匀。

2 短边通长破损

该类破损比较严重，个别点出现漏水现象，修补施工较困难，通长破损的出现具有明显的规律性(图2)。

2．1 原因分析

(1)根据该类破损出现的特点，并结合施工期间出现的盾尾漏浆情况，总结出其发生的原因为管片壁后浆液流失，产生较大空隙，管环上半部壁后空隙部分可能未被完全填充或填充不对称。在此种情况下，管环在土体不均衡力作用下发生变形，垂直方向直径变小，两侧管片接缝处发生挤压，导致管片碎裂(图3)。

(2)注浆管理不当，出现漏浆后未及时进行二次注浆补强。

2．2 防治措施

(1)对盾尾刷进行检查、更换，重新涂抹盾尾油脂，防止漏浆。

 (2)加大注浆量，保证达到每环6m ，发现漏浆情况及时补浆，保证管片外与土体间的间隙填充饱满；

(3)检查盾尾油脂注入设备，并认真记录注入量，发现问题及时解决：

(4)选择注入率高、流动性好的油脂。

3 螺栓孑L位置破损

螺栓孔位置破损如图4所示。

3．1 原因分析

该类碎裂的产生主要是因为管片上浮，在不同地域的盾构施工中均可能出现该问题，具有一定的相似性．具体分析如下。

 (1)为保证盾构JIl~ lj掘进和管片拼装，盾构机的切削刀盘直径与隧道衬砌管片外径有一定的差值，管片脱出盾尾后。拱顶土体全部塌落到管片结构需要一个过程，如不及时填此空间，脱出盾尾的管片周围处于无约束的地下水包围状态，给管片的位移提供了条件。盾构隧道是空心的简体，在混凝土自重作用下有下沉趋势，但在全断面地下水压力作用下，防水性能优良的衬砌隧道则有上浮的趋势，因此造成管片相邻环间存在位移差，螺栓拖拉管片，导致螺栓孔位置出

现碎裂。

(2)盾构机的重量主要集中在前盾(切口环和支承环)，由盾尾至后配套台车间一段衬砌(约9～10环管片)基本无压载，管片脱出盾构后失去了约束，同时还受到周围土层的作用。土层作用可能是压力，也可

能是盾构出土造成地基卸载，地基回弹作用使管片上浮。

(3)隧道同步注浆浆液采用惰性浆液，其主要成分为砂、粉煤灰、膨润土和水，24 h强度很低(基本无强度)，在富水软土地层中，惰性浆液初凝时间长，浆液在初凝前容易被稀释，因此低强度浆液不仅无法对管片提供约束，相反提供了上浮力；另一方面，在盾构机掘进震动和隧道内电瓶车运动震动下，未凝固的浆液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。

(4)注浆参数控制不当，注浆部位、压力选择随

意；掘进管理不严格，未及时落实管片上浮控制措施。

3．2 防治措施

(1)选择适当的注浆浆液及方法。在含水软土地层中，解决管片上浮问题比较理想的注浆方法是盾构沿轴线掘进，注浆浆液完全充填施工间隙，并快速凝固形成早期强度，隧道与周围土体形成整体而达到稳定。因此，只有选择双液瞬凝性浆液f水泥浆液和水玻璃浆液)和同步注浆工艺，才能彻底解决管片上浮的问题。双液瞬凝性浆液因其时效特点在隧道位移控制上具有优势，但双液浆液随着温度变化，同种配合比的浆液化学凝胶时间因时而异，堵管故障极易发生。所以，应根

据管片上浮规律和盾构推进姿态的关系合理选择注浆孔位、注浆量和注浆压力。

(2)控制盾构机姿态。盾构机过量的蛇形运动必然造成频繁的纠偏， 纠偏的过程就是管片环面受力不均的过程。所以要求在掘进过程中控制好盾构机的姿态，尽可能使其沿隧道轴线作少量的蛇形运动。在本区间施工中应重点控制急曲线和大坡度转点，一要合理调整各区域千斤顶油压，各区千斤顶油压差不宜过大，与盾构中心线对称区域的千斤顶油压差应小于5MPa，其伸出长度差应小于8 cm；二要跟踪测量管片环面的变化，及时利用环面粘贴石棉橡胶板纠偏，粘贴时上下呈阶梯状分布。

(3)控制掘进速度。同步注浆过程中，如果浆液不能达到及时有效地固结和稳定管片的条件时，应适当控制盾构掘进速度，一般以缓推宜，推进速度不大于3 crn／min。以确保管片脱出盾尾时形成的空隙量与注浆量平衡．尽量避免注入的浆液被水稀释而减弱浆液性能。

(4)管片上浮后的处理。管片上浮后的处理比较难，一般在隧道底部打开注浆孔泄压，释放管片底部的注浆浆液，根据经验，此方法效果不理想，而且污染隧道。一旦发现管片上浮超限，应立即停止盾构掘

进．对已上浮的管片通过注浆孔进行二次注浆。注浆材料以瞬凝双液浆为宜，注浆应顺着隧道坡度方向，从隧道拱顶至两腰，最后压注拱底。打开拱底注浆孔无渗水时终止注浆，以防止盾构恢复掘进后管片继续上浮。

参考文献

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隧道技术，2004，41(6)：51．

[2] 黄威然，竺维彬．施工阶段盾构隧道漂移控制的研究[J]．现代隧

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