盾构施工中管片损坏的常见原因及预防措施

1、盾构施工中管片损坏的常见原因及预防措施前言随着城市的日益发展和扩大，城市交通拥挤问题也越来越突出。为缓和交通拥挤的状况，城市 交通纷纷向空中和地下发展。地下铁道具有快速、便利、运输量大、无污染、无噪声及不占用地面 空间等优点，正迅速成为缓解交通拥挤的首选方案。我国的广州、深圳等许多城市也在近几年开始 地铁建设。在地铁隧道施工过程中，经常会发生管片破碎、隧道渗水、漏浆、轴线偏差超标、地面 沉降等一系列问题。管片破损现象是施工中常见的现象。由于管片破损，不仅会引起隧道渗水、漏 浆，而且会影响隧道的使用性能，因此是隧道施工过程中较棘手并且也是必须妥善处理的问题之一。1管片破损发生的部位管片破损现象在

2、隧道衬砌的内外两侧均有发生。衬砌外侧，一般发生在管片与盾构机外壳的接 触部位（以拱底块、标准块与邻接块接缝处、封顶块居多）；内侧一般发生在管片的角部（以标准块、 邻接块和封顶块居多），管片中部少有发生。2管片破损的几种常见原因搬运和堆放时造成的破损：在搬运、堆放过程中的碰磕，经常导致在碰磕位置处产生小块破 裂。管片选型不当引起的管片破损。管片拼装操作时造成的损坏：油缸撑靴顶在两个相邻的管片上时，由于管片环面之间及相邻 两块管片间的接触面达不到理想的平行状态，使得撑靴角部先受力而产生应力集中，导致管片角部 破碎。盾构机姿态与管片姿态相互关系不一致造成的破损。推进时管片受力不均匀造成的破损。同步注

3、浆浆量分布不合理造成的破损。管片本身质量问题造成的破损。3管片损坏的防治措施管片损坏常常是以上一种或几种因素综合作用的结果，经过仔细分析再采取针对性措施进行处 理，可以减少管片损坏现象的发生。3.1搬运堆放时的针对性措施按要求贴好防水橡胶条、软木衬垫。在搬运过程中轻吊慢放，着地时要平稳；堆放时不宜超过3层，并正确摆放垫木。选、摆放好垫木，在管片车上管片搁置部位摆放垫木，以起到缓冲作用。见图1管片堆放布 置图。图1管片堆放布置图3.2管片选型3.2.1管片选型的重要性及考虑因素管片选型错误会导致以下问题。1）管片错台、破损及裂缝等缺陷。2）隧道渗漏水。3）管片走向与盾构机掘进方向不协调，盾尾间隙

4、过小，盾构机操作困难和管片安装困难。4）损坏盾尾尾刷。选择正确的管片必须综合考虑以下因素：A）根据线路特点进行管片预排版B）推进千斤顶的行程差（左右和上下）C）盾尾间隙（上、下、左、右）D）铰接油缸的行程差。E）盾构机掘进方向与设计轴线的相对关系F）错缝拼装3.2.2选型正确的判断标准管片选型合理正确主要体现在以下几个方面：A）隧道轴线偏差很小，管片拼装的外观质量很好。B）上下左右的盾尾间隙比较均匀。C）推进千斤顶的行程差较小。3.2.3根据线路特点管片预排版转弯环偏转角：。=2 Y =2arctg 8 /D线路曲线圆心角：a=180L/nR ，如图2转弯环拼装示意图所示。缓和曲线转向角计算公

5、式图3缓和曲线转向角计算图B=l2/2RLs式中：1 任意一点距离ZH（或HZ）点的缓和曲线长度R圆曲线半径Ls单侧缓和曲线长，如图3、表1所示。表1缓和曲线弯环位置计算表弯环编号转向角R=400M,L0=60MR=500M,L0=70MB （弧度）到ZH或HZ点距离L到ZH或HZ点距离L第1环0.5 60.00316529412.32614.885第2环1.5 60.00949588321.35025.782第3环2.5 60.01582647227.56233.284第4环3.5 60.02215706132.61239.383第5环4.5 60.0284876536.97844.656第

6、6环5.5 60.03481823940.88149.369第7环6.5 60.04114882844.44353.670第8环7.5 60.04747941747.73957.650第9环8.5 60.05381000650.82261.373第10环9.5 60.06014059453.72864.883第11环10.5 60.06647118356.48668.213第12环11.560.07280177259.11471.3873.2.4选型方法：人工选型和VMT选型在SLST自动导向系统中，还专设了管片选型的软件(Ring Selection Software),完成一环掘 进后，在

7、盾构机操作手的操作下，该软件能自动根据千斤顶行程、盾尾间隙和已装管片的类型等基础数据预测出未来若干环的管片类型(一般情况下，预测13环)。如图4所示。图4 SLST自动导向系统图3.2.5根据盾尾间隙进行管片选型通常将盾尾与管片之间的间隙叫盾尾间隙。如果盾尾间隙过小，盾壳上的力直接作用在管片上， 则盾构机在掘进过程中盾尾将会与管片发生摩擦、碰撞。轻则增加盾构机向前掘进的阻力，降低掘 进速度，重则造成管片错台（通过调整盾构间隙，可以大大减少管片错台量），盾构一边间隙过小， 另一边相应变大，这时盾尾尾刷密封效果降低，在注浆压力作用下，水泥浆很容易渗漏出来，破环 盾尾的密封效果。盾尾间隙是管片选型的

8、一个重要依据。盾尾间隙为45mm，每次安装管片之前，对管片的上、 下、左、右四个位置进行测量。如发现有一方向上的盾尾间隙接近25mm时，就要用转弯环对盾尾 间隙进行调节（在盾构掘进过程中，应及时跟踪盾尾间隙，发现盾尾间隙有变小趋势，最好能通过 千斤顶推力来调整间隙）。调整的基本原则是，哪边的盾尾间隙过小，就选择拼装反方向的转弯环。 在不同点位拼装一环左转弯环的调整值见表2盾尾间隙调整表所示。表2左转弯环盾尾间隙调整量表点位15点14点16点13点1点12点2点盾尾间隙测量结果右方较小右、上方较小右、下方较小右、上方较小右、下方较小右、上方较小右、下方较小向左调整量-7.2mm-6.7mm-6.

9、7mm-5.1mm-5.1mm-2.8mm-2.8mm向右调整量7.2mm6.7mm6.7mm5.1mm5.1mm2.8mm2.8mm向上调整量0mm2.8mm2.8mm5.1mm-5.1mm6.7mm-6.7mm向下调整量0mm-2.8mm-2.8mm-5.1mm5.1mm-6.7mm6.7mm由上表可以看出，拼装一环左转弯环之后，左边盾尾间隙将减小，右边盾尾间隙将增大，同时 通过拼装不同的点位，还可以调节上、下方向的盾尾间隙。如此时盾构机在进行直线段的掘进，则 必须注意在拼装完一环左转弯环后，选择适当的时机，再拼装一环右转弯环将之调整回来，否则左 边盾尾间隙将越来越小，直至盾尾与管片发生碰

10、撞。如盾构机处于曲线段，则应根据线路的特点进 行综合考虑。3.2.6根据油缸行程差进行管片选型盾构机是依靠推进油缸顶推在管片上所产生的反力向前掘进的，我们把推进油缸按上、下、左、 右四个方向分成四组。而每一个掘进循环这四组油缸行程的差值反应了盾构机与管片平面之间的空 间关系，可以看出下一掘进循环盾尾间隙的变化趋势。当管片平面不垂直于盾构机轴线时，各组推 进油缸的行程就会有差异，当这个差值过大时，推进油缸的推力就会在管片环的径向产生较大的分 力，从而影响已拼装好的隧道管片以及掘进姿态。同时也可以看出如果继续拼装标准环的话，下部 的盾尾间隙将会进一步减小。通常我们以各组油缸行程的差值的大小来判断是

11、否应该拼装转弯环， 在两个相反的方向上的行程差值超过40mm时，就应该拼装转弯环进行纠偏，拼装一环转弯环对油 缸行程的调整量，也就是拼装1环10点左转弯环，可以使左、右两组的油缸行程差缩小38mm。德国海瑞克公司的土压平衡式盾构机，10对推进油缸分为A、B、C、D四组，分别代表上、右、 下、左四个方向。油缸行程可以通过位移传感器反映在显示屏上，通过计算各组油缸之间的差值， 就能进行正确的管片选型。下面举例说明：现有一组油缸行程的数据如下：B 组（右）：1980mm C 组（下）：1964mm； D 组（左）：1934mm A 组（上）：1943mm；左 右行程差为：DB=19341980=46

12、mm；上下行程差为：AC=1943 1964=21mm由上可以看出，盾构机的轴线相对于管片平面向左上方倾斜。在对这环管片进行选型的时候， 就应选择一环左转弯环且还要有向上的偏移量。此环应选择左转弯环在1点拼装。拼装完管片后掘 进之前油缸行程的初始数据理论为：A组（上）：454mm B组（右）：465mm C组（下）：453m D 组（左）：450mm。这样左右与上下的油缸行程差值基本控制在20mm之内，有利于盾构掘进及保护 管片不受破坏。（如果上述数据在左转弯曲线上，下一环管片仍安装一环左转弯环管片，那么盾构姿 态基本调整过来）。3.3管片拼装时的针对性措施3.3.1拼装技术要点管片选型以满足

13、隧道线型为前提，重点考虑管片安装后盾尾间隙要满足下一掘进循环限值， 确保有足够的盾尾间隙，以防盾尾直接接触管片。拼装前，先测量前一环各管片之间的相互高差，包括环向和径向。拼装管片前如果盾尾清 理不干净，就会使管片的环缝夹有泥砂,造成整环管片的环面不平整，掘进时就会因不均匀受力而产生 裂纹。所以拼装前要清理前一环管片上的泥块及浆液，保证环面清洁、无夹泥。管片安装必须从隧道底部开始，然后依次安装相邻块，最后安装封顶块。拼装时保证块与块 不错位，推进油缸应配合管片拼装的点位，只收缩相应管片的区域；两侧标准块、邻接块安装时油 缸应同时收缩及伸出，以减少环与环之间管片错位现象；K块安装前，实测并确保顶部

14、两邻接块间 间距，并通过推进油缸的伸缩来调整好邻接块间的间距，以便顺利安装K块。对管片拼装时要采取先稳后快的原则，不要一味的追求进度。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。管片块安装到位后，应及时伸出相应位置的推进油缸顶紧管片，其顶推力应大于稳定管片所需 力，然后方可移开管片安装机。管片安装完后及时整圆，并在管片环脱离盾尾后对管片连接螺栓进行二次紧固。3.3.2管片拼装质量要求检查项目允许偏差高程50mm平面50mm每环相邻管片平整度4mm纵向相邻管片环面平整度5 mm衬砌环直径椭圆度5%o3.4推进时的针对性措施盾构机应尽量根据设计线路进行掘进，避免

15、产生不必要的偏差，这样基本可以根据管片排版进 行管片拼装，也有利于管片按计划进行生产。如果盾构机偏离设计线路，在纠偏过程中也不要过急， 否则转弯环管片的偏移量跟不上盾构机的纠偏幅度，盾尾仍然会挤坏管片。盾构掘进纠偏原则：蛇 行修正应以长距离慢慢修正，修正过急，盾构蛇行将更加明显，在直线推进的情况下，应选取盾构 当前所在位置点与设计线上远方的点作为直线，然后以这条线为新的基准进行线形管理，在曲线推 进情况下，应使盾构当前所在位置点与远方点的连线同设计的曲线相切（如：目前盾构垂直方向处 于-40，计划控制在-20内，每环纠偏宜控制在5mm变化内，不宜超过10mm，那么应至少4环才能 把盾构姿态调整

16、到预设范围内）。推进前检查各油缸撑靴的完好情况，发现有破损的及时调换，同时应仔细观察撑靴与管片环 面的吻合程度，特别是在两块管片的邻接处。对不吻合处可人工增设软木衬垫来调整，确认吻合后 再开始推进。连接螺栓没有拧紧会在一定程度上引起接缝的扩张（尤其在纠偏时），使得管片在掘进停止后 呈松弛状态。所以在掘进过程中要及时对后续几环进行螺栓的复紧。3.5盾构机姿态与管片姿态不一致时的针对性措施在盾构机姿态较难控制时，过于纠偏使得盾尾间隙过小或推力不均导致裂纹出现。所以在盾 构推进时将盾构姿态严格控制在设计允许偏差范围-10cm+10cm之内。结合隧道的实际情况，在 不超出偏差范围的情况下，对盾构姿态作

17、适当调整，尽可能的使盾构机姿态接近隧道设计线，即VMT 显示坐标系。点。当管片与盾构机轴线夹角较大、盾尾间隙较小时，就必须进行盾构机姿态调整。推进时， 前半环顺着管片原轴线方向推进，待盾尾间隙增大后，后半环推进时再对盾构姿态进行调整。这样 可以使管片与盾构机之间的轴线夹角变小，同时减少管片外部的损坏。见图5盾构机、管片、推进 油缸的关系图所示。盾尾间隙盾尾刷图2盾构机与管片、推进油缸关系图图图2盾构机与管片、推进油缸关系图图5盾构机、管片、推进油缸关系图3.6同步注浆针对性措施针对成都地层的特殊性，同步注浆只要能够保证每个注浆孔均匀的、同步的注浆量及注浆压力 就可以了。控制好注浆量的分布和注浆压力，上部盾尾间隙较小时，增大上部的注浆孔注浆量及注浆压 力，下部注浆孔不注，通过浆液将管片往下压；如下部盾尾间隙较小时则反之。正常推进时，在总注浆量不变的前提下，减少管片下部注浆孔的注浆量，可以减少管片的上 浮。在曲线段推进和纠偏时通过有目的地选择盾尾同步注浆孔改变各个注浆孔的注浆量分配和注 浆压力，来调整管片姿态。3.7把好管片质量关对进入施工现场的管片，应逐块进行检查。发现管片明显存在质量问题的，应坚决退回生产厂