吴 昊
北京建工集团有限责任公司， 北京 100012
摘要：伴随着盾构施工法在我国的兴起，盾构施工技术越来越成熟，被不断的应用到各种地层中。在众多地铁工程中，盾构施工的成型隧道质量是业主方、施工方、监理方以及设计方等多家单位一直关注的重点，直接关系到成型的隧道能否投入到地铁运营中去，以及人民的安全是否能得到有效保障。本文主要分析盾构施工管片上浮控制研究。
关键词：盾构施工；管片上浮；掘进参数控制；同步注浆；预防措施
引言
盾构施工中的重难点及风险点在开工前，施工单位要结合现场施工条件合理制定应对措施，同时认真总结经验教训，将盾构施工过程的风险控制在一定范围内。
1、管片上浮监测情况分析
通过观察统计，管片上浮主要有以下几个规律。1）管片上浮从脱出盾尾那一刻开始（严重时管片在盾尾内就已开始上浮），在24h内完成上浮位移的80%，72h后管片达到基本稳定的状态。2）管片上浮位移在离开盾尾约1个盾构机长度（6m～9m）的位置达到最高值。3）管片最终上浮位移基本与理论建筑间隙持平，即管片实际最终上浮到了开挖隧洞的最顶部，已无上浮通道。
2、管片上浮原因分析
2.1硬塑型粉质粘土对盾构施工的影响
盾构机刀盘直径大于盾体直径，盾构机在掘进过程中，管片与地层之间会有14cm宽的建筑空隙。由于硬塑型粉质粘土自稳能力强，地层基本不会坍塌，刀盘经过之后与管片之间的空腔就一直存在。盾构掘进过程中，刀盘前方的水以及一部分气体会经过盾体外侧流通到管片背后，影响盾构同步注浆质量，管片背后的空隙填充不饱满，浆液中的水得不到渗透，短时间浆液达不到凝固状态，管片得不到自稳定，就会产生管片上浮、错台和破损现象。
2.2同步注浆浆液影响
当管片脱离盾尾时，根据阿基米德原理F浮力=ρ液gV排，如果同步注浆浆液不能及时初凝并达到一定的早期强度，管片被包围在浆液中，会产生比水更大的浮力。在管片脱出盾构过程中，随着浆液的注入及地层中水的逐渐汇集，会产生一个动态的上浮力。同步注浆量及地层中裂隙水汇集量的多少会影响动态上浮力，导致管片不均匀上浮而造成管片错台破损。因此如果砂浆不能及时凝固对管片产生约束，管片就一直处于悬浮状态，就有上浮的可能。
2.3盾构机推力影响
盾构机在掘进过程中需要通过调整各组油缸推力来达到纠偏目的，以符合设计轴线要求。但受盾构机自重影响，盾构机下部油缸推力一般大于上部油缸推力，特别是在下坡阶段，盾构机下部油缸推力增大将在线路设计轴线法线上产生一个向上的分力，这个分力结合管片壁后水与砂浆产生的浮力将加大管片上浮量。
3、管片上浮技术控制措施
3.1过程中控制措施
同步注浆，同步注浆浆液采用水泥:细骨料:水:粉煤灰:膨润土=200:720:450:360：50的比例进行拌制。该浆液具有和易性及流动性良好、初凝时间短、收缩率小、有一定的早期强度等特点。同步注浆时应注意以下几点：⑴每环同步注浆量不低于5m3，同时注意注浆压力不大于3bar，防止注浆压力过大浆液窜流至刀盘。⑵注浆司机在掘进过程中时刻关注掘进速度，注意注浆速度要与掘进速度匹配，保证浆液均匀填充管片壁后空隙。⑶管片上浮量较大阶段，可采用上部两路注浆量加大、下部两路注浆量减少的方式进行注浆，可抵消部分管片动态上浮力。⑷由于该配合比浆液初凝时间较短，要求每个班组必须每天清洗一次注浆系统，包括砂浆罐、下料口、注浆管，保证同步注浆质量。
二次注浆，二次注浆水泥采用P·042.5普通硅酸盐水泥，水玻璃为35°Bé，配比为：水泥:水=1:1，水泥浆:水玻璃=1:1。⑴二次注浆目的①缩短砂浆凝固时间，让砂浆从液体尽快转换成固态，增加对管片的约束力。②填充管片壁后上部注浆不够饱满的空隙，防止上部空隙过大，下部浆液产生浮力。③作为衬砌防水的第一道防线，提供长期、均匀、稳定的防水功能，同时能截断管片后部来水。④二次注浆时分解部分管片上浮力。⑵二次注浆技术要求①当管片脱出盾尾第三环位置开始进行二次注浆，二次注浆应在掘进过程中进行，让同步注浆浆液与双液浆更好地混合。
②注浆频率根据当前阶段上浮量来确定，当上浮量大于4cm时每环进行一次二次补充注浆，小于4cm时，每两环进行一次二次注浆。③二次注浆开始阶段只注入水玻璃，让水玻璃与砂浆混合，结束阶段采用注水泥+水玻璃双液浆形式封口。④注浆点位置选择在隧道3～9点以上部位，注浆时采用注浆量与注浆压力双重控制原则，注浆压力不超过0.3MPa，每环二次注浆量不大于1m3。
3.2改良浆液，提高注浆压力，增加注浆量
1)减少初始冷凝时间。在准备阵列时，可以适当增加水泥用量，从而将阵列的初始冷凝时间减少到4小时。(2)提高面团的一致性。它能够根据面团的制备选择合适的厚度，确保砂浆的冷凝效果，并提高其抗冲能力。在工程实践中，应深入切割以下几点:①加适量的水泥厚度和用量，控制4小时内面团的初始凝结时间；②在护盾运行期间加强垂直姿态控制；③加强二次注入面团，保证结构间隙的有效充填，水泥浆比= 1 : 1，水泥浆:水玻璃液体混合物= 2 : 1，静态状态下25s~30s的一次冷凝时间。值得注意的是，面糊一般是在面糊车上做的，面糊做好后第一次从注塑机面糊罐里提取，从而缩短面糊停滞时间。同时，在增加厚度和水泥时，应均匀分布，否则会引起块体形成和群团形成的现象，容易堵塞泵或泵管。3)增加注射压力。将初始注射压力从2.1巴增至2.3巴增至4.0巴增至5.5巴，以扩大面团的扩散。因此，面团的流动性和分散性在加厚后会恶化，因此有必要相应增加注射压力参数，以确保面团的传播。(4)增加注泥量。注泥量从6立方米增加到7.5立方米，混合土量增加，以确保充分填充，因为流体在地面运输、转移和注入过程中会在不同程度上流失。(5)均匀注射面糊。不要只使用前两个注塑机管，要同时使用四个注塑机管。确保喷浆速度与开挖速度相符，同时减少用上部的颗粒填满建筑空隙所需的时间。
3.3双液注入
为了控制管板的浮力，在实际施工中，采用1:1公式配置双液注入比，初始冷凝时间主要控制在30秒左右，在浮力较大的部分，初始冷凝时间缩短为10 ~ 15秒。提高双液泥浆注入频率，及时应用止水帷幕，阻止地下水泄漏，降低管板的浮力。提高二次注入频率，用二环管顶端的二次面团完全填充上间隙，推进时屏蔽尾后，水泥浆比=1:1，水泥浆:水玻璃混合=2:1，初始稳态冷凝时间为25
3.4施工监测措施
在安装防护盾之前，他与铁路公司联络，签署安全协议，在施工期间每天进行地面监测，及时向铁路公司有关部门报告，如有异常，立即与铁路公司联系。为了了解开挖过程中护盾表面和轨道的变化以及沉降值，每隔1米或10米在铁路断面隧道上方的隧道方向建立一个监测区段，在每个区段建立12个观察点，在中线上方每隔5米建立一个中心桩试验点在轨道两侧的保护范围内，沉积监测点沿铁路线排列，最长10米，每行6个点，9个监测组，沿轨道每5米设立一个监测组，每个监测组4个测量点(每个监测项目2个对应点)。监视频率最高的是从盾构进出床底下的切口，线的沉降位移为每小时一次，隧道每天两次，在未来通道和沉降变化对盾构施工很重要的地方，监视频率
3.5其他措施
(1)确保屏蔽结构连续施工，防止管板因长时间停机而浮起来；(2)合理选择管板类型，确保模板的姿态符合隧道设计轴线，防止管板因管板选型错误而浮起来(3)拧紧管件安装螺栓三次:装配后第一次拧紧整个环管件螺栓，第二次在下一环管件升级时拧紧，第三次在下一环管件装配时拧紧，拧紧顺序(4)清洗每5个挖掘环的护盾尾部，防止护盾尾部的碎片和硬物在安装过程中导致管道上升。(5)对管板进行日常监测。如果在管板上发现浮力大于50毫米，则必须立即停止挖掘并进行注射处理。
结束语
盾构隧道施工初期，可进行综合地质研究，及时进行二次注入面对比分析，建立适合不同地质条件的海湾液混合比，控制盾构开挖态势，不仅有效控制地表沉降，还可预计不久还将采取其他更有效的技术措施来控制岩石地层中管道的分流，从而确保建筑的质量和安全。
参考文献：
[1]张平，刘国栋.岩层盾构法施工管片上浮原因分析与解决[J].工程技术研究，2021，4（6）：110-111.
[2]纪铭锐，李栋.盾构隧道施工管片上浮因素分析及控制措施[J].智能城市，2020，5（6）：146-147.
[3]叶全莹.盾构施工管片上浮控制技术[J].商品与质量，2019（12）：105.
[4]郭强.富水泥岩地层管片上浮原因分析及控制[J].建筑与装饰，2019（11）：107.
[5]胡波.粉质黏土层盾构施工管片上浮控制技术研究[J].商品与质量，2019（5）：250.
作者简介：吴 昊（1985年12月11日），性别：男，民族：汉，籍贯：山西，学历：本科，研究方向：工程技术。