大直径盾构泥岩复合地层掘进管片成型质量控制技术

时间：2024-04-24

董亚博

（中国水利水电第七工程局有限公司，四川成都 610081）

1 工程概况

成都轨道交通18 号线锦城广场站～世纪城站区间为地下盾构区间，本区间起讫里程YDK14+258.1～YDK15+399.5，左线长链17.039m，右线长链17.006m，单线计1141.4m，呈“V”形节能坡设计，隧道顶埋深7.32～24m，最大坡度27‰，最小曲线半径R=5000m。该区间采用盾构法施工，盾构机刀盘直径8.6m，隧道采用1.8m 型管片，隧道埋深7.17～24m。左线在距离世纪城站北端378m，里程ZDK15+021.6 位置为全断面中风化泥岩与复合地层的分界面，右线在距离世纪城站北端371m，里程YDK15+028.00 位置为全断面中风化泥岩与复合地层的分界面。

2 泥岩复合地层盾构姿态上漂分析

盾构掘进至全断面泥岩与复合地层交界面时，隧道为20‰下坡段，地下裂隙水丰富。杂填土厚度1.4～3m，黏土厚度1.3～6.2m，粉质黏土层厚度0.5～4.5m，粉细砂层厚度0～2.8m，砂卵石层厚度3.1～6m，中风化泥岩层顶埋深15～16.5m。主要穿越中风化泥岩、局部穿越密实砂卵石地层及松散-稍密粉细砂，属于典型的上软下硬地层。

原因分析：盾构机掘进该地层时，因地层（中风化泥岩向复合地层转变过程）变化且地下裂隙水丰富，从而引起的盾构垂直姿态上漂。

3 实践施工技术

在盾构机从泥岩地层向复合地层推进前，首先提前了解隧道地层变化里程及地层信息，便于后续掘进时提前做出预判；推进过程中，特别注意维持开挖面的正确土压，同时注意控制好盾构机的姿态。当出现异常情况后，应及时汇报当班领导采取正确的处理措施。

3.1 盾构掘进参数调整

1）盾构掘进速度控制在40～50mm/min；2）土仓压力控制到1.3Bar～1.8Bar，控制超方；3）刀盘转速控制在1.5～1.8rpm；4）根据刀盘转速制订相应的螺旋机转速，严格控制出土量，泥岩复合地层出土量控制在175m3/环（1.8m 型管片）；5）掘进时尽可能减少纠偏次数，为管片拼装创造良好的条件尽量减少对地层的扰动，纠偏量宜控制在2～3mm 内；6）适当开启超挖刀进行超挖纠偏可有效缓解盾构姿态持续性上漂，此方法仅限于上述方法均已实施且无效的情况下。

3.2 同步注浆

盾构掘进过程中，同步注浆的注浆压力、注浆量、凝固时间是掘进过程控制的重点。结合现场情况分析，在保证不堵管的情况下，缩短浆液凝固时间尽早填充地层，减少沉陷量，可大大提高周围环境的安全性。据掘进经验可知注浆压力控制在2bar～3bar，注浆量不低于13m3/环，浆液初凝时间控制在3h～5h 时效果最佳。同步注浆配合比为水泥215 kg/m3，细沙785 kg/m3，粉煤灰375 kg/m3，膨润土100 kg/m3，水455 kg/m3。

3.3 二次注浆

当同步浆液不饱满时，易导致管片壁后空隙大，下部浆液聚集而产生浮力，为有效分解同步浆液产生的浮力，解决静态浮力引起的管片上浮以及错台，及时跟进二次注浆及控制注浆量是保证隧道管片成型质量的关键。

表1 二次注浆浆液配合比

二次注浆浆液采用水泥-水玻璃双液注浆，分A 液（水泥+水）和B 液（水玻璃+水）通过二次注浆泵将浆液通过管片注浆孔注入到管片壁后，一般注浆压力控制在0.2～0.5MPa,二次注浆浆液配合比如下表所示：

二次注浆应紧跟同步注浆，防止拖后距离过长，不能达到预期效果，一般控制在盾尾第8～10 环，且注浆时应先打开预留注浆孔，观察管片壁后地下水情况，如水流较大，应在注浆点位前后4 环范围内打孔放水泄压，已保证注浆效果，注浆孔应该尽量设置在拱顶180°范围内，且应根据管片姿态确定注浆顺序，以便更好的固定管片环和阻挡顶部水流通道，同时每隔10 环做一道止水环，截断管片壁后汇水，减小地下水浮力，增加衬砌环顶部受力。

3.4 管片拼装

1）管片拼装一般先拼装底部管片，然后依次拼装标准块和邻接块，最后安装封顶块；封顶块先以不超过管片宽度45mm 的位置径向推上然后纵向插入成环；2）待管片拼装就位，操作手应立即插入螺栓并拧紧，待拼装成环后进行复紧，最后脱出盾尾后进行三次复紧；3）管片穿上螺栓定位后，千斤顶维持顶紧管片状态，避免盾构机因千斤顶压力减少而后退；4）管片拼装过程应避免撞击已拼装管片，且把控管片拼装的椭圆度和垂直度，拼装完毕后，应测量盾尾间隙，按照要求进行质量控制。