中国 技信息２０１ ４年第１３期ＣＨＩＮＡ ＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ Ｊｕｎ．２ｏ１４ 工程技术推广 那利１韦彭显晓 郝利伟 天津市地下铁道集团有限公司 ３０００５１ 本文总结阐述了盾构法在施工过程中经常遇到的一些质量缺陷，包括隧道渗漏、管片 裂纹 管片破桶 管片扭转 瞬ｉ酋轴线偏差知她表沉降与隆缸．分析了Ｌ王术盾号缺陷产生 Ｄｏｌ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－８９７２．２０１４．１３．０２０ 盾构法施工常见质量缺陷及原因 概述 ｍｍ，为了确保模具的完好和精度，通常生产４００～５００ 盾构法（Ｓｈｉｅｌｄ Ｍｅｔｈｏｄ）是一种机械化的暗挖施工方 块管片后就要对钢模进行必要的检修。 法，盾构机在地层中掘进，借助盾构机的外壳和衬砌管片 ２）施工工艺以及后续操作不当引起的管片渗漏。首 支承隧道围岩，同时用切削装置在开挖面前方进行土体开 先是管片背后注浆的施工，管片背后注浆是防水工程的一 挖，通过出土设备运出隧道，借助千斤顶在盾构机后部加 项重要环节，实施得好与坏，将直接影响到隧道施工的质 压顶进够一环管片的长度，及时拼装预制混凝土管片形成 量，这早已被大量的工程实践证实。即使管片背后注浆一 隧道结构。盾构法的施工原则就是尽可能在不扰动围岩的 般用来控制地面的下沉，却实际上也是隧道防水的第一道 前提下完成施工，从而最大限度地减少对地面建筑物及地 防线。所以较少的注浆量不仅会造成隧道产生较大的后期 下埋设物的影响。使用盾构法施工有许多优点：除施工竖 沉降，也会导致渗漏水情况的发生。其次是掘进过程中盾 井以外，作业面均在地下，既不会影响到地面交通，又可 构姿态不当引起的渗漏，盾构机在施工前一环管片时的姿 以降低对周边居民的振动及噪声影响；盾构的推进、出土、 态较差，将会直接影响后一环管片的施工质量，容易造成 拼装衬砌等主要工序是循环进行的，施工过程便于管理， 管片之间错位，相邻管片的止水带不能正常的重合压紧， 作业人员也相对较少；土方量比明挖法少；下穿河流时不 从而导致渗漏。 会影响河道航运；施工作业不受制于气候条件；当场地地 ３）管片选型不当引起的渗漏。当盾尾间隙不均匀或过 质条件较差、地下水位较高，儿隧道埋深较大时，盾构法 小，且管片选型不当时，在掘进的过程中容易造成管片外 表现出较高的技术经济优越性。在城市市区建筑公用设施 壁甚至止水条损坏，造成渗漏水情况的发生。因此盾构管 密集，交通繁忙，明挖隧道施工对城市生活干扰严重，特 片选型的原则是：首先考虑线路的特点，再依据盾构机的 别在市中心，若隧道埋深较大，且地质条件复杂时，用明 姿态、千斤顶行程差和盾尾的间隙来选型。 挖法建造隧道很难实现，而盾构法施工却具有明显的优点。 ４）操作不当引起的渗漏。水平插入封顶块时，因为掘 但施工中的一些质量缺陷问题需要引起重视和及时处理， 进的行程不足造成封顶块插入时较困难，进而造成封顶块 如衬砌环的渗漏、裂纹、错台、破损、扭转以及隧道轴线 处止水条破损导致渗漏。所以拼装封顶块前应先测量宽度 偏差和地表沉降与隆起等，本文对上述问题产生的原因进 是否满足，宽度不满足时需要调整，严禁强行将其插入。 行了分析，并提出了预防和处理上述问题的方法与建议。 插入时可以在橡胶止水条上涂抹适量的润滑剂，但应保证 使用的润滑剂不会对止水条的性能造成不良影响。管片之 １隧道渗漏 间的连接螺栓如果没有拧紧将会造成管片接缝扩大，一旦 盾构法隧道施工中衬砌环的渗漏现象在目前施工中普 掘进停止管片的轴向受力会减小甚至呈现出松弛的状态。 遍存在，造成渗漏现象的原因有很多，其中主要原因归纳 因此管片拼装时要拧紧连接螺栓，并在掘进过程中及时对 有以下几点。 后续管片的连接螺栓进行确认并复紧。千斤顶撑靴摆放不 １）管片自身存在渗漏水现象。造成管片自身出现渗 正导致止水条脱落或破损也会造成漏水。此外管片在运输 漏水的原因主要有两个方面：首先是制作管片的混凝土质 和吊运过程中造成掉角、损边等情况，导致管片在破损处 量有缺陷，混凝土使用的配合比、采用的浇捣工艺、养护 不能很好的密贴也会造成管片渗漏。 方法和时间以及各种外加剂掺加量等都与管片的自防水 效果密切相关；其次是管片的制作精度，国内外的盾构隧 ２管片裂纹 道施工经验表明，使用高精度的钢模可以大大提高管片的 盾构管片产生的裂纹在盾构施工中存在较多不利因 制作精度。通常要求钢模的随机合模精度应高于管片的精 素，如在管片开裂处漏水、崩裂掉角，在运营期漏水导致 度，常用的管片精度要求宽度为４－ｌｍｍ或弧长４～０．５ 混凝土脱落甚至会给运营带来很大的安全隐患，减少使用 —６９一 工程技术推厂 中国科技信总２０ｆ４年第１３期ＣＨＩＮＡ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ Ｊｕｎ．２０１４ 触的千斤顶带动管片产生扭转；管片螺栓孔径的尺寸误差 积累或一个方向的拼装次数明显多于另一方向；在线路的 寿命。在管片上出现的有代表性的裂纹主要有正向和负向 两种，正向裂纹位置主要位于隧道的中部以上，裂纹的开 １７１方向与盾构的掘进方向一致，这种裂纹所占比例较大； 转弯段，盾构推进千斤顶产生不对称的横向分力，对管片 造成附加的扭矩。刀盘和管片安装设备朝两个方向的旋转 保持基本的平衡能够减少衬砌环发生的扭转，另外施工时 还可以借助加强衬砌环的抗扭转能力来减少甚至消除衬砌 环的扭转。 负向裂纹相对于正向裂纹出现的相对较少，如果出现也相 对比较集中。产生裂纹的原因有以下几种。 １）管片在生产、运输过程中产生裂纹。第一阶段是在 盾构管片的制作过程中和管片脱模后的养护过程中处理不 当造成的开裂，在管片表面产生的裂纹能够目测到；第二 阶段则是在养护２８ ｄ以后，在吊卸、出厂运输和使用过 程中出现的细微裂纹，管片受到较大的集中力作用，细微 的裂纹就会迅速的扩展。在地质特点、管片配筋、混凝土 的配合比等相类似的情况下，使用喷淋养护的管片，当总 推力达到１２００ｔ￣ｌ５００ｔ时，开始出现裂纹，而蓄水养护的 ５隧道轴线的偏差 大多数情况下，盾构隧道的轴线偏差是普遍现象，也 是永久性的质量问题，发生隧道轴线偏差的主要原因有： １）掘进盾构姿态控制的原因：施工人员的盾构姿态控 制有误，导致较大的轴线偏差；使用的掘进指令有误，没 管片完好无缺，蓄水养护的管片甚至在推力达到２８００ｔ时， 仍未发现裂纹，表明在管片的生产过程中，养护是很关键 的。国内目前大多采用水泥含量超过４００ ｋｇ／ｍ的Ｃ５０ 混凝土管片，只有通过７ ｄ以上的蓄水养护，充分进行水 化作用，才能增强混凝土的密实度，从而更有效的从源头 控制管片出现裂纹。 ２）管片在施工过程中出现裂纹。这个阶段的开裂主要 是由于作用于管片上的力造成的。作用在管片上的力主要 分为掘进推力和注浆压力两种，作用力过大或者不均匀均 有前瞻性；测量误差甚至错误引发不合理的姿态控制指令 导致轴线产生偏差。 ２）地质条件的原因：场地地质情况导致轴线偏差，这 种情况一般容易发生在微风化或中风化的地层中，上述地 层地下水含量丰富，并且盾构的掘进姿态难以控制，在这 种地层中控制盾构的姿态一般应提前向与轴线偏差相反的 方向进行预控制，同时进行相应的处理，如注双液浆对地 层进行改善。 会造成管片出现裂纹。首先土仓压力调整不当会导致总推 力逐渐加大，随着掘进推力的逐渐加大管片的开裂几率也 将开始加大；其次是在拼装预制管片前盾尾没有充分清理 干净，导致管片之间的接缝夹有杂物，进而导致整环管片 的连接面不平整，盾构推进时因管片受力不均匀，造成应 力集中而产生裂纹。或是管片拼装的过程中因拼装的顺序 或者管片的类型选择不合理造成连接环面不平整，导致应 ３）衬砌环后背注浆的原因：在掘进的过程中均进行了 同步注浆，由于同步注浆的浆液初凝时间较长，导致浆液 的初期强度不能满足限制隧道上浮的要求，造成隧道上浮 形成轴线偏差。 ６地表沉降与隆起 地表沉降或隆起一般容易出现在软土或砂层地质中。 如果在隧道上部有管线、道路或是建筑物，会因地表的沉 降或隆起会引起管线断裂、交通中断，导致地面建筑物的 不均匀沉降、开裂，甚至倒塌，产生较大的负面社会影响。 地面的沉降与隆起有以下几点主要原因。 力集中而出现裂纹。另外在进行管片后背的二次注浆时， 注浆压力太高也会导致管片出现裂纹。 ３）已完成的隧道上浮也会造成管片产生裂纹。在中风 化或者微风化的地层中掘进，盾尾同步注浆浆液未及时凝 固或注入量不够，会造成不同程度的隧道上浮，不均匀的 １）掘进的过程中出土量控制的原因：通常情况下，盾 构推进一环的出土量是固定不变的，但地层不同土的松散 系数也是不同的，一旦在掘进的过程中发生超挖造成出土 量过大，必定会导致地面不同程度的下沉。 ２）衬砌环壁后注浆量的原因：对衬砌环壁后同步注浆 上浮会造成管片出现裂纹。 ３管片破损 般情况下的管片破损是由于操作不当而造成的，大多 表现在管片的端面与吊装孔的位置。主要原因有：吊运与拼 一通常对地面的下沉有很好的控制效果，如果掘进时出土量 较大而注浆量较少，或是由于浆液的凝缩量过大均会导致 地表沉降。反之，如果过大的注浆量将会导致地面的隆起。 ３）地质条件的原因：盾构在砂层地质段掘进时，如果 发生塌方或者喷涌而导致难以控制出土量时将会发生地表 装时发生的碰撞；盾构的管片安装机构控制不当导致吊装孔 附近的混凝土破损；姿态调整过程中，急于进行纠偏导致管 片之间错台，造成管片的外壁或者螺栓孔处发生破坏；管片 发生较大扭转时，推进千斤顶的撑靴偏离了盾构管片上的抗 剪加强区，造成管片端部的混凝土发生开裂破损。 沉降；还有一种情况就是在富含地下水的地层中因为水土 流失同样也会出现较大的地表沉降。 ４管片扭转 管片扭转虽然并不会直接影响到结构的质量与使用， 但是扭转可能会造成管片的端部与千斤顶作用面接触的受 压区混凝土开裂破损或者接缝处的两块相邻管片蹦角。导 致管片发生扭转的原因主要有：盾构刀盘长时间的朝同一 ７结语 本文针对盾构在施工中容易出现的一些质量缺陷进行 了归纳总结，并对其出现的原因进行了分析。为盾构施工 中有预见性的进行管控提供了经验，减少或避免出现质量 事故；为从事隧道或地下工程的工作人员提供一些合理化 的建议。 ７０— 个方向旋转，盾构机在反作用扭矩影响下，通过与管片接 一