盾构施工中管片错台的成因分析

1、盾构施工中管片错台成因分析及防治措施摘 要：管片错台现象一直是困扰盾构隧道施工的技术问题 ,且由错台引起的管片破裂、隧道漏水和盾尾刷损坏等问题对施工和运营的影响日益突显,并直接影响到工程质量。本文结合实际施工情况，分析管片错台的原因，对防治管片错台提出一些相应的措施。关键词：盾构施工管片错台成因分析 防治措施Shield construction segment Dislocation Causes and prevention measuresAbstract Dislocation segment has been troubled by the phenomenon of the tec

2、hnical aspects of shield tunnel construction, and the dislocation caused by the rupture of the tube sheet, brush the end of the tunnel leaks and damage shield such issues as the impact of the construction and operation to highlight the growing, and directly affect the quality of the project . In thi

3、s paper, the actual construction of the dislocation segment analysis of the causes, prevention and treatment of dislocation segment to make some appropriate measures.Key Words Shield construction Dislocation segment Analysis Prevention and control measures1 前言管片错台不仅影响隧道的外观质量，而且会导致管片破裂、隧道渗漏、盾尾刷损坏等一系列

4、问题。本文结合施工过程中发生的一些错台形式，对错台产生原因加以分析，并提出相应防治措施，以提高盾构隧道的使用效果和延长隧道使用寿命。2 管片错台导致的问题管片错台是指管片拼装后同一环相邻管片或者相邻环管片之间内弧面不平整的现象，前者称为环向错台，后者称为纵向错台。管片错台不仅影响隧道的外观质量，而且会导致以下更严重的问题。2.1 管片破裂由于盾构机的推进千斤顶作用在管片上，依靠管片提供坐力使盾构机向前掘进，若刚拼装好的管片出现错台现象，就容易导致相邻管片间产生集中应力，使管片边缘发生破裂、崩角等质量问题。2.2 隧道渗漏管片间止水主要采用三元乙丙橡胶弹性密封垫，每块管片侧面相同位置都有一圈三元

5、乙丙橡胶弹性密封垫，通过相邻管片互相挤压使之间的橡胶弹性密封垫接触压密以起到止水作用。橡胶弹性密封垫接触压密后宽度仅3336mm，一般情况当管片错台超过15mm时，橡胶密封垫之间的压密效果就受到较大影响，在地下水压较大情况下很容易造成管片渗漏水。2.3 盾尾刷损坏 由于盾尾壳体对管片有约束力，因此管片纵向错台一般是管片脱出盾尾后才产生，但在纵向连接螺栓的作用下，盾壳外的管片环错台会导致盾壳内的管片环产生径向运动的趋势，造成盾尾与管片环之间的间隙不均匀，从而易对盾尾刷挤压磨损，进而导致盾尾漏浆，造成同步注浆浆液和盾尾油脂的大量消耗，以及地面沉降等严重事故。3 管片错台的成因分析3.1 管片拼装不

6、规范管片拼装过程是控制管片错台至关重要的环节，管片拼装工人的操作熟练程度及责任心直接影响管片拼装完的成型质量。例如：管片拼装前盾尾的杂物没有彻底清除；管片拼装顺序没有按照由下至上左右交叉的顺序；管片拼装没有均匀摆布，螺栓难以插入；管片拼装完成及管片脱出盾尾后没有及时将螺栓拧紧；K块强行插入；管片内翻外翻等不规范的管片拼装作业，是导致管片错台不可忽视的直接因素。3.2 管片上浮 管片上浮有时可造成管片连续错台，尤其在滨湖相软弱地层中。由于地层较软，有经验的盾构司机会加快掘进速度以帮助姿态控制，而壁后浆液往往因为初凝时间较长而产生大于管片自重的上浮力，此时如果没有立即采取防止隧道管片上浮的措施，隧

7、道管片的上部就会发生连续的“叠瓦式”错台。3.3 盾构机姿态控制不佳 盾构机的掘进姿态控制是盾构施工技术的重点，盾构机的姿态变化直接影响到盾尾间隙的变化。实际掘进时盾构机围绕设计轴线呈蛇形前进，如果盾构机的姿态控制不好，盾构机的运动轨迹波动幅度过大，盾尾因急纠、猛纠而产生较大的径向位移，而在连接螺栓的作用力下管片的空间形态已基本由上环管片所决定，这就必然导致管片与盾尾之间的间隙不均匀，甚至某个方向无间隙。若盾尾间隙过小，盾尾的径向运动趋势将以力的形式通过盾尾刷传递给管片，从而导致盾尾前后的管片产生错台，甚至导致管片迎水面被盾尾刷挤压刮坏、盾尾刷磨损变形等问题，进而产生管片渗漏水，盾尾漏浆的等一

8、系列质量问题。3.4 管片法面与盾构掘进方向不垂直在区间小半径曲线段掘进或盾构急纠转弯时，若管片楔形量不能满足管片转弯需求，通用管片全错缝拼装施工中K块选点错误，通缝、半错缝拼装施工中转弯环排版错误等， 均会造成管片法面与盾构掘进方向不垂直。盾构机向前掘进的推力是通过千斤顶作用在刚拼好的管片衬砌横断面上，如果盾构掘进方向与管片法面之间不垂直，则其作用于管片上的巨大反推力可分解为纵向和径向两个分力（如图1），纵向分力可通过管片衬砌横断面不断传递直至消散，而纵向分力大于管片间摩阻力、壁后浆液与地层作用等阻力时，将必然造成管片环缝错台。图1 盾构掘进推力分解示意图由上图可得出径向分力f2=sinaf

9、，由此易知盾构掘进总推力f越大，掘进方向与管片法面垂线夹角a越大，则径向分力越大，管片错台越严重。当径向分力特别大时，甚至会将管片螺栓位置拉裂，如管片相邻环上下错台，其螺栓受力如图2所示，由于螺栓位置在几何布置上偏于管片内侧，因此环缝错台导致的管片开裂位置多分布在A环的b区及B环的c区。图2 管片上下错台螺栓受力示意图4. 管片错台的防治措施4.1 规范管片拼装程序（1）管片拼装前必须清理盾尾拼装部位的污泥与污水，并清理干净前一环管片迎水面与盾尾间隙中的杂物，如遇漏水现象及时补打盾尾油脂止水，在盾尾无杂物、无积水的情况下才能开始拼装管片。（2）管片拼装应遵循由下至上、左右交叉、最后封顶的顺序，

10、必须运用管片安装微调装置，将待装的管片块与已安装管片块的内弧面调整到平顺相接，螺栓孔位置对正，螺栓穿插容易。（3）管片拼装时，严禁非管片安装位置的推进油缸与管片安装位置的推进油缸同时收缩。安装管片到位时，动作应平缓，避免撞击已定位管片。（4）封顶块安装前应对止水条进行润滑处理，实测并确保两邻接块间间距，安装时先径向插入，调整位置后缓慢纵向顶推，严禁借用推进千斤顶强行顶推。（5）管片安装完成后，应用整圆器及时整圆，对管片的变形及时矫正，确保椭圆度满足施工规范要求，并在管片环脱离盾尾和脱离台车架后分别对连接螺栓再次紧固。（6）管片拼装过程中，必须严格控制管片拼装的垂直度、椭圆度及螺栓的拧紧力矩，避

11、免出现横、竖鸭蛋，管片内翻、外翻等现象。4.2 有效控制管片上浮（1）选择适当的同步注浆浆液。同步注浆浆液初凝越快，就能越早的抑制管片上浮。双液瞬凝浆液初凝时间最短6s，能够有效的控制管片上浮，但由于双液浆对注浆系统要求较高且注浆过程中极易堵管，一般不被施工单位所接受。在浆液性能的选择上应该保证浆液的充填性、初凝时间与早期强度、限定范围防止流失（浆液稠度）的有机结合，才能保证隧道管片与围岩共同作用形成一体化的构造物。近几年准厚浆新型浆液逐渐得到了广泛的认可，该浆液和传统的惰性浆液、可硬性浆液相比，具有良好的长期稳定性及流动性、适当的初凝时间、良好的填充性能、不易产生稀释现象、固结体积收缩小、泌

12、水率小的优点，可实现充填性、保水性、流动性、固结强度与初凝时间之间的良好匹配。（2）适当控制掘进速度。如果壁后浆液不能及时固结和稳定管片，应适当控制盾构机掘进速度，一般控制在3cm/min左右为宜，同时确保管片脱出盾尾时形成的空隙量与注浆量平衡，尽量避免壁后浆液被地层水稀释而降低浆液性能。（3）跟踪盾尾及时二次注浆。双液浆做为同步注浆浆液时，由于极易堵管而较少采用，但做为二次注浆浆液时，则较容易避免堵管的发生。当因为姿态控制和工期等原因不能降低掘进速度，而壁后同步注浆浆液又不能及时固结和稳定管片时，可根据施工经验在盾尾倒数第710环二次注浆，以使盾尾倒数710环以后的管片及时得到稳定，避免因管

13、片上浮而造成的连续错台。4.3 盾构姿态平稳控制实际掘进时盾构机围绕设计轴线呈蛇形前进，姿态控制应做到，勤纠、缓纠，通过千斤顶分组控制、仿形刀适量超挖及铰接灵活运用等方式，在隧道轴线控制在设计允许偏差范围内前提下，尽量使盾构机掘进轨迹保持平顺，避免盾构机姿态突变。盾构机掘进姿态调整与纠偏应掌握下面几个原则：a、盾尾间隙控制为主，线型控制为辅；b、掘进过程中一次纠偏量不能过大，即油缸行程差不能过大，应控制在60mm以内；c、掘进过程中，各区力差不能过大，应控制在总推力的5%以内。4.4 保持管片法面与盾构掘进方向垂直在盾构施工过程中，应特别注意管片法面的调整，每环掘进完成后应及时量测管片法面并调

14、整。盾构机姿态、管片姿态与隧道设计轴线相重合在实际施工中几乎不可能，要保持管片法面与盾构掘进方向垂直同样几乎不可能，但及时对管片法面不断进行调整，就能使盾构机推力反作用于管片上的径向分力尽可能减小，进而有效减少、减小管片环缝错台。在不同的管片拼装施工工艺中，法面调整有各自的方式，本文简要说明以下几点：（1）、通用管片全错缝拼装施工时，应统筹考虑管片姿态、盾构机姿态及隧道设计轴线三者直接的相互关系，慎重选择K块拼装点位，通过管片环的楔形量逐环灵活的调整法面，确保超前量相差不要太大。（2）、通缝拼装及半错缝拼装施工时，掘进前依据设计轴线做好管片排版，通过管片排版计算公式确定出最合理的标准环与转弯环比例，并在实际施工过程中及时根据环面超前量差值调整标准环与转弯环比例，以使管片法面与盾构机掘进方向趋近垂直。（3）、在实际施工过程中，有时会遇到前一环K块选点错误或者盾构机姿态突变等原因而仅通过管片的楔形量