分析隧道盾构管片破碎及防治

分析隧道盾构管片破碎及防治

聂军

粤水电轨道交通建设有限公司广东省广州市510000

摘要：随着城市的日益发展和扩大，城市交通拥挤问题也越来越突出。为了缓解交通拥挤的状况，城市交通纷纷向地下发展。地铁隧道建设一般采用盾构法施工为主。盾构法施工过程中往往因管片拼装操作、盾构机姿态与管片姿态不符、管片壁后二次注浆等原因，造成隧道出现破碎、开裂，而管片破碎、开裂不但会引起隧道渗水、漏浆，而且会影响到隧道的使用性能，因此管片的破碎、开裂控制是隧道施工过程中必须妥善处理的问题之一。本文主要通过某个城市的地铁盾构区间管片破损、开裂问题进行分析。

关键词：隧道施工；管片破碎；原因分析；防治

1、工程概况

某个城市的地铁盾构区间位于非机动车道下，总长度为3997.76m，衬砌管片总环数为3238环。隧道覆土厚度8.4m～24m，最大纵坡为25.325‰，最小纵坡为2‰。区间最小平曲线为R＝350m。

2、常见管片破碎发生部位

管片破碎现象一般在隧道衬砌的内外两侧均有发生。衬砌外侧，一般发生在管片与盾构机外壳的接触部位(以拱底块、标准块与邻接块接缝处、封顶块居多)；内侧一般发生在管片的角部（以标准块、邻接块和封顶块居多），管片中部少有发生。

3、管片破碎原因分析

造成管片破碎有多种原因，根据某区间施工中的实际情况，本监理部分析下来主要有以下几种：

（1）搬运和堆放时造成的破碎：在搬运、堆放过程中的碰磕，经常导致在碰磕位置处产生小块破裂。

（2）管片拼装操作

拼装时，由于管片环面之间及相邻两块管片间接触面达不到理想的平行状态，使得衬砌角部先受力而产生应力集中，导致管片角部破碎。

封顶块安装时，由于先行安装的5块管片圆度不够，两邻接块间的间隙太小，把封顶块强行顶入，导致封顶块及邻接块接缝处管片破碎。有时未按设计要求在其两侧涂刷润滑剂，亦会导致管片破碎，破碎部位发生在邻接块上部及封顶块两侧。

前一环环面不平整，块与块间有错位，导致下一环管片拼装时易产生破碎。

拼装时为抢进度，管片就位速度过快而产生碰磕，以及存在管片错缝时，易引起管片边角的破碎。

管片横鸭蛋

隧道衬砌共有六块管片组成，拼装成环后，衬砌的横向、竖向直径均有不同程度的偏差。一般衬砌拼装成环后，横向直径增大、竖向直径减小，俗称横鸭蛋。当管片拼装成环后其直径为设计直径时，管片纵缝各槽口应完全吻合。衬砌横鸭蛋，造成衬砌纵缝略有张开，部分槽口已吻合，而其他槽口仍存在空隙，由于受力不均匀应力集中，容易导致管片破碎。

（3）盾构机姿态与管片姿态相互关系不一致

在隧道施工过程中，为控制好隧道轴线，必须逐环测量盾构姿态和管片姿态，根据测量资料及时调整各项推进参数。当管片与盾构机相对关系一致，即管片与盾构机基本保持同心，管片法面与盾构机推进方向基本垂直时，管片破碎较少。在实际施工过程中，管片与盾构机的相对关系常常不能保持理想状态，当管片的环面与盾构推进方向存在夹角时，其合力作用方向部位的管片容易破碎。

盾构机轴线与管片环向轴线间交角偏大

盾构推进过程也是不断纠偏过程。盾构机与管片衬砌环间的相对关系不可能总是保持理想状态，特别是转弯、竖曲线段和纠偏量大时，管片外弧与盾尾内壁间的距离沿环向分布不均匀，造成一侧间距很小，而另一侧间距较大，这时易产生“卡壳”现象，即两者碰在一起。盾构机推进就会造成管片一定部位破碎。

衬砌环面不佳

造成衬砌环面不佳有多种原因，如纠偏、拼装质量差、环缝夹泥等。管片环面不佳，引起管片受力不均匀，从而导致应力集中部位的管片破碎。

（4）推进时管片受力不均匀

盾构推进时推进力通过油泵衬垫传递到管片上，油泵衬垫与管片接触部位是应力集中区。如果衬垫面不平整或者衬垫面与管片环面存在夹角，就会造成管片破碎。

4、管片破碎的防治措施

管片破碎常常是以上一种或一种以上因素综合作用的结果，经过仔细分析再采取针对性措施进行处理，可以减少管片破碎现象的发生：

（1）搬运堆放时的针对性措施

在搬运过程中轻吊慢放，着地时要平稳；堆放时不宜超过3层，并正确摆放垫木。

吊放管片的钢丝绳上缠橡胶条等，在起吊时，能起到缓冲作用，或者选用尼龙绳来代替钢丝绳。

选、摆放好垫木，在管片车上管片搁置部位设置橡胶条，以起到缓冲作用。

（2）管片拼装时的针对性措施

按要求贴好角部止水橡胶条、传力衬垫。

拼装前，先测量前一环各管片之间的相互高差（错台高度），包括环向和径向

拼装前清理前一环管片上的泥块及浆液，保证环面清洁、无夹泥。

拼装时保证衬砌环圆度，块与块不错位。推进油泵的伸缩顺序应与管片拼装顺序一致。两侧标准块、邻接块安装时油泵应同时收缩及伸出，以减少环与环之间管片错位现象。

封顶块安装前，实测并确保顶部两邻接块间间距，并通过推进油泵的伸缩来调整好邻接块间的间距，以便顺利安装封顶块。

竖曲线段推进时，在安装拱底块时根据实际情况予以落低或抬高，减少管片“卡壳”现象。

（3）推进时的针对性措施

推进前检查各油泵衬垫的完好情况，发现有破损的及时调换，同时应仔细观察衬垫与管片环面的吻合程度，对不吻合处可增设橡胶锲子来调整，确认吻合后再开始推进。

在盾构推进时，需根据设计要求、盾构穿越土层的变化、上部载荷情况以及测量资料来调整各项施工参数，将盾构姿态严格控制在设计允许偏差范围之内。同时，结合隧道衬砌的实际情况，在不超出偏差范围的情况下，对盾构姿态作适当调整，使之尽可能处于同心状态。

当管片与盾构机轴线夹角较大、管片与盾构机壳间隙较小又必须进行盾构机姿态调整时，可以采取以下措施：

通过粘贴纠偏锲子来调整衬砌环面；

推进时，前半环顺着管片原轴线方向推进，待管片与机壳之间的缝隙增大后，后半环推进时再对盾构姿态进行调整。

5、结论

在隧道施工过程中，通过采取各种措施，特别是控制好管片拼装操作质量，管片破碎现象发生几率较原来减少50%左右，尤其是标准块与邻接块接缝部位的破碎大为减少，从而减少了由于管片破碎引起的渗水、漏浆现象，对于提高隧道的质量，保证隧道的安全运行，具有一定的意义。

参考文献

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