中铁上海工程局集团有限公司城市轨道交通工程分公司 上海市 200000
摘要：宁波轨道交通在饱和软土地区全面采用错缝拼装带凹凸榫槽的通用环管片，且宁波土层总体软弱，而部分各临近土层力学性质的较大差异，给盾构施工带来了许多难题。为加强盾构区间施工质量，结合盾构区间施工容易出现的质量通病，本文中将其归纳为“不碎、不裂、不偏、不沉、不浮、不渗”6不原则，针对上述6不原则一一进行原因分析和采取措施。
关键词：破碎；上浮；沉降；渗水
前言
宁波市轨道交通施工采用双面楔形通用型管片，该管片每环封顶块中间位置为管片环宽度最小处，宽度为1181.4mm；中间标准块（B3）的中间位置为管片环宽度最大处，宽度为1218.6mm，楔形角为20′37.59″，楔形量为37.2mm，管片拼装过程中可通过旋转封顶块不同角度位置来拟合不同的隧道线型。
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管片组合模拟
管片环面设置凹凸榫，管片形式统一，减少了管片模具的需求量，便于生产和调配，经济性好。通过管片凹凸榫，错台控制较好，成环管片整圆度好，成型隧道美观。隧道结构整体刚度大，抗变形能力强，收敛变形，特别是竖向收敛变形小。但也相应增加了管片拼装困难，拼装过程中极易造成管片破碎。
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管片凹凸榫
同时宁波地区土质多为软土地层，具有“五高两低”的特点，高含水率、高灵敏度、高压缩性、高流动性、高孔隙比、低渗透性、低强度的特点，在盾构掘进中，有别于其他地区软土地层，极难控制盾构姿态和地表沉降，并引起管片上浮。
1.管片破碎
管片破裂主要分为以下6类
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1.1原因分析
（1）管片吊装运输过程中碰撞。
（2）宁波小松盾构机拼装机采用无级变速，拼装工程中遥控有延迟，拼装手多数不适应无级变速拼装模式，微动不到位，造成拼装期间管片碰撞。
（3）管片环向拼装不平顺，上下环凹凸榫抱死。
（4）封顶块位置插入预留空间不足，管片硬性插入。
（5）前期盾构机管片拼装机多采用四个自由度。
1.2应对措施
（1）加强龙门吊司机技能培训，吊装过程中指挥、司索配备对讲机，在吊运过程中轻吊慢放，井下平板车设置枕木支垫。管片吊装禁止使用钢编带，防止勒坏管片环面接触点。
（2）调小拼装机油压，防止拼装过程中拼装机动作过巨。组织拼装手单块管片拼装旋转操作，使拼装手加快熟悉无级变速模式。
（3）管片拼装过程加强当前拼装块和前管片环面控制，穿螺杆前，对管片两端接触面错台进行检查，两端错台数据相差过大时，禁止穿螺杆，继续对当前管片进行微调。
（4）封顶块位置预留空间不足，多为管片拼装成环“横鸭蛋”引起。宁波管片为通用楔形环，封顶块自由旋转，多拼装在两腰上下部，一旦管片拼装成“横鸭蛋”就容易造成封顶块插入位置不足。管片拼装过程中，适当外翻，使管片竖向直径略大，封顶块插入前，现场技术人员对预留间隙进行量测，间隙不足，禁止硬性插入，插入前，在封顶块两侧涂抹润滑剂。
（5）盾构管片拼装机采用6个自由度，并增加小托举千斤顶至6个，使拼装机工作精度得到提升。
2.管片开裂
2.1原因分析
（1）管片和盾构机姿态相互关系不一致，在盾构机掘进过程中，为达到盾构机纠偏等效果，盾构机千斤顶超前量和管片自身超前量造成管片和盾构机不同心，管片环面和盾构机存在夹角，夹角使管片环面偏心受力，造成合力作用方向管片开裂。
（2）盾构机轴线和管片夹角过大，管片外弧面贴死盾壳，使管片和盾壳间受力挤压，造成管片开裂。
（3）掘进过程中螺栓未拧紧，管片脱出盾尾时，不能和后端管片整体变形，管片出现错台，而宁波通用型管片凹凸榫只有8mm自由度，错台过大时，凹凸榫硬贴，造成管片环面受剪开裂。
2.2应对措施
（1）管片拼装前，量测计算盾构千斤顶超前量差值及上环管片自身超前量，根据差值计算下环管片超前量，确定管片封顶块拼装位置，使管片和盾构机处于同心圆上。
（2）施工过程中分三次进行盾构间隙测量，既管片拼装结束后量测，为下环推进提供盾构推进油缸分区行程数据；掘进至60cm左右量测，以确定盾构过程纠偏数据，发现盾尾间隙减小的位置加大油缸行程，减小趋势；管片拼装前量测，确定管片封顶块拼装位置，封顶块位置为盾构间隙较大侧。
（3）加强现场复检，拼装后对每个螺栓进行检查，脱出盾构时，及时进行螺栓复紧。
3.轴线偏离
3.1原因分析
（1）宁波地层存在“五高两低”的特点，高含水率、高灵敏度、高压缩性、高流动性、高孔隙比、低渗透性、低强度，在盾构掘进过程中，容易受掘进扰动，造成构掉头，横偏等趋势，轴线控制困难。
（2）土层差异性大，2号土承载力50KPa左右，3号土承载力可达120KPa，下部4号土承载力又减小到60KPa，上下层土体软硬交替不一，盾构竖向姿态难控制。
（3）盾构计划线及过程换站数据偏差，造成盾构掘进数据错误。
3.2应对措施
（1）正确解读地勘资料，认识宁波软土特性，减小盾构推力，正确设置土压，控制出土量，减小对土体的挠动。
（2）夹层掘进过程中，实时关注盾构姿态趋势，通过上下千斤顶分区油压来控制盾构姿态，必要时，打开竖向铰接，利用铰接控制盾构姿态。
（3）成立项目部，子公司，业主第三方，三方复核制度，所有计划线经三方复核后，方可导入导向系统。掘进过程中，每天对成形管片进行测量，与计划线对比。
4.沉降
4.1原因分析
（1）3节中所述，宁波土质敏感，挠动下极易变形，盾构施工中对地层认识不清，判断不足，盲目推进。
（2）盾构施工控制不足，掘进速度过快、土压力设定偏小、盾构姿态蛇形、出土量过大、同步注浆及二次注浆不及时。
（3）宁波地区区间沉降变形最大点多发生于联络通道处，而此处沉降变形的原因在于联络通道冻结法施工后的冻土融沉，且融沉注浆不科学。
4.2应对措施
（1）施工前加强对地层特性的解读，特别是对土层软硬交替面的识别，做到“一读、二看、三测”：盾构掘进前读地质报告，盾构掘进时看出土情况，盾构掘进后测管片沉降，对土质问题早发现早处理。
（2）控制盾构掘进速度，较小对土体挠动；土压力在理论土压的基础上适当上调，使盾构前方土体轻微隆起，并随时关注监测数据，及时调整土压；结合土箱土体高度，皮带机称量系统，计算每环出土量，防止过量出土。
（3）加强融沉注浆期间监测，减少单次注浆量，做到以少量多次为原则，持续进行。
5.上浮
5.1原因分析
（1）从地层地质情况来看，管片上浮在各种土质的施工中均有发生，在上软下硬地层中引起的管片上浮较严重。宁波地层过于灵敏，盾构掘进过程中，土层卸载回弹大，下部土体比上部土体强度高，土体回弹无法平衡，下部土体向上顶升管片。
（2）管片所受浮力大于上部土体覆重和管片自重，引起管片上浮。
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管片脱出盾尾时，同步浆液未达到凝固，管片四周为泥浆包围状态，此时管片受力情况如下：
F=πR12Lγ浆 （1）
P=2R1Lhγ土 （2）
G=π（R12-R22）Lγ混（3）
（2）+（3）≥（1）时，管片处于稳定状态
R1（管片外径） R2（管片内径）
（3）注浆压力单因素变化对施工期管片上浮有影响，下半侧注浆压力高于上半侧注浆压力时，施工期管片上浮量增大；上下部注浆量分配不合理时，浆液收缩或离析，上部浆液向下部沉积，管片上部空间增大，管片会上浮。
（4）在隧道变坡点尤其是在竖曲线的最低点，管片上浮比较严重，此时盾构和管片间无法轴向受力，产生向上分力，引起管片上浮，且盾构千斤顶为调盾构姿态，上下千斤顶分区油压不一，对管片环面产生力偶矩，引发管片上浮。
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对A点取力偶矩
W1=（F1-F2）R （1）
W2=GL/2 （2）
W1=W2时，力距平衡，管片稳定
盾尾内包含两环管片，受盾尾包裹，可看做整体。L取值2.4
（F1-F2）=GL/2R=20×2.4/（2×3.1）=7.7t
当盾构机上下千斤顶推力差超过7.7t，力偶矩可引发管片上浮。
5.2应对措施
（1）加强盾构姿态控制，防止盾构走蛇形路线，加大对土体的挠动。控制盾构出土量，防止出土过少，造成前方土体挤压，待盾构机掘进过后，在管片位置进行应力释放，向上大幅度回弹。
（2）加强同步注浆质量控制，降低浆液泌水率，降低浆液收缩率，同时减小浆液初凝时间，使浆液加快凝固，消除管片所承浆液自身浮力。跟进螺栓复紧，利用螺栓约束力，增强管片环面摩擦力，使多环整体受力，抵消单环管片浮力。
（3）盾构机多点位均匀注浆，适当加大上部注浆孔的注浆压力，使上下压力达到平衡，防止下部浆液压力过大抬升管片，同时加大上部注浆量，上下注浆孔以3：1—4：1的注浆比例进行填注，让浆液由上自下填充后部间隙，尽可能的减小管片上部和土体之间空隙。
（4）控制上下千斤顶分区油压，减小上下推力差，防止产生较大的力偶矩。减小变坡点盾构机的掘进速度，调整上下千斤顶行程差来改变盾构机与管片环之间夹角，使千斤顶竖向分力向下。
6.渗水
6.1原因分析
（1）管片止水条粘贴不牢，或在拼装过程中挤压局部脱落，管片成型后外部止水条无法成为闭合结构，出现渗水通道。
（2）盾构油脂及同步注浆不足，无法形成管片外环面第一道隔水层，地下水压上升后，由止水条薄弱处形成渗水通道。
（3）盾构分区推力过小，螺栓紧固不及时，使脱出盾尾后管片环面无法紧贴，止水条膨胀后仍无法密闭。
（4）盾构机掘进过程中姿态控制不足，与管片夹角过大，盾壳挤压管片外弧面，造成管片外弧面碎裂，出现渗水通道。
6.2应对措施
（1）管片下井拼装前，对所有管片止水条粘贴进行再次检查，发现有松动脱落的，立即进行更换，封顶块插入前，两侧止水条必须涂抹润滑剂，防止止水条挤压脱落。
（2）盾尾油脂打压要均匀，特别在富含水地层，在掘进后30cm时，加大盾尾油脂打压。确保同步注浆质量，饱和均匀，填充率不小于120%。
（3）控制盾构分区油压，单区油压不得小于当前埋深下管片所受土压及自重产生的静摩擦力，使管片脱出盾尾后任保持密贴，同时加强螺栓孔检查，及时复紧螺栓。
（4）盾构掘进纠偏过程中以盾尾间隙控制为主，趋势控制次之，盾构线形控制为辅，单次纠偏量禁止过大，控制油缸行程差在5cm左右。
7.结语
随着国内地铁城市的不断增多，盾构隧道技术有了革命性提升，在施工存在着各类共性问题，本文就宁波软土地质盾构施工过程中6类隧道施工质量问题作出浅析，希望对各盾构施工者有所帮助，能同时藉著本文达到抛砖引玉之效。