1、前言
盾構(gòu)隧道施工中管片錯(cuò)臺(tái)不僅影響隧道外觀質(zhì)量，而且會(huì)導(dǎo)致隧道漏水等，是影響隧道質(zhì)量的一個(gè)關(guān)鍵因素。本文依據(jù)廣州軌道交通三號(hào)線某盾構(gòu)區(qū)間的施工實(shí)踐，分析了管片錯(cuò)臺(tái)的主要原因，提出了減少管片錯(cuò)臺(tái)的措施。
2、管片錯(cuò)臺(tái)引致的問(wèn)題
管片錯(cuò)臺(tái)指的是管片拼裝后同一環(huán)相鄰塊管片間或者不同環(huán)管片之間的尺寸偏差，前者稱環(huán)向錯(cuò)臺(tái)，后者稱縱向錯(cuò)臺(tái)。管片錯(cuò)臺(tái)不僅影響隧道的外觀質(zhì)量，而且會(huì)導(dǎo)致以下更嚴(yán)重的問(wèn)題。
1)隧道漏水由于管片間止水采用三元乙丙橡膠止水帶，每塊管片側(cè)面相同位置都有一圈三元乙丙橡膠止水帶，通過(guò)管片間的互相擠壓，使相鄰管片間的橡膠止水帶接觸壓密起到止水作用。通常橡膠止水帶接觸壓密后寬度僅40mm，一般情況下在管片拼裝錯(cuò)臺(tái)超過(guò)15ram時(shí)止水帶之間的搭接就會(huì)不夠嚴(yán)謹(jǐn)，在地下水壓較大的情況下容易造成管片漏水。
圖1由錯(cuò)臺(tái)引起的管片漏水
2)管片開裂由于盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)千斤頂作用在管片上，依靠管片提供坐力使盾構(gòu)機(jī)向前掘進(jìn)。一旦管片拼裝發(fā)生錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象，就容易導(dǎo)致相鄰塊管片間產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，使管片邊緣(包括內(nèi)、外邊緣)發(fā)生開裂、崩角等質(zhì)量問(wèn)題。
圖2由管片錯(cuò)臺(tái)引起的管片開裂
3)盾尾刷擠壓損壞，從而造成盾尾漏漿、盾尾油脂損耗一般來(lái)說(shuō)，管片錯(cuò)臺(tái)主要是管片出了盾殼后才產(chǎn)生，由于管片環(huán)向形態(tài)具有一定的慣性，即相鄰兩環(huán)管片螺栓孔必須對(duì)齊，因此盾殼外的環(huán)向管片錯(cuò)臺(tái)會(huì)導(dǎo)致盾殼內(nèi)管片成非標(biāo)準(zhǔn)圓形狀，會(huì)造成盾尾與管片之間的間隙不均勻，從而易對(duì)盾尾刷擠壓損壞，進(jìn)而導(dǎo)致盾尾漏漿，這不僅給掘進(jìn)、清理管片拼裝工作面和管片安裝帶來(lái)極大障礙，而且直接影響同步注漿質(zhì)量進(jìn)而造成新的管片移位和錯(cuò)臺(tái)，同時(shí)盾尾漏漿還會(huì)造成推進(jìn)千斤頂損壞以及水泥漿和盾尾油脂的巨大耗費(fèi)。
3、管片錯(cuò)臺(tái)主要原因
3．1拼裝作業(yè)不規(guī)范
管片拼裝過(guò)程是控制管片錯(cuò)臺(tái)非常重要的環(huán)節(jié)，管片拼裝工人的熟練程度以及責(zé)任心直接影響到管片拼裝的質(zhì)量。例如：管片拼裝前盾尾雜物沒(méi)有徹底清除；工人在盾構(gòu)機(jī)頭下方操作遙控器拼裝上部管片；管片拼裝順序沒(méi)有按照由下至上左右交叉的順序；管片拼裝時(shí)沒(méi)有均布擺勻，螺栓較難穿插；管片拼裝完成后螺栓沒(méi)有及時(shí)上緊等不規(guī)范管片拼裝作業(yè)，是導(dǎo)致管片錯(cuò)臺(tái)不可忽視的因素。
3．2注漿控制不當(dāng)
當(dāng)管片脫出盾尾后，由于盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中的蛇形運(yùn)動(dòng)、超挖以及理論間隙，使得管片與周圍土體之間存在一環(huán)形間隙。環(huán)形間隙在盾構(gòu)施工中一般采用襯背注漿工藝進(jìn)行填充，注入的水泥漿既能起到抑制地層沉降作用，又能起到固定管片和防止隧道漏水的作用。但由于管片自重與所受到的浮力差有22t左右，當(dāng)注入的漿液尚未凝固時(shí)，管片在浮力作用下有上浮的趨勢(shì)，因此若襯背注漿參數(shù)選擇不當(dāng)，如漿液凝固時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、注漿次序和壓力選擇不當(dāng)時(shí)，就易因浮力造成管片錯(cuò)臺(tái)。而且通常是采用擠壓式注漿機(jī)注漿，漿液出口壓力較難控制，當(dāng)壓力超過(guò)0．5MPa時(shí)，易對(duì)管片造成較大的擠壓，從而導(dǎo)致管片整體變形。
3．3盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)控制不好
盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)姿態(tài)控制是盾構(gòu)施工技術(shù)的重點(diǎn)，盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)的變化直接影響到盾尾間隙的變化。實(shí)際掘進(jìn)時(shí)盾構(gòu)機(jī)呈蛇形前進(jìn)，如果盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)姿態(tài)控制不好，盾構(gòu)機(jī)的運(yùn)動(dòng)軌跡波動(dòng)包括上下波動(dòng)和左右波動(dòng))幅度過(guò)大，再加上管片
形態(tài)的慣性作用，必然導(dǎo)至管片與盾尾之間的間隙不均勻。若盾尾間隙過(guò)小，不但可造成管片難以安裝、迎水面被盾尾擠壓造成錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象，嚴(yán)重的會(huì)造成管片崩角、盾尾尾刷損壞等問(wèn)題。
4、減少管片錯(cuò)臺(tái)的措施
4．1規(guī)范管片安裝程序
1)盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)完成后，千斤頂撤換到張出臺(tái)由工人手動(dòng)控制。拼裝前首先應(yīng)對(duì)盾尾雜物進(jìn)行清理，如果有漏水現(xiàn)象必須補(bǔ)打盾尾油脂止水，在保證盾尾無(wú)雜、無(wú)積水的情況下才能開始安裝管片。
2)利用盾構(gòu)機(jī)的升降千斤頂把管片吊人，再利用滑動(dòng)千斤頂進(jìn)行軸向移動(dòng)，伸出支護(hù)千斤頂進(jìn)行管片位置的矯正。
3)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、升降、滑動(dòng)、壓平操作。管片拼裝應(yīng)遵循由下至上、左右交叉、最后封頂?shù)捻樞?，?yīng)盡量調(diào)校管片位置與上環(huán)管片平順，螺栓孔位置對(duì)正，螺栓穿插容易。用拼裝機(jī)拼裝旋轉(zhuǎn)調(diào)整時(shí)，用遙控裝置操作時(shí)不得使用高速按鍵，
并注意掌握使用按鍵的力度和持續(xù)時(shí)間，防止移動(dòng)速度太快、擺動(dòng)大、移動(dòng)超限及被裝管片與已裝管片發(fā)生撞擊。作業(yè)人員應(yīng)跟隨管片拼裝位置站位控制，盡量選擇清晰的角度拼裝管片，嚴(yán)禁站在盾構(gòu)機(jī)頭下方操作遙控器拼裝上部管片。
4)封頂塊安裝前應(yīng)對(duì)止水條進(jìn)行潤(rùn)滑處理，安裝時(shí)先徑向插入，調(diào)整位置后緩慢縱向頂推；封頂塊安裝到位后，應(yīng)及時(shí)伸出相應(yīng)位置的推進(jìn)油缸頂緊管片，頂推力應(yīng)大于穩(wěn)定管片所需力，然后方可移開管片安裝機(jī)。
5)管片安裝完后，應(yīng)用整圓器及時(shí)整圓，對(duì)管片的變形及時(shí)矯正，并在管片環(huán)脫離盾尾后對(duì)管片連接螺栓進(jìn)行二次緊固。
6)管片安裝質(zhì)量應(yīng)以滿足設(shè)計(jì)要求的隧道
軸線偏差和有關(guān)規(guī)范要求的橢圓度及環(huán)、縱縫錯(cuò)臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制。
7)管片組裝后，將夾具停在頂部，并將夾鉗朝上，使其處于安全狀態(tài)。
8)在管片拼裝過(guò)程中，必須嚴(yán)格控制管片拼裝。
9)剛拼好的管片環(huán)在自重和土壓力的作用下將產(chǎn)生變形，此時(shí)可利用整圓器支撐剛拼好的管片環(huán)，同時(shí)采用同步注漿及時(shí)固定管片環(huán)的形狀和位置。
4．2加強(qiáng)同步注漿管理
1)在漿液性能的選擇上應(yīng)該保證漿液的充填性、初凝時(shí)間與早期強(qiáng)度、限定范圍防止流失(漿液的稠度)的有機(jī)結(jié)合，才能保證隧道管片與圍巖共同作用形成一體化的構(gòu)造物。盾構(gòu)隧道襯背注漿的漿液配比應(yīng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理，依據(jù)不同地質(zhì)、水文、隧道埋深等情況的變化而不斷調(diào)整漿液性能，以控制地表的沉降和保證管片的穩(wěn)定。
2)在同步注漿過(guò)程中合理掌握注漿壓力，使注漿量、注漿速度與推進(jìn)速度等施工參數(shù)形成的參數(shù)匹配。管片注入口處的注入壓力一般是0．1～0．3MPa，并應(yīng)參考覆蓋土的厚度、地下水的壓力及管片的強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)定。如果設(shè)定值太大會(huì)導(dǎo)致管片破壞，造成漿液的外溢。
3)背后注漿的注入時(shí)期，應(yīng)在盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)的同時(shí)或者推進(jìn)后立即注入，注入的宗旨是必須完全填充尾隙。地層的土質(zhì)條件是確定注入工法的先決條件，對(duì)易坍塌的均粒系數(shù)小的砂質(zhì)土和含粘性土少的砂、砂礫及軟粘土而言，必須在
尾隙產(chǎn)生的同時(shí)對(duì)其進(jìn)行背后注漿。當(dāng)?shù)貙油临|(zhì)堅(jiān)固、尾隙的維持時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，并不一定非得在產(chǎn)生尾隙的同時(shí)進(jìn)行背后注漿。
4)注入量必須能很好地填充尾隙。背后注漿量受土體中的滲透、泄漏損失(漿液流到注入?yún)^(qū)域之外)、小曲率半徑施工、超挖、背后漿液的種類等多種因素的影響，一般來(lái)說(shuō)使用雙液型漿液時(shí)，注入量為理論空隙量的150％～200％。
4．3盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)控制
盾構(gòu)隧道線形管理原理是通過(guò)一套測(cè)量系統(tǒng)，隨時(shí)掌握正在掘進(jìn)中盾構(gòu)機(jī)的位置和姿態(tài)，并通過(guò)計(jì)算機(jī)將盾構(gòu)機(jī)的實(shí)際位置和姿態(tài)與設(shè)計(jì)軸線進(jìn)行比較，找出偏差數(shù)值后調(diào)整盾構(gòu)機(jī)千斤頂?shù)哪Ｊ剑苟軜?gòu)機(jī)前進(jìn)曲線和設(shè)計(jì)軸線盡可能
接近。但在實(shí)際施工中，實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡不可能與設(shè)計(jì)軸線完全重合，盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)過(guò)程中總是圍繞隧道設(shè)計(jì)軸線作蛇形運(yùn)動(dòng)，盾構(gòu)掘進(jìn)總是處于糾偏過(guò)程中。我們知道，盾構(gòu)管片結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)使其安裝具有一定的慣性，如果盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)軌跡曲度過(guò)大，那么盾尾軌跡就會(huì)與管片軌跡相交，從而造成了以下兩個(gè)嚴(yán)重問(wèn)題：
①管片無(wú)法順利地安裝，只能放松管片間的連接螺栓或加墊片來(lái)解決問(wèn)題，從而增加了錯(cuò)臺(tái)和漏水的可能；
②管片迎水面在脫出盾尾時(shí)被盾殼擠壓，使得管片環(huán)向變形和前后錯(cuò)臺(tái)，更為嚴(yán)重的是盾尾被破壞而失去防水功能。
因此糾偏過(guò)程中應(yīng)盡量保持盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)不會(huì)有突變，運(yùn)動(dòng)軌跡應(yīng)盡量平順。盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)姿態(tài)調(diào)整與糾偏應(yīng)掌握下面幾個(gè)原則：①盾尾間隙控制為主，線形控制可以為輔；②在掘進(jìn)過(guò)程中一次糾偏量不能過(guò)大，即油缸行程差不能過(guò)大，應(yīng)控制在60mm左右
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