導(dǎo)語(yǔ)：探究盾構(gòu)隧道管片扭轉(zhuǎn)治理對(duì)策一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：通過**地鐵三號(hào)線瀝大盾構(gòu)區(qū)間工程施工實(shí)踐，對(duì)局部管片發(fā)生整環(huán)扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象的原因進(jìn)行分析，并提出預(yù)防措施及其治理方法，供同行參考。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)隧道；管片扭轉(zhuǎn)；原因分析；預(yù)防措施

一、工程概況

在地鐵盾構(gòu)推進(jìn)過程中，受到盾構(gòu)刀盤扭矩的影響，拼裝成環(huán)的管片拼裝位置與設(shè)計(jì)值相比旋轉(zhuǎn)了一定角度，給盾構(gòu)管片的選型和拼裝造成了一定影響，且可能導(dǎo)致后續(xù)車架和電機(jī)車軌道鋪設(shè)不平整，影響設(shè)備的運(yùn)行。

**地鐵三號(hào)線大石北盾構(gòu)區(qū)間工程，隧道單線長(zhǎng)3051.5m，雙線長(zhǎng)6103m，最大縱坡28‰，最小轉(zhuǎn)彎半徑800m，隧道內(nèi)徑5.4m，外徑6.0m。本工程施工采用三菱泥水盾構(gòu)機(jī)，主機(jī)機(jī)體長(zhǎng)8.17m，盾構(gòu)外徑6.26m，最大推力3.6×104kN，最大扭矩6327kN?m，刀盤轉(zhuǎn)速0～4rpm。管片采用環(huán)寬1.5m的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)、左轉(zhuǎn)彎楔形環(huán)、右轉(zhuǎn)彎楔形環(huán)等3種(5+1模式)，轉(zhuǎn)彎環(huán)的楔形量為38mm。

在該區(qū)段盾構(gòu)掘進(jìn)施工時(shí)，兩條線均產(chǎn)生了不同程度的扭轉(zhuǎn)，局部扭轉(zhuǎn)角度達(dá)18°，具體如圖1所示。由于管片扭轉(zhuǎn)過大，致使管片選型的點(diǎn)位均發(fā)生變化，給管片的選型和拼裝帶來了一定的難度，影響了管片的拼裝質(zhì)量，也使后續(xù)臺(tái)車架和電機(jī)機(jī)車軌道鋪設(shè)不平整，影響了設(shè)備的運(yùn)行。

二、管片扭轉(zhuǎn)原因分析

2.1力學(xué)分析

盾構(gòu)機(jī)刀盤旋轉(zhuǎn)分正轉(zhuǎn)及反轉(zhuǎn)兩種(即順時(shí)針和逆時(shí)針旋轉(zhuǎn))，當(dāng)電機(jī)帶動(dòng)刀盤順時(shí)針或者逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)切削巖土?xí)r，巖土對(duì)刀盤產(chǎn)生逆時(shí)針方向的反力矩M巖，此時(shí)盾構(gòu)機(jī)外殼與土體間的摩擦力對(duì)盾構(gòu)機(jī)產(chǎn)生一反方向力矩M盾，以維持盾構(gòu)機(jī)體平衡，如圖2所示。

⑴當(dāng)M巖<M盾靜摩擦力矩M盾靜(盾構(gòu)機(jī)與盾構(gòu)外殼與圍巖間臨界摩擦力矩值)時(shí)，盾構(gòu)機(jī)體穩(wěn)定，管片不會(huì)出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)趨勢(shì)；

⑵當(dāng)M巖>M盾靜時(shí)，盾構(gòu)機(jī)具有滾動(dòng)的趨勢(shì)，盾構(gòu)機(jī)機(jī)體內(nèi)的推進(jìn)千斤頂會(huì)對(duì)管片產(chǎn)生一逆時(shí)針方向的扭矩，當(dāng)管片自身穩(wěn)定性及圍巖或襯背已凝固的水泥漿對(duì)管片的摩阻力產(chǎn)生的反抗力矩M管片能抵抗這一力矩時(shí)，盾構(gòu)機(jī)體及管片也都穩(wěn)定，不會(huì)出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)趨勢(shì)；

⑶當(dāng)M巖>M盾靜+M管片時(shí)，盾構(gòu)機(jī)機(jī)體及管片均會(huì)產(chǎn)生逆時(shí)針方向的扭轉(zhuǎn)。

從以上力學(xué)分析中，我們得知管片扭轉(zhuǎn)最主要的原因是圍巖未能提供足夠的摩阻力來阻止盾構(gòu)滾動(dòng)的趨勢(shì)而帶動(dòng)管片扭轉(zhuǎn)。而導(dǎo)致圍巖未能提供足夠摩阻力的內(nèi)在原因?yàn)椋孩俣軜?gòu)刀盤左右旋轉(zhuǎn)方向不均衡，刀盤總朝一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)；②同步注漿效果不理想，造成圍巖無法提供足夠的摩擦阻力以約束管片的扭轉(zhuǎn)；③管片螺栓未足夠緊固，故無法有效地傳遞力矩。以下再對(duì)其內(nèi)在原因進(jìn)行詳細(xì)分析。

2.2刀盤正反轉(zhuǎn)不均衡

當(dāng)盾構(gòu)機(jī)體及管片均具有滾動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，刀盤順逆旋轉(zhuǎn)的不均衡將造成管片向某個(gè)方向的扭轉(zhuǎn)大于另一方向的扭轉(zhuǎn)，造成成型管片的扭轉(zhuǎn)積累。均衡是指在盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，刀盤正反轉(zhuǎn)的時(shí)間基本一致，同時(shí)也要求刀盤正反轉(zhuǎn)的扭矩基本一致，這樣管片順逆時(shí)針扭轉(zhuǎn)的趨勢(shì)也會(huì)一致。

在瀝大盾構(gòu)區(qū)間掘進(jìn)施工中，最初由于經(jīng)驗(yàn)不足，刀盤總是朝著某個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)體滾動(dòng)角度急劇增大，后續(xù)臺(tái)車軌道也跟著傾斜，管片隨其扭轉(zhuǎn)了一定角度，造成后續(xù)臺(tái)車不停地出軌，嚴(yán)重影響盾構(gòu)的掘進(jìn)施工，后來我們?cè)诰蜻M(jìn)施工中嚴(yán)格控制刀盤正反轉(zhuǎn)時(shí)間和扭矩，有效地控制了管片扭轉(zhuǎn)和后續(xù)臺(tái)車的出軌現(xiàn)象。因此在盾構(gòu)推進(jìn)過程中，如扭矩較大則應(yīng)盡量縮短刀盤的單向旋轉(zhuǎn)時(shí)間，若某一環(huán)推進(jìn)過程中未消除該情況對(duì)管片造成的扭轉(zhuǎn)，且在每一環(huán)推進(jìn)完畢后盾構(gòu)機(jī)體滾動(dòng)角均增大，則管片的扭轉(zhuǎn)角將會(huì)疊加，使扭轉(zhuǎn)程度變得更嚴(yán)重。

2.3圍巖未能給予管片足夠的摩阻力

在較穩(wěn)定的巖層中，由于圍巖的拱效應(yīng)作用，管片與圍巖之間存在著一定的建筑空隙，需同步注漿進(jìn)行填充并固結(jié)管片。但在基巖裂隙發(fā)育，地下水豐富地段，注漿效果往往較差，管片背填注漿液長(zhǎng)時(shí)間未能有效凝固，或注漿量嚴(yán)重不足導(dǎo)致管片未能充分接觸周圍巖體，因此無法產(chǎn)生足夠的摩阻力組織管片轉(zhuǎn)動(dòng)。管片扭轉(zhuǎn)達(dá)18°的情況也正發(fā)生在該種地層。

對(duì)于巖層較軟弱的地段，盾構(gòu)掘進(jìn)開挖后形成的建筑空隙，由于地層的變形和沉降，即使同步注漿也無法有效凝結(jié)或注漿量嚴(yán)重不足，導(dǎo)致管片受變形沉降的土體所約束。此時(shí)，盾構(gòu)機(jī)及管片扭轉(zhuǎn)受到襯背、盾體外殼的土層所提供的摩阻力，故不易發(fā)生扭轉(zhuǎn)。

通過對(duì)施工過程中盾構(gòu)機(jī)及管片扭轉(zhuǎn)情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，也證實(shí)在軟弱地段不易發(fā)生扭轉(zhuǎn)，而在巖層自穩(wěn)性較好且含水的地層段，管片發(fā)生扭轉(zhuǎn)的現(xiàn)象較為普遍。

2.4管片螺栓未足夠緊固

在管片拼裝時(shí)，由于工人對(duì)管片連接螺栓未能足夠緊固，故無法加強(qiáng)環(huán)間的有效連接和提高管環(huán)間的摩擦力，造成管環(huán)之間未能有效傳遞盾構(gòu)機(jī)滾動(dòng)產(chǎn)生的力矩，成型管環(huán)整體性較差，也是造成管片扭轉(zhuǎn)的原因之一。

三、預(yù)防及處理措施

3.1盡量縮短單個(gè)方向的旋轉(zhuǎn)時(shí)間，使正反轉(zhuǎn)時(shí)間和扭矩趨于均衡。

3.2盡量縮短同步注漿液的初凝時(shí)間，以增強(qiáng)管片的自穩(wěn)性和及時(shí)給予管片足夠的摩阻力。

3.3每一塊管片就位拼裝時(shí)，應(yīng)將每個(gè)螺栓初步扭緊，在拼裝完整環(huán)后再次緊固，此外在推進(jìn)過程中推進(jìn)壓力遠(yuǎn)大于管片拼裝時(shí)的千斤頂壓力，故此時(shí)應(yīng)對(duì)管片螺栓再次緊固，以達(dá)到較好的緊固效果，使管片整體性良好以抵抗扭轉(zhuǎn)的趨勢(shì)。

3.4掘進(jìn)時(shí)推進(jìn)千斤頂上下部壓力差應(yīng)盡可能小，避免較大的壓力差使管片產(chǎn)生漂浮現(xiàn)象，從而減弱管片的自穩(wěn)性。施工實(shí)踐證明，當(dāng)盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)千斤頂上下部壓力差達(dá)100bar時(shí)，管片向上位移較明顯，故施工中宜控制上下千斤頂壓力差小于80bar。

3.5當(dāng)發(fā)現(xiàn)管片有位移跡象時(shí)，應(yīng)及時(shí)對(duì)管片進(jìn)行襯背注漿，以防止管片繼續(xù)位移，或?qū)芷M(jìn)行有效的填充，以防止管片產(chǎn)生過大的扭轉(zhuǎn)。

3.6在發(fā)現(xiàn)管片產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)時(shí)，可將刀盤與管片扭轉(zhuǎn)方向同向旋轉(zhuǎn)，并適當(dāng)延長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)時(shí)間，以防止管片繼續(xù)扭轉(zhuǎn)并使管片恢復(fù)正常位置。

3.7在管片扭轉(zhuǎn)過大時(shí)，可合理利用管片螺栓孔與螺栓間的公差進(jìn)行調(diào)整，管片拼裝時(shí)將管片向扭轉(zhuǎn)的反方向進(jìn)行拼裝。拼裝時(shí)為便于拼裝和達(dá)到最好的效果，可先拼裝就位B塊(當(dāng)管片逆時(shí)針扭轉(zhuǎn)時(shí))或C塊(當(dāng)管片順時(shí)針扭轉(zhuǎn)時(shí))管片。

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