臧士文

（深圳地鐵建設(shè)集團(tuán)有限公司 深圳 518000）

0 引言

城市地鐵區(qū)間線(xiàn)路建設(shè)目前多以盾構(gòu)法施工為主，盾構(gòu)施工具有保證現(xiàn)有交通正常運(yùn)行及施工安全、無(wú)需遷移管線(xiàn)、施工效率高等優(yōu)點(diǎn)。隧道成型質(zhì)量通病為管片破損及錯(cuò)臺(tái)、成型隧道滲漏水，在復(fù)合地層中表現(xiàn)尤為突出，對(duì)施工和運(yùn)營(yíng)的影響日益突顯并直接影響到工程質(zhì)量。深圳地區(qū)地處多變地層，深圳地鐵6 號(hào)線(xiàn)松崗公園站-溪頭站盾構(gòu)隧道區(qū)間母巖以花崗巖為主，巖層上部主要為較大片的濱海沖積平原，盾構(gòu)穿越長(zhǎng)距離全斷面硬巖、長(zhǎng)距離上軟下硬、孤石區(qū)及軟土復(fù)合地層，給管片成型隧道質(zhì)量控制帶來(lái)了諸多難度。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)、深入研究、精心組織，松崗公園站-溪頭站盾構(gòu)區(qū)間施工完成后質(zhì)量基本無(wú)缺陷，得到了業(yè)內(nèi)好評(píng)。本文就此區(qū)間盾構(gòu)施工管片成型質(zhì)量做分析，探討深圳片區(qū)管片成型質(zhì)量的控制方法，為今后類(lèi)似的工程建設(shè)質(zhì)量控制提供參考。

1 工程概括

深圳地鐵6 號(hào)線(xiàn)松崗公園站-溪頭站盾構(gòu)區(qū)間為全盾構(gòu)法施工隧道，區(qū)間全長(zhǎng)992.1 m；隧道頂板埋深9.6～13.8 m，隧道平面曲線(xiàn)半徑最小為2 000 m，左右線(xiàn)間距14.2～17.8 m，最大縱坡為0.46%。盾構(gòu)隧道采用C50、P12鋼筋混凝土管片襯砌，管片外徑6 000 mm，內(nèi)徑5 400 mm，厚300 mm，環(huán)寬1.5 m，為“3+2+1”型（3塊標(biāo)準(zhǔn)塊、2塊鄰接塊和1塊封頂塊）。

隧道洞身主要穿越強(qiáng)～微風(fēng)化砂巖、中等風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖和全～中風(fēng)化混合花崗巖、孤石、軟土等地層。其中上軟下硬地層長(zhǎng)度為312.20 m，全斷面硬巖長(zhǎng)度為716.48 m，孤石區(qū)長(zhǎng)度為149.24 m，軟土地層長(zhǎng)度為805.524 m。本區(qū)間地下水位埋深1.70～6.70 m，水位高程-3.65～8.15 m。以孔隙潛水為主，局部地段具微承壓性，主要由大氣降水補(bǔ)給，水量較豐富。區(qū)間平面、斷面如圖1所示。

圖1 區(qū)間平面和斷面Fig.1 Interval Plan and Section （mm）

2 盾構(gòu)隧道質(zhì)量控制分析

2.1 盾構(gòu)姿態(tài)趨向控制分析

在全斷面硬巖、上軟下硬、孤石復(fù)合地層掘進(jìn)盾構(gòu)容易出現(xiàn)“卡殼”、蛇形掘進(jìn)，刀片磨損嚴(yán)重、掘進(jìn)困難等問(wèn)題，導(dǎo)致盾構(gòu)姿態(tài)難以控制［1］。盾構(gòu)機(jī)趨向變化直接影響盾尾間隙變化，如果盾構(gòu)機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡波動(dòng)幅度過(guò)大，盾尾產(chǎn)生較大的徑向位移，將導(dǎo)致管片與盾尾間隙不均勻，造成管片拼裝困難，易出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)、破損、上浮及滲漏水現(xiàn)象，如圖2所示。

圖2 管片上浮示意圖Fig.2 Schematic Diagram of Segment Floating

2.2 管片拼裝、注漿控制分析

管片拼裝是控制管片錯(cuò)臺(tái)的重要環(huán)節(jié)［2］，管片拼裝手操作熟練程度及責(zé)任心直接影響管片拼裝成型的質(zhì)量。例如：管片拼裝前盾尾的雜物沒(méi)有清理干凈；管片拼裝時(shí)管片未旋轉(zhuǎn)到位，強(qiáng)行插入螺栓；管片拼裝完成后、管片脫出盾尾后沒(méi)有及時(shí)復(fù)緊螺栓；封頂塊強(qiáng)行插入；管片內(nèi)翻、外翻等不規(guī)范的拼裝作業(yè)，都是導(dǎo)致管片錯(cuò)臺(tái)不可忽視的直接因素。掘進(jìn)過(guò)程中同步注漿填充不飽滿(mǎn)，特殊段地層段掘進(jìn)時(shí)因地下水較為豐富漿液不能及時(shí)凝固，導(dǎo)致管片上浮或偏移［3］。在組織二次注漿過(guò)程中因注漿壓力過(guò)大，導(dǎo)致管片出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)及破損。

3 質(zhì)量控制措施

3.1 盾構(gòu)掘進(jìn)控制技術(shù)

3.1.1 掘進(jìn)模式及參數(shù)設(shè)定根據(jù)區(qū)間地質(zhì)情況，在上軟下硬地層、孤石及軟土地層掘進(jìn)時(shí)采用土壓模式掘進(jìn)，在全斷面硬巖地層掘進(jìn)時(shí)采用敞開(kāi)模式掘進(jìn)［4］。 通過(guò)以往施工經(jīng)驗(yàn)與本工程地質(zhì)水文情況，制定相關(guān)掘進(jìn)參數(shù)，并在施工過(guò)程中根據(jù)監(jiān)測(cè)、成型隧道姿態(tài)對(duì)掘進(jìn)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。本區(qū)間各地層的掘進(jìn)控制參數(shù)如表1所示。

表1 各地層掘進(jìn)參數(shù)Tab.1 Excavation Parameters of Each Stratum

3.1.2 出土量控制

編制每環(huán)出土量統(tǒng)計(jì)表，每環(huán)掘進(jìn)前工作人員應(yīng)檢查土箱內(nèi)是否清理干凈，該環(huán)掘進(jìn)完成后，再根據(jù)土箱內(nèi)渣土高度計(jì)算出渣土方量（若掘進(jìn)前土箱內(nèi)有剩余渣土，計(jì)算時(shí)應(yīng)減去該部分），每環(huán)檢測(cè)不少于6次。

若出渣量超出管理范圍值后，應(yīng)立即停機(jī)，對(duì)該段地面位置進(jìn)行巡查及監(jiān)測(cè)，若監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，應(yīng)立即組織對(duì)該段位置進(jìn)行二次注漿，同時(shí)地面加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，待監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，方可恢復(fù)掘進(jìn)［5］。

3.1.3 姿態(tài)糾偏控制

⑴盾構(gòu)糾偏能力計(jì)算

根據(jù)海瑞克6250型號(hào)盾構(gòu)機(jī)尺寸參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，刀盤(pán)開(kāi)挖直徑6 280 mm，盾尾直徑6 230 mm，盾尾長(zhǎng)度3 890 mm，根據(jù)盾尾長(zhǎng)度計(jì)算盾構(gòu)最大可控糾偏趨向?yàn)椋海郏? 280-6 230）/2］/3.890=6.427 mm/m。

①當(dāng)盾構(gòu)周邊刀磨損超過(guò)一定量時(shí)，糾偏能力隨之變化：

當(dāng)邊刀磨損為5 mm 時(shí)：［（6 270-6 230）÷2］÷3.890=5.141 mm/m

當(dāng)邊刀磨損為10 mm 時(shí)：［（6 260-6 230）÷/2］÷3.890=3.856 mm/m

②曲線(xiàn)趨向=（L/R）rad×1 000（ram/m）

R=1 000 m時(shí)，趨向：1÷1 000÷1 000=1 mm/m

R=500 m時(shí)，趨向：1÷500÷1 000=2 mm/m

R=400 m時(shí)，趨向：1÷400÷1 000=2.5 mm/m

R=350 m時(shí)，趨向：1÷350÷1 000=2.857 mm/m。

⑵姿態(tài)趨向控制標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)曲線(xiàn)及地質(zhì)所需設(shè)定趨向控制標(biāo)準(zhǔn)如下［6］：

①曲線(xiàn)半徑大于1 000 m 及地層為均質(zhì)軟巖地層時(shí)，趨向控制＜6 mm/m；

②曲線(xiàn)半徑在500～1 000 m 間及地層為均質(zhì)軟巖地層時(shí)，趨向控制＜5 mm/m；

③曲線(xiàn)半徑在350～500 m 間及地層為均質(zhì)軟巖地層時(shí)，趨向控制＜4 mm/m；

④曲線(xiàn)半徑大于1 000 m 及地層為硬巖地層時(shí)，趨向控制＜5 mm/m，刀具磨損在5 mm以?xún)?nèi)；

⑤曲線(xiàn)半徑在500～1 000 m 間及地層為硬巖地層時(shí)，趨向控制＜4 mm/m，刀具磨損在5 mm以?xún)?nèi)；

⑥曲線(xiàn)半徑在350～500 m 間及地層為硬巖地層時(shí)，趨向控制＜3 mm/m，刀具磨損在5 mm以?xún)?nèi)。

⑶姿態(tài)控制方法

姿態(tài)控制應(yīng)做到勤糾、緩糾，千斤頂分組控制及鉸接靈活運(yùn)用等方式，以盾尾間隙控制為主，線(xiàn)型控制為輔。在隧道軸線(xiàn)控制在設(shè)計(jì)允許偏差范圍前提下，盡量使盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)軌跡保持平順，掘進(jìn)姿態(tài)調(diào)整與糾偏應(yīng)掌握下面幾個(gè)原則：

①在掘進(jìn)過(guò)程中隨時(shí)注意趨向的變化，及時(shí)按交底進(jìn)行糾偏；

②在掘進(jìn)過(guò)程中隨時(shí)注意滾動(dòng)角的變化，及時(shí)根據(jù)盾構(gòu)機(jī)的滾動(dòng)角值調(diào)整刀盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向；

③當(dāng)盾構(gòu)機(jī)偏離設(shè)計(jì)軸線(xiàn)較大時(shí)，嚴(yán)格按照控制糾偏趨向進(jìn)行糾偏；

④根據(jù)各段地質(zhì)、線(xiàn)型情況及時(shí)調(diào)整糾偏趨向；

⑤在進(jìn)入曲線(xiàn)段前，提前設(shè)定預(yù)糾偏曲線(xiàn)，向內(nèi)曲線(xiàn)預(yù)糾偏控制在30～50 mm；

⑥根據(jù)刀具的磨損情況，及時(shí)更換刀具；

⑦在糾偏過(guò)程中，避免局部推進(jìn)油缸受力過(guò)大對(duì)管片造成破損。

⑷姿態(tài)糾偏

圖3 為掘進(jìn)趨向超控照片，水平趨向+9 mm，垂直趨向-5 mm，該掘進(jìn)趨向超出盾構(gòu)最大糾偏能力，會(huì)導(dǎo)致盾尾擠壓管片，造成管片錯(cuò)臺(tái)、破損及滲漏水現(xiàn)象。

圖3 掘進(jìn)趨向控制Fig.3 Heading Trend Control

3.2 管片背后注漿控制

同步注漿填充管片背后的空隙，防止地層沉降、變形，穩(wěn)定管片，管片襯砌防水起著至關(guān)重要的作用［7］。二次注漿在同步注漿填充效果未達(dá)到，或需止水堵漏等情況下進(jìn)行。

3.2.1 同步注漿材料及配合比選取

本區(qū)間采用的同步注漿配合比如表2 所示，其中在全斷面硬巖地層掘進(jìn)時(shí)采用配合比1，在上軟下硬地層、孤石及軟土地層掘進(jìn)時(shí)采用配合比2。要求注漿材料不發(fā)生離析、不喪失流動(dòng)性、稠度小、收縮比小、水密性好等，各地層掘進(jìn)參數(shù)如表2所示。

表2 各地層掘進(jìn)參數(shù)Tab.2 Excavation Parameters of Each Layer（kg/m3）

3.2.2 同步注漿壓力設(shè)定

同步注漿要求在地層中的壓力大于該點(diǎn)的靜止水壓及土壓力之和，做到盡量填補(bǔ)。同時(shí)如注漿壓力過(guò)大有可能損壞管片，若注漿孔的有效壓力過(guò)大，直接作用在混凝土管片上，極易產(chǎn)生滲漏或管片變形、結(jié)構(gòu)損壞等情況。盾構(gòu)隧道同步注漿壓力通過(guò)計(jì)算可得一般為0.2～0.4 MPa。

3.2.3 同步注漿量設(shè)定

每環(huán)同步注漿量計(jì)算如下：Q=π×（D2-d2）/4×1.5式中：D為盾構(gòu)機(jī)的切削外徑；d為管片外徑。

則單環(huán)注漿量Q=π×（6.28×6.28-6.0×6.0）/4×1.5=4.05 m3

通常情況下注漿率為（1.3～1.8），即每環(huán)的壓漿量一般為建筑空隙的130%～180%，即每推進(jìn)一環(huán)同步注漿量為Q=5.26～7.29 m3/環(huán)。

3.2.4 同步注漿質(zhì)量控制措施為保證成型隧道質(zhì)量注漿應(yīng)做到以下要求［8］：

⑴同步注漿漿液中的砂必須過(guò)篩網(wǎng)，避免出現(xiàn)因大顆粒砂堵管現(xiàn)象。

⑵同步注漿量需要嚴(yán)格按照技術(shù)交底拌制，嚴(yán)禁無(wú)漿液掘進(jìn)。

⑶漿液拌制的質(zhì)量及數(shù)量需在隧道內(nèi)進(jìn)行漿液量檢查及漿液比重試驗(yàn)檢查，滿(mǎn)足要求后方可進(jìn)行同步注漿，比重控制在1.65～1.75 范圍適宜，做好每環(huán)漿液樣品留存。

⑷每班注漿作業(yè)完畢后，及時(shí)清理攪拌機(jī)、砂漿罐、注漿泵和注漿管路。

3.2.5 二次補(bǔ)充注漿

以下情況一般需進(jìn)行二次注漿：

⑴同步注漿注入未有效填充的部位；

⑵同步注漿漿液的體積縮減較大未達(dá)到填充效果；

⑶為了提高抗?jié)B透效果、堵漏、沉降控制、周?chē)馏w加固等進(jìn)行的注入；

⑷管片發(fā)生偏差或位移。

3.3 管片拼裝控制施工技術(shù)

3.3.1 拼裝前質(zhì)量控制

⑴拼裝前應(yīng)仔細(xì)檢查管片防水材料粘貼是否牢靠。

⑵拼裝前將盾尾內(nèi)積水及雜物清理干凈。

⑶管片拼裝前應(yīng)沖洗干凈，但要注意不可讓遇水膨脹止水條提前膨脹。

⑷管片進(jìn)入到隧道內(nèi)需要進(jìn)行驗(yàn)收，規(guī)避管片破損、止水條斷裂等質(zhì)量問(wèn)題。

3.3.2 拼裝點(diǎn)位選擇

掘進(jìn)完成后，根據(jù)盾尾間隙、糾偏姿態(tài)鉸接油缸形成及千斤頂行程進(jìn)行拼裝點(diǎn)位的選擇［9］。盡量選擇千斤頂行程短、盾尾間隙大的位置作為拼裝點(diǎn)位，避免出現(xiàn)管片點(diǎn)位選錯(cuò)和拼錯(cuò)情況。

3.3.3 拼裝過(guò)程控制

⑴拼裝過(guò)程中，當(dāng)拼裝錯(cuò)臺(tái)大于2 mm 時(shí)，應(yīng)進(jìn)行微調(diào)，微調(diào)時(shí)拼裝手應(yīng)掌握好力度，不可出現(xiàn)管片破損現(xiàn)象。

⑵在拼裝封頂塊前，應(yīng)兩側(cè)止水條位置涂抹黃油。⑶管片拼裝結(jié)束后應(yīng)對(duì)撐靴扶正。

⑷管片連接螺栓采用4 次復(fù)緊的方式，即：①管片拼裝完成；②千斤頂油缸行程1 500 mm 時(shí)；③管片脫出盾尾后；④盾尾后3環(huán)整體擰緊1次。

⑸每環(huán)相鄰管片應(yīng)均布擺勻，控制環(huán)面平整度和封口尺寸。

3.4 測(cè)量控制標(biāo)準(zhǔn)

3.4.1 始發(fā)測(cè)量控制

⑴盾構(gòu)托架測(cè)量。主要控制盾構(gòu)中線(xiàn)與設(shè)計(jì)隧道中線(xiàn)偏差不能超限，中心線(xiàn)偏差控制在±10 mm 以?xún)?nèi)，高程控制在±20 mm內(nèi)。

⑵反力架定位測(cè)量。包括反力架的高程、俯仰度、偏向等。反力架圓心與盾尾圓心偏差控制不超過(guò)±20 mm；俯仰控制不超過(guò)3 mm/m，偏向控制不超過(guò)3 mm/m。

⑶盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)初始測(cè)量，主要檢核盾構(gòu)軸線(xiàn)趨向和設(shè)計(jì)線(xiàn)路趨向是否一致。

3.4.2 洞內(nèi)測(cè)量控制

⑴盾構(gòu)機(jī)始發(fā)、進(jìn)洞、出洞由導(dǎo)線(xiàn)把坐標(biāo)傳送到盾構(gòu)機(jī)自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)內(nèi)，為保證洞內(nèi)導(dǎo)線(xiàn)點(diǎn)的精準(zhǔn)，本區(qū)間采用雙導(dǎo)線(xiàn)進(jìn)行布置，每次測(cè)量都使其形成閉合導(dǎo)線(xiàn)，最大邊為6條，相鄰邊的長(zhǎng)度不能大于1/2［10］。

⑵盾構(gòu)穿越特殊地段時(shí)加強(qiáng)洞內(nèi)導(dǎo)線(xiàn)復(fù)測(cè)，避免導(dǎo)線(xiàn)點(diǎn)出現(xiàn)上浮位移；

⑶每次導(dǎo)線(xiàn)測(cè)量完成后需對(duì)自動(dòng)測(cè)量控制邊進(jìn)行復(fù)核，并校準(zhǔn)自動(dòng)測(cè)量控制邊。

3.4.3 成型管片監(jiān)測(cè)

⑴每日對(duì)盾構(gòu)管片姿態(tài)進(jìn)行人工測(cè)量，當(dāng)天將測(cè)量結(jié)果及下一步姿態(tài)糾偏計(jì)劃進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)交底。

⑵管片姿態(tài)測(cè)量成果與自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量顯示數(shù)據(jù)相差超過(guò)25 mm時(shí)，當(dāng)天及時(shí)組織管片復(fù)測(cè)工作。

⑶本次管片姿態(tài)測(cè)量結(jié)果與上次測(cè)量結(jié)果位移超過(guò)10 mm 時(shí)，或累計(jì)超過(guò)20 mm 時(shí)，立即組織二次注漿工作。

4 結(jié)語(yǔ)

本文以深圳地鐵6 號(hào)線(xiàn)松崗公園站-溪頭站盾構(gòu)隧道區(qū)間施工實(shí)踐為依托，在盾構(gòu)穿越復(fù)合地層的地質(zhì)條件下，綜合分析盾構(gòu)姿態(tài)、管片注漿質(zhì)量控制因素。在盾構(gòu)掘進(jìn)模式、出土量、盾構(gòu)姿態(tài)糾偏、管片背后注漿、管片拼裝、測(cè)量控制等方面采取了具體的質(zhì)量控制措施，有效控制管片的錯(cuò)臺(tái)、破損及隧道滲漏水，盾構(gòu)區(qū)間施工完成后質(zhì)量基本無(wú)缺陷，為深圳片區(qū)類(lèi)似工程建設(shè)質(zhì)量控制提供參考。