王青波 李 淵 張 飛 陳壽根

(1.中交二局第三工程有限公司，陜西 西安 710000；2.西南交通大學(xué) 交通隧道工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610031)

隨著地下工程迅速發(fā)展，雙護(hù)盾TBM以適用范圍廣、自動(dòng)化程度高、掘進(jìn)速度快等優(yōu)勢(shì)，逐漸用于地鐵隧道。但若地層巖體是軟巖層和堅(jiān)硬巖層混合的復(fù)合式地層，或者孤石群、長(zhǎng)距離上軟下硬等，直接采用TBM法施工的風(fēng)險(xiǎn)大、損耗高、易卡盾，故采用礦山法初支組合TBM法二襯的施工。

針對(duì)空推段管片錯(cuò)臺(tái)問(wèn)題，馮天煒[1]采取風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估理論，用廣義函數(shù)法建立地鐵隧道量化評(píng)估結(jié)果，為選取掘進(jìn)參數(shù)施工對(duì)策提供依據(jù)。鄧洋[2]對(duì)質(zhì)量缺陷采取分階段制定和優(yōu)化施工組織落實(shí)質(zhì)量控制措施。李錦富等[3]從滲漏水機(jī)理分析入手，分析其滲漏水的控制難點(diǎn)。毛紅梅[4]通過(guò)采用鋼質(zhì)復(fù)合牙作為臨時(shí)支頂裝置，保證了空推過(guò)礦山法成洞段的施工質(zhì)量。

在地鐵隧道施工中，管片質(zhì)量缺陷問(wèn)題始終未能很好解決，前人的分析總結(jié)主要集中在盾構(gòu)法，針對(duì)雙護(hù)盾TBM空推過(guò)礦山法的研究很少；本文結(jié)合工程實(shí)踐對(duì)雙護(hù)盾TBM空推段管片質(zhì)量缺陷作了控制研究，可為今后同類工程的施工提供一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

深圳市城市軌道交通8號(hào)線區(qū)間采用礦山法初支+TBM空推及TBM法施工，礦山法初支斷面分為A型、B型、C型及D型，初支厚度為150 mm；二襯為厚度400 mm的預(yù)制鋼筋混凝土管片，初支與二襯之間空隙采用豆粒石混凝土填充密實(shí)，厚度300 mm；管片內(nèi)徑為5.4 m，外徑6.2 m，管片厚度為0.4 m，管片襯砌環(huán)寬度為1.5 m，每環(huán)管片由3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)塊、2個(gè)鄰接塊和1個(gè)封頂塊組成，環(huán)向和縱向均采用M30螺栓連接，每環(huán)管片環(huán)向螺栓10根，縱向螺栓12根(見(jiàn)圖1)。

2 質(zhì)量驗(yàn)收及結(jié)果分析

2.1 驗(yàn)收方法

依據(jù)GB 50446—2017盾構(gòu)法隧道施工及驗(yàn)收規(guī)范，對(duì)TBM空推過(guò)礦山法段右線的前100環(huán)管片拼裝進(jìn)行驗(yàn)收，驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)及驗(yàn)收方法如表1所示。其中，滲漏水驗(yàn)收需符合GB 50208—2011地下防水工程質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范規(guī)定的方法和標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 驗(yàn)收結(jié)果分析

據(jù)驗(yàn)收結(jié)果資料整理和分析如下：

1)管片軸線糾偏：對(duì)管片姿態(tài)進(jìn)行測(cè)量，隧道軸線水平偏差數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和整理如圖2，圖3所示。前40環(huán)水平偏差為整體向左，后60環(huán)水平偏差整體向右趨勢(shì)，前45環(huán)垂直偏差為整體向下趨勢(shì)，后55環(huán)垂直偏差整體向上趨勢(shì)；隧道前100環(huán)范圍內(nèi)，8環(huán)，14環(huán)處軸線偏差最大，水平偏差為-38 mm，10環(huán)，11環(huán)垂直偏差最大，垂直偏差為-48 mm。規(guī)范規(guī)定范圍為100 mm。

2)管片錯(cuò)臺(tái)控制結(jié)果如圖4所示。對(duì)前100環(huán)管片拼裝偏差分析，最大錯(cuò)臺(tái)為：42環(huán)縱向錯(cuò)臺(tái)6 mm，28環(huán)環(huán)向錯(cuò)臺(tái)10 mm，最大錯(cuò)臺(tái)量為10 mm。均在規(guī)范要求的最大錯(cuò)臺(tái)量以內(nèi)。由表1可知，相鄰管片的環(huán)向錯(cuò)臺(tái)量小于15 mm，徑向小于10 mm。

3)管片表觀質(zhì)量及滲漏水控制：對(duì)前100環(huán)區(qū)間滲漏水檢測(cè)結(jié)果情況進(jìn)行總結(jié)，前100環(huán)管片表觀情況良好，僅2處管片發(fā)生輕微破損、1處發(fā)現(xiàn)環(huán)縫滲漏，對(duì)發(fā)生破損及滲漏處管片進(jìn)行了修補(bǔ)。

3 管片缺陷分析

3.1 管片錯(cuò)臺(tái)、上浮

管片錯(cuò)臺(tái)、上浮是指相鄰管片之間出現(xiàn)上下錯(cuò)落不平、左右偏差較大；或是同環(huán)管片之間，出現(xiàn)內(nèi)圓弧面不平整，凹凸不平的現(xiàn)象，如圖5所示。其產(chǎn)生原因從豆礫石方面、灌漿方面、拼裝方面、地下水和漿液壓力方面進(jìn)行分析。

豆礫石回填方面，管片拼裝完成后推出盾尾，由于空推過(guò)程中未能及時(shí)噴射豆礫石，或注漿不及時(shí)，導(dǎo)致管片與隧道初期襯砌之間的間隙填充不密實(shí)，使管片不均勻下沉。在灌漿方面，管片壁后注漿不及時(shí)、不充分等都會(huì)造成管片的錯(cuò)臺(tái)量增大。管片拼裝方面，未采取潤(rùn)滑措施的F塊強(qiáng)行插入，拼裝過(guò)程中，沒(méi)有按照由下至上左右交叉的原則進(jìn)行；拼裝完成后沒(méi)有及時(shí)將螺栓擰緊。除此之外，管片脫離盾體時(shí)，受到盾構(gòu)機(jī)殼體的擠壓力而造成管片錯(cuò)臺(tái)。地下水和漿液壓力方面，由于地下水位較高，初支后隧道內(nèi)存在大量滲漏水，故拼裝管片完成后，管片背后四周存在很大的水壓力，加上漿液前串的增加了管片背后的壓力，導(dǎo)致錯(cuò)臺(tái)和上浮現(xiàn)象。

3.2 管片破碎、崩壞

TBM空推過(guò)程中，管片外側(cè)與TBM外殼的接觸部位、管片內(nèi)側(cè)與標(biāo)準(zhǔn)塊、鄰接塊和封頂塊部位容易發(fā)生破損，如圖6所示。管片崩壞和破損的原因是多方面的，如在生產(chǎn)、運(yùn)輸過(guò)程中受擠壓、碰撞出現(xiàn)缺陷。拼裝時(shí)螺栓未擰緊導(dǎo)致拼裝縫隙過(guò)大，推進(jìn)過(guò)程中管片受力不均等造成崩角和破損。不均勻受力是盾尾與管片的間隙過(guò)小、TBM姿態(tài)調(diào)整時(shí)，輔助油缸行程差過(guò)大而導(dǎo)致，從而千斤頂撐靴頂在管片上不正，使管片內(nèi)側(cè)或外側(cè)的混凝土破損。此外，管片環(huán)脫出盾尾后，受到水和漿液的作用要上浮，而管片受到盾尾約束，使管片出現(xiàn)懸臂結(jié)構(gòu)，在盾尾附近受到的過(guò)大彎矩使管片開(kāi)裂，此案例往往出現(xiàn)在脫出盾尾后2環(huán)、3環(huán)處。

3.3 接縫、灌漿孔滲漏水

空推段TBM管片滲漏水，在構(gòu)造上，主要在管片的接縫、孔洞位置；缺陷處在破損、裂縫等位置。經(jīng)過(guò)大量的缺陷統(tǒng)計(jì)與工程經(jīng)驗(yàn)，以相鄰管片接縫處滲漏水最為嚴(yán)重，其次為注漿不密實(shí)的注漿孔，如圖7所示。滲漏水是綜合多方面引起的，有密封墊的部位缺陷、混凝土不密實(shí)、受力過(guò)大出現(xiàn)微裂紋、頂部塊位縱縫過(guò)寬等。有密封墊粘貼質(zhì)量不好、未形成密封防水帶、粘貼后脫落、外力不足、在粘貼密封墊后直接下井拼裝等造成該處滲漏水。當(dāng)管片錯(cuò)臺(tái)和上浮量大于最大設(shè)計(jì)值10 mm，管片之間有效面積接觸不足，不足以對(duì)密封墊提供有效擠壓力。密封墊錯(cuò)開(kāi)，或者發(fā)揮作用不足，造成管片滲漏水。此外，管片背后注漿不密實(shí)，對(duì)管片造成受力不均，局部變形過(guò)大，首道防水層失去作用而引起滲漏水。

3.4 管片軸線偏差超限

管片軸線偏差超限在曲線空推地段很突出，主要是由于在曲線轉(zhuǎn)彎段，推進(jìn)千斤頂沿垂直隧道軸線方向會(huì)產(chǎn)生橫向分力，導(dǎo)致管片受力不均勻，產(chǎn)生偏壓過(guò)大，造成橫向；還有用折線(管片)擬合曲線(線路)產(chǎn)生的誤差。此外，初期支護(hù)侵限處理不到位迫使管片軸線超限。

4 結(jié)合工藝分析控制要點(diǎn)

4.1 空推工藝

空推作業(yè)，TBM采用單護(hù)盾模式步進(jìn)，刀盤在主推進(jìn)油缸的推力作用下，伸縮盾伸開(kāi)，刀盤向前推進(jìn)，輔助推進(jìn)油缸頂推到已安裝好的管片上為掘進(jìn)機(jī)提供掘進(jìn)反力。當(dāng)?shù)侗P向前掘進(jìn)1.5 m時(shí)，同時(shí)進(jìn)行豆礫石充填及回填灌漿等工作；TBM停止掘進(jìn)，在尾盾的保護(hù)下，開(kāi)始進(jìn)行管片的安裝，與此同時(shí)，輔助推進(jìn)油缸縮回，每安裝完成一塊管片后，輔助推進(jìn)油缸伸出頂推到已安裝完成的管片上，直至該輔助推進(jìn)油缸全部頂推到位。

4.2 隧道超挖侵限控制

毛洞的開(kāi)挖，超挖欠挖很難保證。如果初期支護(hù)存在超挖或侵限，不僅管片會(huì)受力不均勻，質(zhì)量難以保證，襯砌斷面尺寸將難以保證，往往會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)臺(tái)和軸線超限問(wèn)題。針對(duì)初期支護(hù)超挖欠挖問(wèn)題，措施如下：

超挖大于20 cm，補(bǔ)噴混凝土處理，注意新老混凝土的結(jié)合，確保質(zhì)量的同時(shí)也要保證豆礫石注漿層的厚度在設(shè)計(jì)范圍。對(duì)個(gè)別點(diǎn)或者局部侵限小于20 cm的部位，對(duì)該部位進(jìn)行鑿除并抹漿。對(duì)大面積侵限大于20 cm的情況，經(jīng)研究決定，采取換拱方案，重新架設(shè)拱架并噴射混凝土，并在換拱部位打設(shè)注漿導(dǎo)管，注水泥—水玻璃雙液漿，縱向連接筋與格柵鋼架主筋進(jìn)行焊接連接，架設(shè)水平工字鋼支撐，掛網(wǎng)、打設(shè)鎖腳錨桿、噴射混凝土至設(shè)計(jì)厚度，如圖8所示。

4.3 管片拼裝控制

第一環(huán)管片是在工作井內(nèi)負(fù)環(huán)之后拼裝，其拼裝質(zhì)量，包括角度、平面位置、空間位置等對(duì)于隧道整體管片拼裝起到基準(zhǔn)面的作用。必須嚴(yán)格按照要求，精準(zhǔn)控制第一環(huán)管片的拼裝高程、方向、坡度等。在首環(huán)管片拼裝完成前，負(fù)環(huán)管片的拼裝、起始環(huán)管片拼裝質(zhì)量也關(guān)乎整體拼裝效果。

整體的拼裝效果是由整條隧道每一環(huán)甚至每一塊管片拼裝組合而成，橫向和縱向之間均未螺栓成整體，故螺栓及其施工質(zhì)量，往往是關(guān)乎到隧道襯砌軸線偏差和錯(cuò)臺(tái)的關(guān)鍵。因此，拼裝時(shí)分三次復(fù)緊螺栓，即：拼裝施工第一次及時(shí)擰緊連接螺栓；在千斤頂?shù)淖饔孟录磳⑼瞥龆芪?，第二次?fù)緊螺栓；當(dāng)整環(huán)管片推出盾尾后，第三次擰緊螺栓。

4.4 豆礫石回填灌漿控制

管片還未脫出盾尾，及時(shí)、足量地填充管片背后豆礫石，噴豆礫石遵守階梯式、對(duì)稱式和同步及時(shí)的原則，采用單液硬性漿液和雙液漿結(jié)合的注入方式，保證漿液的充填性、初凝時(shí)間與早期強(qiáng)度，以及限定范圍防止流失(漿液的稠度)的有機(jī)結(jié)合，使豆礫石的填充量盡量充分和飽滿，在管片與初期支護(hù)之間形成一個(gè)力的傳遞層，起到優(yōu)化協(xié)調(diào)變形和受力的作用，形成復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu)。同時(shí)防止注漿壓力過(guò)大使?jié){液流入盾體區(qū)域引起其他問(wèn)題。

4.5 軸線偏差超限糾偏控制

由于地層軟硬不均以及操作等因素的影響，TBM推進(jìn)不可能完全按照設(shè)計(jì)的隧洞軸線前進(jìn)，而會(huì)產(chǎn)生一定的偏差。當(dāng)這種偏差超過(guò)一定限界時(shí)就會(huì)使隧洞襯砌軸線偏差超限。軸線偏差超限的調(diào)整和糾正是一個(gè)漸變的過(guò)程，往往體現(xiàn)在連續(xù)幾環(huán)的錯(cuò)臺(tái)和上浮糾偏，細(xì)化到最后就是管片的糾偏，力爭(zhēng)使管片的環(huán)面與設(shè)計(jì)軸線接近垂直。

平面軸線糾偏采用左右千斤頂?shù)男谐滩顏?lái)控制，要做到勤測(cè)勤糾，糾偏量每環(huán)控制在10 mm以內(nèi)，避免過(guò)量糾偏使環(huán)縫加大而引起漏水。

5 缺陷治理措施

5.1 管片破損、崩壞處理

對(duì)大塊崩角部位鑿錨處理，用膨脹螺栓錨固及掛網(wǎng)，按照乳灰比1∶6拌合聚合物砂漿，注意新老面結(jié)合問(wèn)題，采用分層修補(bǔ)，每一層小于15 mm，每?jī)蓪有扪a(bǔ)間隔6 h～7 h，最后一層的面層涂刷3 mm～5 mm厚砂漿。對(duì)缺角、小崩角采用高強(qiáng)度地鐵管片專用修補(bǔ)材料進(jìn)行修補(bǔ)，按料水1∶(0.1～0.15)拌合SCM無(wú)收縮水泥加固料，人工灌注，如圖9所示。

5.2 滲漏水治理

吊裝孔滲漏小部位通過(guò)采用注單液漿來(lái)進(jìn)行堵水，水泥漿的水灰比取1∶1；對(duì)滲水量大或者注水泥漿未能有效防止吊裝孔滲漏水，采用水泥水玻璃雙液漿，水灰比取1∶1，水泥∶水玻璃體積比采用1∶(0.7～1)。

接縫和裂縫滲漏水治理采用壓力注漿法，灌注超細(xì)水泥漿及改性環(huán)氧樹(shù)脂漿液，用環(huán)氧樹(shù)脂膠泥縫外封閉處理。先注入超細(xì)水泥漿(配比水泥∶水=1∶1)，然后再注入改性環(huán)氧樹(shù)脂灌漿液，配比采用環(huán)氧樹(shù)脂∶鄰苯二甲酸二丁酯∶乙二胺∶(丙酮)=100∶22∶8∶(2～5)。

6 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合深圳軌道交通8號(hào)線空推段出現(xiàn)的管片缺陷問(wèn)題，尤其是管片錯(cuò)臺(tái)和上浮、缺陷滲漏水、管片崩角和局部破碎、管片軸線偏差超限等質(zhì)量缺陷進(jìn)行了原因分析；針對(duì)質(zhì)量缺陷的原因和工藝缺陷，對(duì)施工方法和措施提出了建議。通過(guò)實(shí)踐證明這些建議對(duì)于空推段管片質(zhì)量缺陷的控制是有效的。