李彥興

（中鐵科學(xué)研究院四川鐵科建設(shè)監(jiān)理有限公司）

1 隧道工程概況

麗水路站～清河路站區(qū)間隧道由南向北敷設(shè)，沿線主要為工業(yè)區(qū)與高壓防護(hù)綠地，下穿菱湖公園。

區(qū)間隧道采用單層管片襯砌，材料為鋼筋混凝土。管片內(nèi)徑5400mm、外徑6000mm，厚度為300mm。管片拼裝采用六分塊方案：三塊標(biāo)準(zhǔn)塊，兩塊鄰接塊，一塊封頂塊。管片組合方式為通用型管片，拼裝方式為錯(cuò)縫拼裝，管片接頭采用彎螺栓。

1.1 地質(zhì)概況

盾構(gòu)隧道掘進(jìn)范圍內(nèi)土層為黏土⑥2、粉質(zhì)黏土⑥3、全風(fēng)化泥質(zhì)砂巖⑩1、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖⑩2、中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖⑩3層。

盾構(gòu)穿越范圍內(nèi)以黏性土為主，呈硬塑～堅(jiān)硬狀，粘塑性好，土體強(qiáng)度較高，土層黏聚力高，另第⑥2層黏性土具有弱膨脹性。

區(qū)間盾構(gòu)隧道范圍內(nèi)分布風(fēng)化巖層，強(qiáng)度較高，勘察揭示⑩3層中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖最大飽和單軸抗壓強(qiáng)度為6.73MPa。

1.2 水文地質(zhì)

擬建工程區(qū)內(nèi)地下水主要為第四系孔隙水及基巖裂隙水。

第四系孔隙水主要賦存于人工填土中，以上層滯水為主，水量微弱。黏性土層分布廣泛，埋深淺，成層性較好，透水性和富水性均較弱。根據(jù)鉆探揭露顯示，主要接受大氣降水、灌溉水、河流流水、生活廢水、雨水、污水等地下管線漏水垂直滲漏補(bǔ)給。排泄方式為蒸發(fā)、向下補(bǔ)給潛水和人工抽降地下水。

基巖裂隙水主要賦存于巖石強(qiáng)、中等風(fēng)化帶中?；鶐r的含水性、透水性受巖體的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、裂隙發(fā)育程度等控制，由于巖體的各向異性，加之局部巖體破碎、節(jié)理裂隙發(fā)育，導(dǎo)致巖體富水程度與滲透性也不盡相同。擬建工程區(qū)間上方有菱湖公園人工湖，裂隙水較發(fā)育。

2 下穿菱湖期間管片上浮情況

下穿菱湖公園段時(shí)發(fā)現(xiàn)，左右線均發(fā)生管片上浮情況，其上浮的態(tài)勢(shì)非常相似，出現(xiàn)上浮趨勢(shì)較大、管片連續(xù)上浮的共性。本次取例的管片主要為上浮至超限位置管片區(qū)段，上浮趨勢(shì)呈曲線形式發(fā)展，但并不是單純以單峰值形式出現(xiàn)，在未及時(shí)處理或采取處理措施不當(dāng)未能抑制上浮繼續(xù)發(fā)生的情況下，上浮趨勢(shì)會(huì)呈連續(xù)波浪形式發(fā)展，右線隧道管片侵限量比左線隧道少，雖發(fā)現(xiàn)后及時(shí)采取措施處理，但未能抑制上浮趨勢(shì)，導(dǎo)致出現(xiàn)波浪形式變化。左右線管片上浮量見表1、表2。

表1 左線上浮統(tǒng)計(jì) （mm）

表2 右線上浮統(tǒng)計(jì) （mm）

3 管片上浮原因分析

3.1 硬塑型粉質(zhì)粘土對(duì)盾構(gòu)施工的影響

盾構(gòu)機(jī)刀盤直徑大于盾體直徑，盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)過程中，管片與地層之間會(huì)有14cm寬的建筑空隙。由于硬塑型粉質(zhì)粘土自穩(wěn)能力強(qiáng)，地層基本不會(huì)坍塌，刀盤經(jīng)過之后與管片之間的空腔就一直存在。盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，刀盤前方的水以及一部分氣體會(huì)經(jīng)過盾體外側(cè)流通到管片背后，影響盾構(gòu)同步注漿質(zhì)量，管片背后的空隙填充不飽滿，漿液中的水得不到滲透，短時(shí)間漿液達(dá)不到凝固狀態(tài)，管片得不到自穩(wěn)定，就會(huì)產(chǎn)生管片上浮、錯(cuò)臺(tái)和破損現(xiàn)象。

3.2 地層中裂隙水影響

區(qū)間上方為菱湖公園人工湖，湖底距離隧道拱頂約6m。地層中裂隙水較多，盾構(gòu)掘進(jìn)一段距離后，地層中裂隙水逐漸匯集到管片壁后，很容易形成浮力。對(duì)于剛拖出盾尾的管片可能馬上就被游離態(tài)的水包圍，從而更容易形成水浮力。

3.3 同步注漿漿液影響

當(dāng)管片脫離盾尾時(shí)，根據(jù)阿基米德原理F浮力=ρ液gV排，如果同步注漿漿液不能及時(shí)初凝并達(dá)到一定的早期強(qiáng)度，管片被包圍在漿液中，會(huì)產(chǎn)生比水更大的浮力。在管片脫出盾構(gòu)過程中，隨著漿液的注入及地層中水的逐漸匯集，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)動(dòng)態(tài)的上浮力。同步注漿量及地層中裂隙水匯集量的多少會(huì)影響動(dòng)態(tài)上浮力，導(dǎo)致管片不均勻上浮而造成管片錯(cuò)臺(tái)破損。因此如果砂漿不能及時(shí)凝固對(duì)管片產(chǎn)生約束，管片就一直處于懸浮狀態(tài)，就有上浮的可能[1]。

3.4 盾構(gòu)機(jī)推力影響

盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)過程中需要通過調(diào)整各組油缸推力來達(dá)到糾偏目的，以符合設(shè)計(jì)軸線要求。但受盾構(gòu)機(jī)自重影響，盾構(gòu)機(jī)下部油缸推力一般大于上部油缸推力，特別是在下坡階段，盾構(gòu)機(jī)下部油缸推力增大將在線路設(shè)計(jì)軸線法線上產(chǎn)生一個(gè)向上的分力，這個(gè)分力結(jié)合管片壁后水與砂漿產(chǎn)生的浮力將加大管片上浮量[2]。

4 管片上浮技術(shù)控制措施

4.1 前期控制措施

4.1.1 同步注漿配合比調(diào)整

為縮短同步注漿漿液凝固時(shí)間，及時(shí)有效地包裹管片和約束管片上浮，采用如表3配合比。

表3 同步注漿配合比

該配比下砂漿特性如下：

⑴漿液凝固時(shí)間

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)取樣，該配合比砂漿初凝為2～3.5小時(shí)，終凝6～7小時(shí)，砂漿和易性及流動(dòng)性良好。

⑵砂漿比重

使用比重儀測(cè)定該配合比的砂漿比重為1.78㎏/m3、1.77㎏/m3（兩次測(cè)定），使用量筒（3L）及電子秤計(jì)算出砂漿比重為（7537.4－1800.5）/3=1.91㎏/m3。

⑶砂漿質(zhì)量體積法測(cè)量比重及收縮率

采用3L量筒裝滿砂漿，砂漿凝固前重量為(7537.4－1800.5)g(皮重)，凝固后重量為(7433.4－1800.5)g(皮重)，質(zhì)量損失約0.104㎏，收縮的凹槽使用量杯加水，加水0.110L。因此，砂漿體積收縮率為0.110/3×100%=3.7%，干砂漿比重為（7433.4－1800.5）/(3-0.110)=1.95㎏/m3。

⑷砂漿稠度

采用砂漿稠度儀測(cè)量砂漿稠度，該配合比砂漿稠度為110～140mm，二次測(cè)試分別為130mm、128mm。

4.1.2 砂漿+水玻璃性能試驗(yàn)

為縮短砂漿凝固時(shí)間，讓管片脫出盾尾后及時(shí)受到硬性物質(zhì)約束，減小管片上浮，特做本次試驗(yàn)。

試驗(yàn)過程：

砂漿+水玻璃為10:1充分?jǐn)嚢琛?/p>

使用量杯取砂漿1000ml，純水玻璃100ml，加入桶內(nèi)充分?jǐn)嚢瑁瑑纱卧囼?yàn)均在50～60s間迅速凝固。

試驗(yàn)小結(jié)：

⑴砂漿+水玻璃交錯(cuò)注入能夠加快同步砂漿凝結(jié)時(shí)間，砂漿+水玻璃在接觸面快速形成骨架層，減小砂漿向刀盤流動(dòng)量。（可以考慮管片開孔注同步雙液漿，能夠提前在混合器內(nèi)混合，減少交叉注入出現(xiàn)的混合不均勻的現(xiàn)象。）

⑵10:1=砂漿:水玻璃摻量能夠使砂漿較快凝固。

4.2過程中控制措施

4.2.1 密封環(huán)施工

地層中裂隙水較多，形成水流匯流至剛脫出盾尾的管片壁后，造成砂漿凝固時(shí)間加長(zhǎng)，管片持續(xù)上浮。因此，在管片脫出后備套后，及時(shí)進(jìn)行密封環(huán)施工，截?cái)喙芷蟛縼硭?，保證管片壁后是砂漿包裹管片。密封環(huán)施做時(shí)注意以下幾點(diǎn)：

⑴密封環(huán)要求脫出后備套后每十環(huán)進(jìn)行一次，除封頂塊之外，每個(gè)孔都需要進(jìn)行注漿。

⑵密封環(huán)采用水泥+水玻璃雙液漿形式，水泥:水=1:1，水泥漿:水玻璃=1:1。

⑶下穿菱湖掘進(jìn)時(shí)上部土倉(cāng)壓力參數(shù)如下：

左線盾構(gòu)機(jī)下穿菱湖公園段期間土倉(cāng)壓力情況見圖1。

圖1 左線上部土倉(cāng)壓力統(tǒng)計(jì)圖

右線盾構(gòu)機(jī)下穿菱湖公園段期間土倉(cāng)壓力情況見圖2。

圖2 右線上部土倉(cāng)壓力統(tǒng)計(jì)圖

麗清區(qū)間下穿菱湖期間，盾構(gòu)機(jī)土倉(cāng)壓力總體控制在0.8～1.3bar之內(nèi)。根據(jù)左、右線過湖期間上部土壓力與湖面異常情況綜合分析，土壓力大于1.1bar時(shí)，湖面有輕微冒泡，土壓控制在0.8～0.9bar，湖面基本無異常，未見冒泡現(xiàn)象，同時(shí)區(qū)間右線將泡沫流量降低至500L/min，膨脹率降低至3%，對(duì)控制湖面冒泡有明顯作用。

結(jié)合以上情況，注漿量采用注漿壓力及注漿量雙重控制原則，當(dāng)注漿壓力達(dá)到0.3MPa或整環(huán)注漿量達(dá)到3m3時(shí)，即停止注漿。

4.2.2 同步注漿

同步注漿漿液采用水泥:細(xì)骨料:水:粉煤灰:膨潤(rùn)土=200:720:450:360：50的比例進(jìn)行拌制。該漿液具有和易性及流動(dòng)性良好、初凝時(shí)間短、收縮率小、有一定的早期強(qiáng)度等特點(diǎn)。同步注漿時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

⑴每環(huán)同步注漿量不低于5m3，同時(shí)注意注漿壓力不大于3bar，防止注漿壓力過大漿液竄流至刀盤。

⑵注漿司機(jī)在掘進(jìn)過程中時(shí)刻關(guān)注掘進(jìn)速度，注意注漿速度要與掘進(jìn)速度匹配，保證漿液均勻填充管片壁后空隙。

⑶管片上浮量較大階段，可采用上部?jī)陕纷{量加大、下部?jī)陕纷{量減少的方式進(jìn)行注漿，可抵消部分管片動(dòng)態(tài)上浮力。

⑷由于該配合比漿液初凝時(shí)間較短，要求每個(gè)班組必須每天清洗一次注漿系統(tǒng)，包括砂漿罐、下料口、注漿管，保證同步注漿質(zhì)量。

4.2.3 二次注漿

二次注漿水泥采用P·042.5普通硅酸鹽水泥，水玻璃為35°Bé，配比為：水泥:水=1:1，水泥漿:水玻璃=1:1。

⑴二次注漿目的

①縮短砂漿凝固時(shí)間，讓砂漿從液體盡快轉(zhuǎn)換成固態(tài)，增加對(duì)管片的約束力。

②填充管片壁后上部注漿不夠飽滿的空隙，防止上部空隙過大，下部漿液產(chǎn)生浮力。

③作為襯砌防水的第一道防線，提供長(zhǎng)期、均勻、穩(wěn)定的防水功能，同時(shí)能截?cái)喙芷蟛縼硭?/p>

④二次注漿時(shí)分解部分管片上浮力。

⑵二次注漿技術(shù)要求

①當(dāng)管片脫出盾尾第三環(huán)位置開始進(jìn)行二次注漿，二次注漿應(yīng)在掘進(jìn)過程中進(jìn)行，讓同步注漿漿液與雙液漿更好地混合。

②注漿頻率根據(jù)當(dāng)前階段上浮量來確定，當(dāng)上浮量大于4cm時(shí)每環(huán)進(jìn)行一次二次補(bǔ)充注漿，小于4cm時(shí)，每?jī)森h(huán)進(jìn)行一次二次注漿。

③二次注漿開始階段只注入水玻璃，讓水玻璃與砂漿混合，結(jié)束階段采用注水泥+水玻璃雙液漿形式封口。

④注漿點(diǎn)位置選擇在隧道3～9點(diǎn)以上部位，注漿時(shí)采用注漿量與注漿壓力雙重控制原則，注漿壓力不超過0.3MPa，每環(huán)二次注漿量不大于1m3。

4.2.4 盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)控制

盾構(gòu)推進(jìn)中，過量的蛇形運(yùn)動(dòng)造成的糾偏過程會(huì)使管片環(huán)面受力不均以及周圍土體擾動(dòng)，所以要控制好盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)，發(fā)現(xiàn)偏差時(shí)應(yīng)逐步糾正，控制油壓差不宜過大，與盾構(gòu)中心線相對(duì)稱區(qū)域的千斤頂油壓差應(yīng)小于70bar，其伸出長(zhǎng)度差應(yīng)小于70mm。盾構(gòu)主司機(jī)在盾構(gòu)糾偏時(shí)要采取“勤糾、少糾”原則，不得過急過猛地糾正偏差，每環(huán)糾偏量不大于5mm。

4.2.5 盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)速度控制

掘進(jìn)速度的控制也直接影響到管片上浮的程度。一般情況下，推進(jìn)速度很快，會(huì)導(dǎo)致同步注漿漿液跟不上推進(jìn)的步伐，造成管片外的建筑空隙充填不密實(shí)，漿液也不能及時(shí)地提供一定的強(qiáng)度限制管片位移，所以一般以緩慢推進(jìn)為宜，推進(jìn)速度不大于50mm/min，以確保管片在脫出盾尾后不會(huì)因漿液的問題而產(chǎn)生不穩(wěn)定的位移。

4.2.6 出渣量控制

盾構(gòu)掘進(jìn)過程中嚴(yán)格控制出渣量，在渣量超出設(shè)計(jì)值(連續(xù)兩車出渣油缸行程小于300mm)，或者出渣量無法有效控制時(shí)，應(yīng)立即停機(jī)并分析原因，采取相應(yīng)控制措施。

4.2.7 盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)高程控制

在施工過程中，根據(jù)檢測(cè)到的管片上浮的統(tǒng)計(jì)值，通過和隧道設(shè)計(jì)軸線的比較，發(fā)現(xiàn)管片上浮較嚴(yán)重時(shí)，及時(shí)將盾構(gòu)掘進(jìn)高程降至設(shè)計(jì)軸線以下30～50mm，以此來抵消后續(xù)掘進(jìn)的管片上浮值，使隧道軸線最大程度地接近設(shè)計(jì)軸線。

4.2.8 管片姿態(tài)測(cè)量

在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，測(cè)量組每天需要進(jìn)行一次管片測(cè)量，測(cè)量范圍為拖出盾尾30環(huán)位置，每天將測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、處理、上報(bào)，相關(guān)技術(shù)人員及時(shí)分析當(dāng)前階段管片上浮量，及時(shí)采取相應(yīng)的處理措施，嚴(yán)控管片上浮。

5 結(jié)語(yǔ)

在本標(biāo)段已完成的下穿菱湖公園段掘進(jìn)情況來看，在裂隙水較大的泥質(zhì)砂巖與硬塑型粉質(zhì)粘土中掘進(jìn)時(shí)，截?cái)喙芷蟛縼硭?、保證漿液有效填充管片壁后空隙、縮短管片壁后砂漿凝固時(shí)間是控制管片上浮的三個(gè)關(guān)鍵因素。在通過采取密封環(huán)施工+同步注漿+二次注漿三重控制的措施下，基本上能有效控制管片上浮。