浅议盾构施工过程中管片上浮原因研究和处理

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1、浅议盾构施工过程中管片上浮原因研究和处理　　摘要：加强盾构隧道管片上浮控制是确保隧道线型符合设计要求和隧道建筑限界的关键，本文主要对盾构掘进过程中管片产生上浮的现象、原因进行了分析研究，并提出了控制措施。关键词：盾构；管片上浮；原因；措施Abstract:strengtheningofshieldtunnelsegmentbuoyancycontrolistoensurethatthetunnellineconformtotherequirementsofthedesignandthekeyoftunnelclearance,thispaper

2、segmentsintheshieldtunnelingprocess,thispaperanalyzesthebuoyancyofthephenomenon,causes,andthecontrolmeasuresareputforward.Keywords:shield;Segmentsfloating;Thereason;measures中图分类号：TU74文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)8盾构隧道施工过程管片上浮是比较普遍的现象，因此，控制管片上浮、确保隧道线型符合设计要求，是盾构隧道施工的重要环节。对于管片上浮，

3、国内外进行了广泛的分析与研究，引起管片上浮的原因包括：地质条件、壁后注浆、管片接头形式、盾构姿态、隧道坡度、盾构直径、隧道覆土厚度等。但多是根据具体工程经验，分析管片上浮的具体原因或单一原因。管片上浮是多种因素作用的结果，本文主要从以下几个方面分析了管片上浮的原因。一、管片上浮的因素分析1、管片上浮的外部条件1.1衬背环形建筑空间盾构机的切削刀盘直径D与隧道衬砌管片的外径d有一定的差值，即△D=D-d。由于盾构掘进过程中的蛇形运动，会产生超挖和理论间隙，管片与地层间存在一环形建筑空间。在软岩地层中，当管片脱出盾尾后，如果不及时进行同步注浆填充环

4、形建筑空间，拱顶围岩便有可能产生变形引起地表过量沉降，但这种变形消除了隧道管片与围岩间的建筑空间，有利于即时约束管片上浮的趋势。但在硬岩地层中，管片脱出盾尾后，由于其岩层的稳定性，环形建筑空间在相对长的时间内是稳定的，如不及时充填此空间，脱出盾尾的管片便处于无约束的状态，给管片的位移提供了可能的条件。1.2过量超挖8无论是矿山法还是盾构法隧道施工，都必须随着隧道的掘进准确地掌握工程地质与水文地质条件的变化，通过对地质信息的反馈及时修正施工方法。盾构法隧道地质的变化更需要准确地判断，其目的是：决定刀具的适应性；控制和调整盾构机的掘进参数；控制盾构

5、隧道管片的变形和位移。在均质连续的地层中掘进，盾构机刀盘所承受前方开挖面的掘进阻力是均匀的，(包括均匀作用在面板上的水平阻力和面板上的扭矩)，这时候盾构机的掘进是连续均衡的，掘进参数也保持相对不变，盾构姿态沿轴线的控制也较容易。2、管片上浮内部原因分析2.1衬砌环受力分析2.1.1衬砌成环时受力状态当衬砌管片刚拼装成环后，衬砌环处于盾尾保护之内，仅受自霞作用，其整体运动受盾构机支配。当盾构机掘削土体同时自重作用于地层后，由于一般盾构机重量小于开挖土体的重量，故地层应力会进行重分布，使盾构机在地层作用下略有上浮。这种上浮是一种平均效果，由于盾构机

6、熟量沿纵向分布不均匀，所以在软土地层中较重的刀盘部分一般会下沉，而盾尾部分则表现为上扬，即出现“磕头”现象。2.1.2衬砌环脱出盾尾时受力状态（1）软弱土层中的隧道衬砌环刚脱出盾尾时，衬砌环管片在同步注浆材料的包裹下置于地层中，不计土的拱效应，拱顶压力力，隧底压力p=(h+2R)r（R为隧道半径）。假定土压力沿深度方向均匀分布，此时结构受力模式如图1所示。（2）岩层中的隧道8当盾构隧道处于地层自稳能力很强的地层（如岩层）中时，管片脱出盾尾后开挖轮廓自身稳定，故衬砌环不受围岩压力作用，在地下水丰富时仅受水的压力作用。同步注浆未凝固时，由于浆液的重

7、度一般大于水的重度，故浆液产生的浮力与自重的比值大于2.4。通过上述计算可知，水或注浆压力的浮力均大于衬砌环自重。二、管片上浮影响因素分析1、覆土厚度在其他条件不变的情况下分别取覆土厚度h为8、10、12、15、20m和30m共6种工况进行计算。根据计算结果，相对覆土厚度h/D（jd为隧道外径）对地表位移和隧道位移的影响如图所示。从图可知，随着覆土厚度的增加，地表隆起和隧道的向上位移均逐渐下降2、地层性质为了考察隧道所处地层的物理力学性质对管片上浮的影响，左图为地层类型与隧道位移的关系。从图中可以看出，地层性质对管片位移有较大影响；土质地层中土

8、体强度越高，管片上浮越小，因此软黏土地层中管片上浮最大。通过同步注浆材料和隧道上浮的影响关系可以看出，采用强度很低的惰性浆液，管片位移明显减小：采用瞬