盾构隧道质量问题的分析与防治（讲义）（论文资料）

前言

盾构施工工法在国内近年新兴的机械化施工作业，由于盾构工法较传统的矿山法施工作业安全、自动化程度高、工人劳动强度低，越来越受人民欢迎。盾构工法经过在国内十年的施工实践，盾构工法逐步被人们所认识和了解，虽然盾构工法有很多的优点，但其缺点所不少，如盾构施工中发生错台、隧道侵限等质量问题，没法返工，留下工程永久性的质量缺陷，质量问题重点为预控。因此，施工过程中的质量管理越来越受人们所重视，不断探索施工质量预控制技术，不但可以提高施工质量水平和企业的技术管理水平，同时有利于避免质量、安全事故，降低施工成本。质量管理关键在于发现问题，分析问题，采取应对措施和预防措施，总结经验，不断提高工程质量的管理。

一、盾构隧道常见的质量问题

1、隧道轴线偏差较大：规范要求盾构隧道施工过程中高程和平面偏离中心线允许范围为+50 mm；地铁建成后，中线允许偏差为+100 mm，当衬砌结构高程及平面偏差超过+100 mm将入侵建筑限界（简称轴线侵限），一般通过调线调坡来解决轴线超线问题，如果超出调线调坡允许范围，将会导致建筑物丧失部分使用功能。

2、盾构隧道渗漏：指隧道管片纵环接缝之间或结构表面出现湿渍、滴水、线漏和漏泥砂等现象。一般盾构隧道工程的防水等级为二级，二级防水的具体要求为：结构表面不允许漏水，表面可有少量湿渍，总湿渍面积不应大于总防水面积的6/1000；任意 100m2防水面积上的湿渍不超过4处，单个湿渍的最大面积不大于0.2 m2。

3、隧道管片错台即为每相邻管片的高差和纵向相邻环管片的高差，规范要求错台高差控制为：管片在盾尾内拼装完成后，每环管片相邻高差5 mm，纵向相邻环管片高差6 mm；地铁建成后，每环管片相邻允许高差10 mm，纵向相邻环管片允许高差15 mm。隧道管片偏差超出允许范围，既影响隧道表观质量和整体结构受力，也容易造成隧道轴线超限。

4、管片破损：砼管片在运输、拼装及其它外力作用下，管片缺棱掉角等砼开裂、破碎现象。破损因其可通过修补可保证结构的功能。

5、裂缝：指管片砼出现条状的裂纹，多伴随渗漏现象。规范明确不允许结构表面应无渗漏裂缝，因其容易引起结构内的钢筋遇水腐蚀，对永久隧道结构产生较严重

危害。裂缝分为环向裂缝、纵向裂缝合手孔裂缝等几类，大多伴随着渗漏水现象。

二、质量问题的原因分析和处理对策 1、隧道轴线偏差较大 原因：

（1）工程施工测量误差引起盾构姿态超出轴线控制范围内，如始发定位错误、仪器精度差、测量计算方法不正确等，甚至出现盾构自动测量数据输入错误的问题都会引起隧道轴线超限，曾有一个工程盾构机始发姿态数据输入时，错误把18.8°作18°8ˊ输入，导致盾构掘进100米后隧道控制测量发现隧道轴线偏差已达200mm；

（2）盾构自动导向系统偏差较大，自动测量系统未能自动修正环境、测量架隧道变形及盾构扭转等施工因素引起的误差，错误指导盾构掘进姿态；

（3）成型隧道“上浮”“下沉”等变形引起隧道侵限，这种引起隧道轴线侵限的原因是目前引起隧道侵限最常见的原因，也是施工质量最难控制的因素。

根据软土地层盾构施工经验，盾构在在淤泥质粉质粘土和粉土中掘进时，管片脱出盾尾后均存在不同程度的上浮量。上浮的主要原因主要有以下三方面：

①推力偏大，隧道成为细长比极大的受弯构件，加之地下水浮力的作用，导致管片脱出盾尾后上浮；

②盾构掘进时姿态控制不佳，管片选型不当； ③注浆方式选择不合理。

根据上海地铁软土施工经验和南京地铁一号线局部地段隧道后期变形监测情况，在淤泥质粉质粘土中，成形隧道后期下沉现象较为突出，而且这种下沉持续时间相当长，甚至影响正常运营。

（4）地质软硬不均，局部非常坚硬的岩石令盾构掘进缓慢，并导致盾构朝向软地层方向“滑移”，纠偏困难，盾构姿态越来越差，最终超出线路设计的轴线。

（5）始发托架变形或反力架变形。 对策：

针对以上四方面隧道轴线侵限的主要原因，通常施工中从以下几方采取预防措施控制：

（1）加强测量管理，通过多级测量校核来确保隧道控制轴线测量成果的正确； （2）盾构掘进施工中，除了依靠盾构自动测量系统指导施工外，要加强人工测量来校核自动测量系统的误差，有效降低施工环境等外界因素引起的测量误差；

（3）加强盾构施工的注浆管理，提高管片与围岩的填充质量，减少隧道变形，

同时加强隧道变形监测，及时发现隧道变形的情况，采取有效的措施。结合工程的实践，通过同步注浆和背衬二次注浆提高填充的质量，同时提高水泥用量和加入速凝剂双液注浆来保证注浆的效果，能减少隧道变形；

（4）为了控制管片脱出盾尾后发生上浮，控制重点主要在以下方面： ①加强管片脱出盾尾后的沉浮监测，摸清不同地段管片上浮或下沉的规律，以指导盾构施工；

②严格控制盾构掘进参数、掘进姿态和管片选型。

③采用具有一定强度的硬性浆液注浆，加大上部注浆管的注浆压力。

④在盾构掘进中，根据隧道变形监测的结果，适应提高或降低盾构在轴线上的姿态，使隧道变形后轴线仍在受控制范围内。

为了控制隧道后期下沉，控制重点主要在以下方面：

①加强隧道后期变形监测，根据隧道变形情况确定是否需要二次注浆。 ②采用具有一定强度的影响浆液进行注浆。

（5）隧道轴线侵限发生后，最忌纠偏过急，纠偏过急除了会造成隧道错台、破损、积水等质量问题外，还会由于隧道轴线在短距离内变化过大，无法通过调线调坡来保证隧道限界，导致隧道丧失部分设计功能。正确处理方法是通过设计重新拟合线路（纠偏要与线路方向和线路的坡度一致，每环掘进纠偏量不宜大于5㎜），根据新拟合的线路有计划进行隧道姿态纠偏，侵限的隧道通过设计调线调坡以最终解决。

2、隧道渗漏

常见的隧道渗漏有：环缝、纵缝渗漏、管片裂缝渗漏、螺栓孔渗漏、边角破损渗漏等。

原因：

（1）管片外弧面在拼装或脱出盾尾时破损，致使止水条位置的止水效果失效。这种破损往往是以下几个因素造成：

①盾构机姿态不好，盾尾间隙过小，使管片与盾尾壳发生刚性接触。 ②拼装操作不当，如拼装时即发生破损或封顶块插入时发生止水条被挤出。 ③盾构机设计的局部不合理，如盾构推进千斤顶球铰的自由度过小，管片局部受压，或者推进千斤顶靴板挤压等原因造成。

④推进千斤顶编组推力压力差过大，使管片不均匀受力。

（2）遇水膨胀橡胶止水条在施工中不注意保护，或由于泡在泥水中时间过长而失效

（3）隧道错台过大，使管片间止水条错位。

（4）橡胶止水条粘贴不牢或运输过程中造成止水条破坏 对策：

（1）强化盾尾注浆和二次注浆管理

（2）保持管片基面干净，保证止水条粘贴牢靠，安装过程中要经常检查，发现止水条损坏要及时更换。

（3）工程中选用的缓膨时间较长的橡胶止水条，施工中要对橡胶止水条涂刷缓膨剂，发现止水条脱落及时处理。

（4）在盾构机设计时即注意对千斤顶撑靴板结构的细部构造，防止挤压管片止水条外弧砼剪切破坏。

（5）调整好盾构机姿态。

（6）推进过程注意控制编组压力差 3、隧道错台 原因：

（1）管片拼装不认真，错台较大； （2）螺栓拧不紧； （3）盾构姿态变化大；

（4）管片选型不正确，盾构姿态纠偏过急； （5）隧道上浮或下沉；

（6）小曲线段由于推进千斤顶编组压力差较大，管片本身受到一个侧向作用力； （7）管片发生椭变。 对策：

（1）最有效解决隧道错台的措施是增加注浆量，提高隧道背后间隙的密实度，通常注浆量不宜少于理论注浆量的120%。

（2）正确管片选型，避免纠偏过急。

（3）对于小曲线段和地质较差的地层，要通过同步注浆、背衬双液注浆以及地面跟踪的措施，提高注浆效果。注浆工艺要与正常段有所不同。

（4）加强人员培训，正确操作盾构机，提高管片拼装精度，减少隧道错台。 （5）盾构机配置整圆器，减少盾壳内发生的椭变。 4、管片破损 原因：

（1）拼装前运输或堆放过程发生破损。

（2）拼装完成后，脱出盾尾时发生破损，这种破损大多是由于盾构机姿态不佳或推力不均，导致局部受力破损。

对策：

（1）做好拼装前的检查，有破损的管片不允许下井。对于止水条位置破损的，应该报废处理。

（2）做好掘进参数的管理 5、裂缝

环向裂缝、纵向裂缝合手孔裂缝，最常见的是纵向裂缝

原因：

（１）管片生产过程发生裂缝

（２）管片模具精度偏差，引起管片环面不平整，千斤顶推力过大，引起新装的管片与隧道掘进反方向的纵向出现裂纹，常常出现于拼装的倒数第二环K块对应的位置。

（３）管片配筋不合理。

（４）由于盾构机姿态差，盾尾间隙非常小，管片与盾尾刚性接触造成。

对策：

（１）管片生产过程调整好配合比，通过试验针对性地选择砼配合比使其与气候条件、钢模和施工工艺参数有机结合，优化施工工艺；

（２）蒸养时特别注意蒸养温度的调节，冬季生产特别注意入池温差控制。 （３）提高管片尺寸精度，同时采取有弹性衬垫减缓管片环面不平所产生的应力集中问题。

（４）提高管片主筋的钢度和配筋率

（５）对有裂纹的管片，必须采取化学灌浆封堵裂纹，防止地下水长期作用造成管片钢筋生锈，管片混凝土膨胀破坏。

（６）掘进姿态控制和推力控制。 ６、其他问题

在盾构隧道施工中，除了以上常见的质量质问题外，还有隧道管片扭转、椭变、螺栓拧不紧、环纵缝过宽、软木衬垫松脱等质量问题，不同环境产生的原因就不同，需要施工人员深入现场，准确分析原因，采取有效的措施来预防问题发生。