李玲盾构隧道管片上浮原因分析

1、精品文档1欢迎。下载盾构隧道管片上浮原因分析及控制措施1、前言 在盾构掘进中，管片上浮是一个非常棘手、非常令人头痛的问题。造就一 条外观完美、曲线圆滑的好隧道，控制管片上浮是我们地铁建设中的重中之重。2、管片上浮的限制与危害管片上浮是指管片脱离盾尾后,在受到集中应力后产生向上运动的现象。规范规定盾构掘进中线平面位置和高程允许偏差为土50mm管片拼装偏差控 制为土50mm隧道建成后，中线允许偏差为高程和平面为土100mm且衬砌结构 不得侵入建筑限界。由此推算管片上浮允许值与盾构姿态、管片姿态密切相关， 因此均应限制在土30mm以内才能保证不侵限，并使管片外侧得到均匀的注浆回 填。管片上浮的危害：

2、一是造成盾构隧道的“侵限” 。二是在管片的端面产生剪 切应力，造成管片的错台、开裂、破损和漏水，降低管片结构的抗压强度和抗渗 压力。3、管片上浮的环境特征、从地层地质情况来看，管片在硬地层8岩石中等风化带，9岩石微等风化带容易上浮， 且地层越硬上浮情况越严重。 其次， 在上软下硬地层中 引起的管片上浮也比较严重。、从线路特征来看，在变坡点、上坡段、反坡点，尤其是在竖曲线的最 低点，管片上浮比较严重。、从管片上浮影响范围来看，一般是1015环连续出现上浮情况。、从管片上浮的速率和快慢来考虑，在开始上浮的第一天，数值一般可以 达到稳定值的2/3,第二天上浮值为稳定值的1/41/3,到第三天、 第四

3、天管片就 不再有上升的趋势，逐步稳定下来。精品文档2欢迎。下载、从其他方面，比如注浆不饱满且水大时；上下千斤顶推力差过大时； 螺栓未拧紧时； 受浆液性质的影响时； 管片由于螺栓的影响而自身带有的特性等 都或多或少的会引起管片的上浮。4、管片上浮的原因结合在广州三号线客大盾构区间的施工经验， 可从以下四个方面来分析管片 上浮的原因 、同步注浆不饱满，从而存在上浮空间本工程拟采用一台德国HERRENKNEC公司设计与制造的6250mm复合式 盾构机进行施工。 盾构机设备总长为73 m,刀盘的外径设计为6280mm。 盾构 区间圆形隧道 （管片）外径6.0m，内径5.4m,管片厚度300mm管片宽度

4、1.5m, 分块数为6块（管片由一块封顶块、两块邻接块、三块标准块构成）。盾构机与 管片之间存在着140伽的建筑空隙，如果同步注浆不饱满，使管片外侧与土层之 间的间隙没有及时有效地充填，就必然出现管片上浮的空间。其次，在同步注浆不饱满时， 地层土软硬不同， 产生的管片上浮情况也不同。 一般情况下， 软地层不容易上浮， 而硬地层却有空间导致管片上浮。 这是因为在 掘进过程中，对于软地层，上部松软地层土的自稳性差，会因为自重、存在空隙 而有相对的下沉， 从而使因注浆不饱满造成的管片和土层之间的剩余空隙基本消 失。硬地层由于自稳能力强，完整性好，能很好的控制自身沉降。再者同步注浆 采用凝结时间为5h

5、7h的砂浆，使管片有足够的上浮空间和时间，且地层越硬， 管片上浮的情况越严重。另外，土层软硬不均现象，包括软硬交接面的倾斜度、长度、上覆土层情况等都能影响管片的上浮。尤其在上软下硬地层中，管片上浮情况最为严重。由于 存在相对的软硬情况，容易引起前一管片的上浮！具体情况可见下表的数据：（下 列表格数据来源于广州市地铁三号线客大盾构区间左线隧道的第93206环管 片的施工记录）地质环号管片上浮（伽）盾构机推力线路特征精品文档3欢迎下载813623680910缓和曲和曲和曲线113924590910缓和曲和曲线114430

6、580820缓和曲线7816440510780缓和曲线117135530810缓和曲和曲线和曲和曲线和曲线715820700870缓和曲和曲线16015750850缓和曲线1617750850缓和曲线1622600800缓和曲线对上表三种地层下管片上浮的情况进行比较：在7岩石强风化带和8 岩石中等风化带地层交接处，管片上浮的情况最严重，平均上浮值为38.9伽30mm在7地层中，管片上浮值最小，平均上浮值为12 mmv 30mm且在7 地层持续掘进越久，管片上浮可完全

7、得到控制（线路特征相同和推力相差不大的 情况下）。、管片在受力的情况下上浮在盾构施工中，管片在克服自重的情况下才有可能上浮，也就是管片所受力的向上分力必须大于自重。1盾构机千斤顶的推力与管片的环向轴力不平行时，向上的分力克服重力 就引起管片的上浮。另外，当盾构机千斤顶上下推力差过大时，形成的反力偶也对图中的A点取距时，由推力差引起的反力偶W1-f2=3(f1-f2)tm,为逆 时针方向。G=20tflf24欢迎下载由重力引起的力偶为WG=20X0.75=15 tm为顺时针方向。根据力 偶平衡W总=3(f1-f2)-15=0, (f1-f2)=5t,flf2。对图中的B点取距时，由推力差引起的反

8、力偶W2-f1=3(f2-f1)tm，为 顺时针方向。由重力引起的力偶为WG=20X0.75=15 tm为逆时针方向。根据 力偶平衡W总=3(f2-f1)-15=0, (f2-f1)=5t,f2f1。由此可见，上下千斤顶的推力差控制在5t之内为佳，否则将分别引起管片 前端和后端上浮。2地下水的浮力。地下水位高低及土层渗透系数，地下水补给来源，隧道埋 深大小等地层本身的状态也会影响管片的上浮。盾构隧道所穿过的5-1可塑或稍密状残积土(Q1)，5-2硬塑或中密状残积土(Cf),6岩石全风化 带，7岩石强风化带，8岩石中等风化带，9岩石微等风化带六个岩 层中的5-1,5-2,6,9是不透水层至微透水

9、层，岩体中基本无 水，可视为隔水层，7,8是基岩强风化、中等风化层，为弱中等透水 层，渗透系数0.110.22m/d，隧道洞身地下水不甚丰富。例如：(假设管片只受地下水的作用)在从客村大塘的左线隧道掘进的第121环处为7和8地层，水位为地面以下0.6米，隧道埋深为23米，则 地下水的浮力为F=1000X9.8X(23-0.6)=2.1952X105KN管片的重力为G=2.5X8X9.8=1.96X105KN FG,地下水的浮力引起管片上浮。3相邻管片之间的相互作用力。当从新拼管片B传递过去的力不垂直后一 管片A的环面时（掘进方向为2B）,也可能导致管片的上浮。同时，前一管片 的反作用力导致后一

10、管片相对下沉（与后面的变坡点计算类似） 。、隧道的线路特征精品文档5欢迎下载隧道的线路特征在一定的程度上也会影响管片上浮。具体影响程度如下表 数据:地质环号管片上浮（m）推力（t）线路特征（8）上软下硬地层93121540860直线94117540830直线102114550830直线11765570890直线11866650900直线11965600870直线12063480780直线12160450800直线12260500700直线12637580810直线12721560870直线12831570910直线16440510780缓和曲和曲线1723257082

11、0缓和曲和曲和曲和曲和曲和曲和曲线189102600750缓和曲线190103600750缓和曲线从上表的数据可以分析总结出如下：（忽略人为因素和其他影响）在直线段，管片上浮最大值为121伽，最小值为21伽，综合稳定范围为60mm6530mm超限；缓和曲线段的管片上浮最大值为103伽，最小值为22精品文档6欢迎下载mm,综合稳定范围为32 mm4030mm超限。另外，在隧道线路的变坡点、反坡点，特别是在曲线最低点，管片上浮的情况更为严重。从

12、下图（以变坡点为例）可以看出：作用于A管片的总推力F通过传递作用于B管片，并与B管片的轴线成一个夹角。由F产生的分力F1是促 使管片上浮的主要原因。当F1G时，管片就开始上浮。而且夹角越大，分力就 越大，由此而产生的上浮情况就越严重（掘进方向是从AB）。例如：设F与F2之间的夹角为环管片的重力为G=2.5X8=20t，可取推力F=T=450t（以上表格数据中最小值）。贝卩:F1= FXsin0=450sin0t=G=20t9=arcsin（20/450）=2.5473因此当02.5473。时，管片就开始上浮了。、其他影响因素。包括管片螺栓不紧固，未形成整体；测量不及时，措施滞后；管片选型不对的

13、影响。总之，管片上浮并不是只由其中一个因素独立产生的，而是一个各方面共 同作用下的结果。5、控制措施针对以上几种情况，我们采取了各种方法，效果不错。总的原则是：、在上坡段掘进时，适当增大盾构机下部油缸的推力；在下坡段掘进时，适当增大盾构机上部油缸的推力；在左转弯曲线段掘进时，适当增大盾构机右部油缸的推力；在右转弯曲线段掘进时，适当增大盾构机左部油缸的推力；在直线 段掘进时，精品文档7欢迎。下载尽量消除各组千斤顶的推力差。 在均匀的地质条件时， 保持所有油缸 推力一致，在软硬不均匀的地层掘进时，根据不同地层在断面的具体分布情况， 遵循硬地层一侧推进油缸的推力和速度适当加大， 软地层一侧推进油缸的

14、推力适 当减小的原则。、当发现管片上浮速率偏大时，应停止推进，减小推力亦即减小上浮的分 力F1，使之小于管片的自重力，并利用管片的自重力使管片下沉，可作为控制 管片上浮的首选措施。、及时同步注浆及二次注浆。1浆体的要求a、 具有能充分填满间隙的流动性；b、注入后必须在规定的时间内硬化， 一般在硬土地层凝固时间控制在34小时内为好；c、 保证管片与周围土体的共同作用，减少地层扰动；d、 具有一定的强度，浆体28天抗压强度在22.5Mpa以上；e、 产生的体积收缩小；f、受到地下水稀释不引起材料的离析等。2注浆一定要及时、足量。3及时二次注浆。双液浆的凝固时间V3040s最佳。、封水1注浆饱满，封住后方管片背后来的水。2分区，也就是每隔十环注一次双液浆截水。、螺栓进行二次复紧，提高管片整体抗拉浮能力。可通过三次紧固来实现：在盾壳内（拼装时）进行第一次紧固；脱离盾尾精品文档8欢迎。下载后进行第一次复紧；进入1号台车前进行第二次复紧。、千斤顶的推力差原则：能顺利推进时，尽量注意不要采用较大的推力差。油压保证小于50bar。、及时测量，做到早发现，早处理。1每天必须测一次，当发