小半径曲线隧道盾构管片质量问题研究

小半径曲线隧道盾构管片质量问题研究

张耀园

中铁六局集团交通工程分公司

摘要：盾构施工法在隧道施工中应用广泛，其施工速度快且安全，同时对环境影响小。本文对盾构施工中的管片质量问题及其原因进行了分析，主要包括管片错台、破裂以及渗漏等问题，并从盾构和管片的选型以及掘进和注浆的参数等方面对盾构施工中管片的质量问题提出了相应的解决措施，希望能提高小半径曲线隧道盾构管片的质量，进而提高小半径曲线隧道的施工质量和效率。

关键词：小半径曲线；盾构隧道；管片质量；措施

前言：盾构法施工被广泛应用于地铁、公路以及电力、水利等隧道工程中，具有掘进快速、施工安全且对环境影响小等优点。而由于规划或者建筑物的制约等，使得隧道线路在设计时往往采用小半径隧道线的设计。而盾构机在进行掘进施工中要求符合设计线路，但是在小半径曲线的隧道段比较难以实现，反而会发生错台、渗漏以及破裂等管片的质量问题。本文对小半径曲线隧道盾构管片质量问题进行了分析研究，并提出了相应的解决措施，希望能够促进小半径曲线隧道盾构施工的发展。

一、小半径曲线隧道盾构管片质量问题分析

盾构机在小半径曲线线段的掘进施工时，还存在一定的管片质量问题，严重影响着小半径曲线隧道盾构施工的发展，其管片质量问题主要表现为破裂、渗漏以及错台等形式，下面将对其主要管片质量和原因进行分析研究。

首先，管片错台主要表现为环向和纵向错台，其主要原因有：一是掘进引起的错台，一般情况下，盾构机的壳体和管片之间有50-150mm的间隙，而当盾构机的运动轴线和管片的轴线不重合时，盾构壳体对管片产生挤压使得管片发生了错位。二是管片的尺寸不准确或者拼装过程中存在高差而产生的错台。三是盾尾之间的间隙需要进行注浆填充，而填充过程中的压力不均匀会发生错台甚至开裂。四是管片安装时，对盾尾的清理不彻底或者对管片的内环面未做好平整处理等一系列不当操作产生错台。五是隧道的上浮或者下沉导致了管片的上浮或者下沉，从而产生错台。

其次，管片破裂是在盾构施工中的破损，比如管片混凝土的崩裂、裂缝等外观缺陷。其主要原因有：一是盾构机在小半径曲线隧道阶段的掘进时，其整体推力面与管片平面之间的夹角导致其产生侧向分力，其油缸行程差越大，侧向分力越大，使得管片发生侧向移动，从而行程错台，进而导致碎裂。二是盾构机在小半径曲线段推进时，由于测量误差的积累使得其在后期需要进行纠偏，导致盾尾间隙变小，从而使得管片在出盾尾时受到盾尾密封刷的挤压力，导致管片碎裂。三是油缸的内外侧推进力相差悬殊，管片局部承受的反推力过大导致了管片错台破损。四是管片拼装时管片环面之间及相邻两块管片间接触面未达到平行状态从而导致其操作和封顶不当，使得管片的角部以及接缝处发生破碎。

最后，管片渗漏是指在管片的接缝、注浆孔、螺栓孔以及管片的裂缝处出现了漏水质量问题。其主要原因有：一是管片拼装的接缝中有杂物或者拼接缝隙过大，使得止水条的密封不足。在盾构掘进时由于纠偏过大，粘贴锲子垫块厚度大于止水条的有效作用范围。二是螺栓孔渗漏，未加防水胶圈或者螺栓未拧紧等操作失误而引起的螺栓孔出现漏水管片质量问题。三是管片吊装使得注浆孔的周边混凝土发生剥蚀或者泄水孔的封堵不严实等导致了注浆孔的漏水问题。四是管片在制作和养护不当导致其出现了气孔和龟缩裂缝，而盾构推进中过大的推力或者推进姿势不当会使管片出现通缝，使得管片发生裂缝渗漏。

二、小半径曲线隧道盾构管片质量问题的对策措施

针对上文分析的小半径曲线隧道盾构管片质量的破裂、渗漏以及错台问题，下面从盾构、管片的选型和掘进、注浆参数等方面提出相应的措施。

首先是盾构的选型，盾构机选择具有铰接的，可以减少刚体长度，同时其掘进轴线要与隧道轴线重合，使得在小半径曲线隧道施工时可以实现灵活地调姿和转弯。另外盾构机要在刀盘中设置超挖刀，使得在掘进转弯时通过扩挖增大孔洞，从而使得盾构机可以灵活地进行前进和转弯等等。

其次是管片的选型，为了保证盾构机在推进过程中油缸各组间的行程差最小且降低管片受到的靴板作用力，因此要合适选择管片，在选择管片时要考虑地质情况、线路特点以及盾构机千斤顶行程差和盾尾间隙、锲形量以及管片点位等等，选择合理的管片类型和拼装点位，确保盾尾间隙和千斤顶行程的均匀性，避免管片与盾壳碰撞。另外，还可以在小半径曲线阶段安装适当的转弯环。

第三，掘进参数的确定，掘进参数的确定主要体现在在盾构姿势的控制、油缸推力的设定、纠偏方式的选择以及土仓压力的控制等。其中盾构机要依据地质情况和隧道线形，油缸需要进行分区操作，对掘进推力和速度进行设计，进而控制盾构姿态，避免因为不良姿态导致的纠偏现象。例如盾构机在小半径曲线阶段掘进时，需要有30-50mm的偏移量来抵消管片偏移量，也可以通过加贴橡胶石棉垫来增加偏移量。油缸两侧的推力差要控制适宜，且总推力不宜过大，确保盾构机在小半径曲线段可以实现慢速急转，同时减少盾体横向偏移产生的不利影响。另外小半径曲线隧道的掘进过程中需要进行分段掘进，例如在1.5m的掘进段中每50cm需要停机一次，让油缸收回复位，再将油缸靴板定在管片上进行掘进，以便消除侧向力，避免管片被挤压破坏。盾构掘进中需要进行姿态偏差的纠偏，一般采用滚动、垂直或者水平的纠偏方式，在纠偏中不能出现盾构姿态的突变，且纠偏不宜过大，推进油缸的行程差要控制在50mm左右。同时还压要设定合理的土仓压力，减少地层扰动，维持撑子面的稳定。

第四是注浆参数的设置。在进行管片注浆时要注意控制注浆压力，尤其是在二次补浆时，避免出现单块管片受力过大进而出现错位。同时要确定填浆液的凝固时间，确保管片在脱出盾尾时可以起到约束作用，防止管片错位。一般情况下，管片的注浆压力在0.1-0.3MPa之间，最大不超过0.5MPa，注浆时间应在盾构机推出或者推进后，注入量应为盾尾间隙的1.5-2倍，确保盾尾间隙被完全填充。

最后，除了上述主要对策外，还可以从管片质量、管片螺栓以及管片修复等方面进行加强。管片在生产和进场时要确保质量，在拼装和修补时要按照规范进行，搬运中要轻吊慢放，采用专门的尼龙吊带，同时管片的堆放层数要符合设计要求。在管片螺栓拧紧工作中要先中间后周围，管片脱离盾尾部位后，要进行二次紧固，脱出10环后要进行三次或者多次复紧。对于破损的管片要及时按照规范进行修补，在运输过程中的破损要在贴止水条前进行修补，而在掘进过程中的管片要进行原地修补，从而保护止水条。

总结

盾构施工在铁路、公路及其他的隧道施工中应用非常广泛，但是在小半径曲线隧道施工中盾构管片还存在一些质量问题，主要体现在管片错台、破裂和渗漏等方面，本文对其原因进行了分析，进而提出了相应的解决措施，主要从盾构选型、管片选型以及掘进参数和注浆参数的设置等方面进行分析，希望能够为解决小半径曲线隧道盾构施工的管片质量问题提供一定的参考。

参考文献

[1]陈云峰，张庆丰，吴启星.小半径曲线隧道盾构管片质量问题分析及对策[J].山西建筑，2016（30）：161-163.

[2]刘书斌，周立波.小半径曲线地段盾构施工质量调研与分析[J].地下空间与工程学报，2013（z2）：123-124.

[3]裴建.小曲线转弯半径盾构施工中管片质量控制技术[J].中国公路，2016（07）：134-135.

[4]嵇彭.小曲线半径隧道无铰接盾构施工技术[J].施工技术，2013，42（13）：79-81.