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盾构施工中管片错台的成因分析以及防治措施

摘要：在盾构施工过程中，管片错台是普遍会出现的问题，如果错台现象较为严重，工程质量就无法得到保障，严重的还会导致破损、渗漏，对隧道的安全性、耐久性等都会带来隐患。在施工过程中，要对可能出现的问题进行分析和预测，并制定针对性的防控措施。分析了盾构施工中出现管片错台的原因，并提出了防治措施。

关键词：隧道；盾构；管片错台；问题防治

以某地铁工程为例，盾构隧道全长2816m，最大埋深22.05m，最大纵坡22.1%，隧道管片周边主要分布有粉质黏土、粗砂，采用惰性浆液进行壁后同步注浆。标准环管片外径6m，内径5.4m，环宽1.5m，封顶块置于隧道顶部1点或11点处，采用错缝拼装的形式。

1.管片错台导致的问题

管片错台指的就是在拼装过后，相邻的管片弧片不平整，可以分为环向错台和纵向错台两种。如果在隧道工程施工过程中，出现了管片错台的问题，不仅会影响工程质量，还会引起下列严重问题。

1.1管片破裂

在工程进行过程中，主要是利用盾构机的千斤顶将管片向前推进，依靠管片的后坐力让盾构机向前，如果管片错台，在拼接方面存在问题，就会产生集中应力，造成管片破裂。

1.2隧道渗漏

为了提升隧道的防水性能，通常会采用特殊材料的弹性密封垫，在相邻管片挤压的作用下，弹性密封垫之间的缝隙会更小，从而起到防水效果。在压密后，密封垫的宽度通常在33-36mm左右。但如果管片错台超过一定范围，就会影响到密封垫的压实度，导致出现隧道渗漏问题。

2.管片错台的成因分析

2.1管片安装前形成的错台

（1）设计思路。小曲线半径部位出现管片错台的比重较大，通常来说主要是因为设计不合理而导致的；（2）管片类型。在设计过程中，需要根据工程特点和实际情况选择合适的管片类型，确保工程能够顺利开展。从曲线设计的角度来看，有部分本应该使用转弯环管片的却勉强使用标准环进行替代，从而加大了管片错台的几率。

2.2盾构施工过程中造成错台

（1）管片选型不恰当。在拼装过程中出现问题，管片和盾尾发生碰撞，人为操作造成失误；（2）在安装过程中，没有及时清理盾尾存在的杂物，例如泥土、碎渣等，难以顺利插入螺栓；（3）在注浆过程中，没有根据现场实际情况选择合适的注浆压力，压力过大引起管片错台。

2.3施工完成后管片错台

（1）如果管片没有固定在原有位置，出现了浮动，或是在施工中没有采取相应的措施，对管片进行固定，就很容易出现“叠瓦式”错台；（2）在施工完成并投入使用后，隧道内部环境发生改变，围岩出现变动，也会引起管片错台。

3.管片错台原因分析以及控制技术措施

3.1管片选型

要根据工程的特点来选择管片材料类型，这是保障工程质量的关键，如果管片选型不符合实际需求，就有可能导致盾尾间距小、盾构机纠偏困难等情况，为工程顺利开展造成阻碍，引起渗漏水等现象。在选择管片的过程中，要以盾构机姿态、盾尾间隙、盾构机姿态和管片姿态的关系等各方面情况作为参考依据，与此同时还需要将隧道曲线的设计也考虑在内，为管片的正常拼装提供保障。

3.2盾构姿态

在盾构施工开展的过程中，盾构姿态是需要重点关注的环节，如果盾构姿态不合理，盾尾间隙也会随之产生较大变化。当盾构运动轨迹波动超过了正常范围时，在惯性作用下，盾尾间隙也会变得不够均匀。想要有效解决这一问题，就需要合理对盾构姿态进行调整，采用科学的方法，降低盾构出现“蛇形运动”的几率。通常来说，在调整盾构姿态时，会控制在5mm/环，将盾构轴线和隧道设计轴线的偏差控制在工程允许的范围之内。在隧道工程开挖时，会对周围地质条件造成影响，因此在盾构推进过程中，需要将其盾尾的垂直方向控制在-20mm，用于抵消管片后期的上浮量，减少工程误差。

3.3推进速度

在盾构推进过程中，刀盘扭矩越大，推进速度就越快。但如果没有将推进速度控制在合理范围之内，就可能会导致刀盘扭矩异常增加，让盾体产生较大的震动幅度。在强烈震动下，还并未完全固定的管片在位置上会发生改变，在挤压过程中就会受到损坏。在粉质黏土、黄土状土质的隧道工程中，盾构速度和管片错台率三者之间的具体关系如下。（1）当推进速度在20-50mm/min时，管片错台率在5%以下；（2）当盾构推进速度在50-60mm/min时，管片错台率为12%左右；（3）当推进速度在65mm/min以上时，管片错台率最高，达到了25%。从数据中可以得出结论，当推进速度在45mm/min左右时，管片错台率最低。

3.4同步注浆

通常来说，管片的外部直径会比刀盘开挖直径小，在盾构不断推进的情况下，管片外部直径和刀盘开挖直径之间就会出现缝隙，为了避免缝隙过大对工程质量造成影响，就需要在盾构推进的同时，进行注浆作业，从而为后续工程顺利开展提供必要保障。通常来说，浆液的初凝需要花费较长时间，在浆液浮力的作用下，管片位置发生改变，这也是造