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[分享]盾构管片错台分析及措施
1、前言
盾构隧道施工中管片错台不仅影响隧道外观质量，而且会导致隧道漏水等，是影响隧道质量的一个关键因素。本文依据广州轨道交通三号线某盾构区间的施工实践，分析了管片错台的主要原因，提出了减少管片错台的措施。
2、管片错台引致的问题
管片错台指的是管片拼装后同一环相邻块管片间或者不同环管片之间的尺寸偏差，前者称环向错台，后者称纵向错台。管片错台不仅影响隧道的外观质量，而且会导致以下更严重的问题。
1)隧道漏水由于管片间止水采用三元乙丙橡胶止水带，每块管片侧面相同位置都有一圈三元乙丙橡胶止水带，通过管片间的互相挤压，使相邻管片间的橡胶止水带接触压密起到止水作用。通常橡胶止水带接触压密后宽度仅40mm，一般情况下在管片拼装错台超过15ram时止水带之间的搭接就会不够严谨，在地下水压较大的情况下容易造成管片漏水，如图1所示。
图1由错台引起的管片漏水
2)管片开裂由于盾构机的推进千斤顶作用在管片上，依靠管片提供坐力使盾构机向前掘进。一旦管片拼装发生错台现象，就容易导致相邻块管片间产生应力集中现象，使管片边缘(包括内、外边缘)发生开裂、崩角等质量问题，如图2所示
图2由管片错台引起的管片开裂
3)盾尾刷挤压损坏，从而造成盾尾漏浆、盾尾油脂损耗一般来说，管片错台主要是管片出了盾壳后才产生，由于管片环向形态具有一定的惯性，即相邻两环管片螺栓孔必须对齐，因此盾壳外的环向管片错台会导致盾壳内管片成非标准圆形状，会造成盾尾与管片之间的间隙不均匀，从而易对盾尾刷挤压损坏，进而导致盾尾漏浆，这不仅给掘进、清理管片拼装工作面和管片安装带来极大障碍，而且直接影响同步注浆质量进而造成新的管片移位和错台，同时盾尾漏浆还会造成推进千斤顶损坏以及水泥浆和盾尾油脂的巨大耗费。
3、管片错台主要原因
3．1拼装作业不规范
管片拼装过程是控制管片错台非常重要的环节，管片拼装工人的熟练程度以及责任心直接影响到管片拼装的质量。例如：管片拼装前盾尾杂物没有彻底清除；工人在盾构机头下方操作遥控器拼装上部管片；管片拼装顺序没有按照由下至上左右交叉的顺序；管片拼装时没有均布摆匀，螺栓较难穿插；管片拼装完成后螺栓没有及时上紧等不规范管片拼装作业，是导致管片错台不可忽视的因素。
3．2注浆控制不当
当管片脱出盾尾后，由于盾构掘进过程中的蛇形运动、超挖以及理论间隙，使得管片与周围土体之间存在一环形间隙。环形间隙在盾构施工中一般采用衬背注浆工艺进行填充，注入的水泥浆既能起到抑制地层沉降作用，又能起到固定管片和防止隧道漏水的作用。但由于管片自重与所受到的浮力差有22t左右，当注入的浆液尚未凝固时，管片在浮力作用下有上浮的趋势，因此若衬背注浆参数选择不当，如浆液凝固时间过长、注浆次序和压力选择不当时，就易因浮力造成管片错台。而且通常是采用挤压式注浆机注浆，浆液出口压力较难控制，当最大压力超过0．5MPa时，易对管片造成较大的挤压，从而导致管片整体变形。
3．3盾构机姿态控制不好
盾构机的掘进姿态控制是盾构施工技术的重点，盾构机姿态的变化直接影响到盾尾间隙的变化。实际掘进时盾构机呈蛇形前进，如果盾构机掘进姿态控制不好，盾构机的运动轨迹波动包括上下波动和左右波动)幅度过大，再加上管片
形态的惯性作用，必然导至管片与盾尾之间的间隙不均匀。若盾尾间隙过小，不但可造成管片难以安装、迎水面被盾尾挤压造成错台现象，严重的会造成管片崩角、盾尾尾刷损坏等问题。
4、减少管片错台的措施
1)盾构机推进完成后，千斤顶撤换到张出台由工人手动控制。拼装前首先应对盾尾杂物进行清理，如果有漏水现象必须补打盾尾油脂止水，在保证盾尾无杂、无积水的情况下才能开始安装管片。
2)利用盾构机的升降千斤顶把管片吊人，再利用滑动千斤顶进行轴向移动，伸出支护千斤顶进行管片位置的矫正。
3)进行旋转、升降、滑动、压平操作。管片拼装应遵循由下至上、左右交叉、最后封顶的顺序，应尽量调校管片位置与上环管片平顺，螺栓孔位置对正，螺栓穿插容易。用拼装机拼装旋转调整时，用遥控装置操作时不得使用高速按键，
并注意掌握使用按键的力度和持续时间，防止移动速度太快、摆动大、移动超限及被装管片与已装管片发生撞击。作业人员应跟随管片拼装位置站位控制，尽量选择清晰的角度拼装管片，严禁站在盾构机头下方操作遥控器拼装上部管片。
4)封顶块安装前应对止水条进行润滑处理，安装时先径向插入，调整位置后缓慢纵向顶推；封顶块安装到位后，应及时伸出相应位置的推进油缸顶紧管片，顶推力应大于稳定管片所需力，然后方可移开管片安装机。
5)管片安装完后，应用整圆器及时整圆，对管片的变形及时矫正，并在管片环脱离盾尾后对管片连接螺栓进行二次紧固。
6)管片安装质量应以满足设计要求的隧道
轴线偏差和有关规范要求的椭圆度及环、纵缝错台标准进行控制。
7)管片组装后，将夹具停在顶部，并将夹钳朝上，使其处于安全状态。
8)在管片拼装过程中，必须严格控制管片拼装。
9)刚拼好的管片环在自重和土压力的作用下将产生变形，此时可利用整圆器支撑刚拼好的管片环，同时采用同步注浆及时固定管片环的形状和位置。
4．2加强同步注浆管理
1)在浆液性能的选择上应该保证浆液的充填性、初凝时间与早期强度、限定范围防止流失(浆液的稠度)的有机结合，才能保证隧道管片与围岩共同作用形成一体化的构造物。盾构隧道衬背注浆的浆液配比应进行动态管理，依据不同地质、水文、隧道埋深等情况的变化而不断调整浆液性能，以控制地表的沉降和保证管片的稳定。
2)在同步注浆过程中合理掌握注浆压力，使注浆量、注浆速度与推进速度等施工参数形成最佳的参数匹配。管片注入口处的注入压力一般是0．1～0．3MPa，并应参考覆盖土的厚度、地下水的压力及管片的强度进行设定。如果设定值太大会导致管片破坏，造成浆液的外溢。
3)背后注浆的最佳注入时期，应在盾构机推进的同时或者推进后立即注入，注入的宗旨是必须完全填充尾隙。地层的土质条件是确定注入工法的先决条件，对易坍塌的均粒系数小的砂质土和含粘性土少的砂、砂砾及软粘土而言，必须在
尾隙产生的同时对其进行背后注浆。当地层土质坚固、尾隙的维持时间较长时，并不一定非得在产生尾隙的同时进行背后注浆。
4)注入量必须能很好地填充尾隙。背后注浆量受土体中的渗透、泄漏损失(浆液流到注入区域之外)、小曲率半径施工、超挖、背后浆液的种类等多种因素的影响，一般来说使用双液型浆液时，注入量为理论空隙量的150％～200％。
4．3盾构机姿态控制
盾构隧道线形管理原理是通过一套测量系统，随时掌握正在掘进中盾构机的位置和姿态，并通过计算机将盾构机的实际位置和姿态与设计轴线进行比较，找出偏差数值后调整盾构机千斤顶的模式，使盾构机前进曲线和设计轴线尽可能
接近。但在实际施工中，实际运动轨迹不可能与设计轴线完全重合，盾构机在掘进过程中总是围绕隧道设计轴线作蛇形运动，盾构掘进总是处于纠偏过程中。我们知道，盾构管片结构的特点使其安装具有一定的惯性，如果盾构机掘进轨迹曲度过大，那么盾尾轨迹就会与管片轨迹相交，从而造成了以下两个严重问题：
①管片无法顺利地安装，只能放松管片间的连接螺栓或加垫片来解决问题，从而增加了错台和漏水的可能；
②管片迎水面在脱出盾尾时被盾壳挤压，使得管片环向变形和前后错台，更为严重的是盾尾被破坏而失去防水功能。
因此纠偏过程中应尽量保持盾构机姿态不会有突变，运动轨迹应尽量平顺。盾构机掘进姿态调整与纠偏应掌握下面几个原则：①盾尾间隙控制为主，线形控制可以为辅；②在掘进过程中一次纠偏量不能过大，即油缸行程差不能过大，应控制在60mm左右
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