中建八局轨道交通建设有限公司 江苏南京 210046
摘要：盾构隧道掘进过程中管片上浮问题是盾构施工过程中比较常见的一个技术性问题，本文结合南宁市轨道交通4号线通大区间施工案列为基础，对区间盾构施工过程中管片上浮问题进行分析，并从同步注浆、二次注浆以及盾构姿态等方面提出相应的盾构管片上浮控制措施，供同行参考。
关键词：管片上浮；同步注浆；二次注浆；盾构姿态；控制措施
伴随着我国基础建设的发展，盾构法施工以其影响小、自动化程度高、施工快速、优质高效、安全环保等优点，成为城市轨道交通建设的重要施工工法，在盾构施工中管片上浮是比较常见的一种技术性问题，管片上浮不仅仅会影响成型隧道轴线偏差，还会导致管片产生大量错台、破损等质量问题。南宁市轨道交通4号线通大区间右线在293环-332环段主要是中风化泥灰岩地层，岩质坚硬，属于稳定围岩，盾构掘进至此区域段时有明显管片上浮现象，在盾构施工中，管片上浮主要受工程水文地质、管片衬砌壁后注浆质量、盾构掘进姿态控制等方面的影响，现以此为例，从同步注浆、二次注浆及盾构姿态等方面入手，重点对盾构施工过程中的管片上浮现象、影响因素及控制措施进行分析研究，为解决盾构施工管片上浮问题提供一些参考及建议。
1、工程概况及水文地质概况
1.1工程概况
本区间为两条单洞单线圆形盾构隧道，线间距14.0~17.0m，曲线最小半径为400m；线路纵断面先以2‰出通源路站，之后分别以30‰和10‰坡向下，最后以2‰的坡上提升到达大沙田站。整个区间隧道的覆土厚度为8.0~24.0m。右线设计起止里程为YK7+778.077～YK9+340.499，区间长度1562.422m，本区间右线隧道采用中铁装备103#盾构机掘进，开挖直径为6280mm。
1.2工程地质及水文地质概况
此区段地层自下而上依次为：中风化泥灰岩、强风化泥灰岩、全风化泥灰岩、杂填土、圆砾填土层，盾构穿越地层为中风化泥灰岩。此区段地下水类型主要是上层滞水及碎屑岩类孔隙裂隙水，隧道处于地下水位线以下。
2、隧道管片上浮情况
区间隧道掘进完成第260环后，管片开始出现上浮情况，在293环-332环管片垂直向上位移较大，达到50-70mm，此区段管片错台破损严重，管片上浮量如下图所示。
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图1 管片上浮量
3、管片上浮原因分析
3.1空间条件
盾构机刀盘切削直径为6280mm，隧道管片外径为6000mm，管片与围岩之间的间隙为140mm。在盾构掘进过程中，当管片脱出盾尾以后，管片与围岩之间产生了一环形建筑空间，就给管片上浮提供了空间条件。
3.2壁后注浆
该区间盾构掘进同步注浆浆液采用的惰性浆液，其主要成分为水泥、砂、粉煤灰、膨润土和水，此浆液强度较低，且初凝时间长，且该段隧道处于中风化泥灰岩地层，岩质较硬，具有一定的自稳性，盾构在此区段掘进时，上部土体不会在短时间内发生沉降，致使管片脱出盾尾以后与围岩之间存在一定的间隙，而未初凝的惰性浆液无法起到稳定管片的作用，相反浆液还会对管片产生一个向上的浮力，致使管片上浮，同时，浆液在盾构机掘进振动及隧道电机车运行时产生的振动下会流向管片下部，进一步加剧了管片的上浮现象。
3.3地下水
此区段盾构掘进范围内地下水丰富，管片背部浆液容易被地下水稀释并流失，致使管片背部浆液填充不够密实，初凝时间增加，浆液不凝固流向管片下方是管片发生上浮现象，且地下水也会对管片产生一个向上的浮力，加剧管片上浮的现象。
4、管片上浮控制措施
4.1同步注浆及二次注浆
综合以上分析，要想在稳定性较好的岩层段成功解决管片上浮的问题，关键是要确保注浆浆液的质量以及浆液填充管片背部建筑空隙的及时有效性。
同步注浆的主要目的是：①使管片与周围岩体的环形空隙尽早建立注浆体的支撑体系，防止洞室岩壁塌陷与地下水流失造成地层损失，控制地面沉降；②尽快获得注浆体的固结强度，确保管片衬砌的早期稳定性，防止长距离的管片衬砌背后处于无支撑力的浆液环境内，使管片发生移位变形；③作为隧道衬砌结构的加强层，具有耐久性及一定的强度，充填密实的注浆体将地下水与管片相隔离，避免或大大减少地下水直接与管片接触，从而作为管片的保护层，避免或减缓了地下水对管片的侵蚀，提高管片衬砌的耐久性。要达到以上目的，关键在于注浆浆液的选择应满足：①填充效果要好，②初凝时间段且具有一定的强度，③应具有一定的和易性且离析少，④浆液凝固以后体积收缩要小，渗透系数小，能更好的稳定管片，⑤应有合适的稠度，以便不被地下水稀释。
为更好的稳定管片，在管片脱出盾尾以后，应及时采用双液浆对管片进行二次补浆，双液浆的主要性质就是凝结迅速、且具有止水的效果，所以管片在脱出盾尾以后，管片背后出现了一定的间隙，同步注浆浆液无法填充饱满，此时二次补浆主要有3个目的，首先是对管片脱出盾尾后的间隙进行填充，其次是浆液嫩更迅速凝结，具有一定的强度，能更好的稳固成型管片，最后是对管片背部进行有效的止水，避免地下水对管片造成侵蚀。
控制管片上浮主要是确保管片上部浆液填充饱满，以此来控制管片向上的垂直位移，因此，在同步注浆过程中我们可以适当调节注浆管路的注浆速度及注浆量，通过加大上部、减小下部注浆量的方法控制管片上浮量，在二次注浆过程中，也可以先对管片上半部进行二次补浆，待上部浆液稳定后再低压力对下部进行补浆，以此来减小管片的上浮量。
4.2掘进参数控制
在易发生管片上浮的地层，盾构掘进过程中要严格控制各项掘进参数，掘进速度不能过快，要适当降低，确保管片脱出盾尾以后，浆液已有一定的强度，能有效的稳固管片，同时推力、扭矩等不能过大，推力、扭矩过大，造成的振动也就越大，会加速管片背部浆液向管片下部聚集，致使管片上浮。
4.3盾构姿态
在盾构掘进过程中，管片上浮比较严重时，为确保成型隧道轴线与设计轴线偏差值满足设计及规范要求，还可以采用低姿态掘进的方法，通过降低盾构机掘进姿态的方法抵消管片上浮量，以此来确保成型隧道轴线，但使用此方法容易造成管片长期处于不稳定的状态，而且低姿态掘进容易出现盾构跑偏的情况，因此，一般情况下不建议采用。采取此方法控制隧道轴线时要加强二次补浆，一是为了稳定管片，二是通过往管片上方补浆的措施对管片上部进行止水。
5、结论
在盾构施工中，盾构掘进至稳定围岩段时，常常容易出现管片上浮的现象，主要是稳定围岩与管片之间形成了一定的建筑空隙，给管片上浮提供了空间条件，其次就是浆液及地下水会对管片产生一个向上的浮力，因此，在稳定围岩中掘进时，管片上浮最主要的控制措施应该从浆液性能上出发，通过对浆液初凝时间以及强度及止水效果等性能上的调节来达到快速稳定管片及止水的效果，从而控制管片上浮。在实际施工过程中，应根据施工组织、管片上浮情况及水文地质情况等方面综合分析考虑，以此来调节浆液各项性能参数，使之能最大限度的控制管片在施工过程中的位移及变形情况，以满足设计及规范要求。
参考文献：
[1]陈馈，洪开荣，焦胜军，盾构施工技术（第二版）.人民交通出版社股份有限公司，2016.3.