张中福
中铁二十三局集团第六工程有限公司重庆400010
摘要：在各种地铁盾构施工中，管片上浮现象日益增多，受地下水文地质条件、施工工艺、设计线路坡度、施工环境条件等因素综合影响，给施工带来了诸多困扰。本文结合重庆一轨道交通工程盾构隧道实例，多角度分析成型隧道管片上浮原因，并提出切实可行的应对措施，同时为后续施工提出可行性建议，以便为后续城市轨道交通盾构施工提供有益参考。
近年来，随着全国各地城市轨道交通的高速发展，利用盾构法施工的隧道工程越来越多，因此带来的施工难点也逐渐暴露出来，其中较为严重的就是成型盾构隧道管片上浮问题。若不处理好，将会导致隧道限界无法满足设计要求，严重时甚至会导致整条线路调坡调线[1]，进而造成极大的工期和经济损失。导致管片上浮[2]的原因复杂多变，诸如水文地质条件、施工工艺、管片壁后同步注浆及二次注浆等因素。重庆市轨道交通九号线二期工程土建二标中央公园东站-从岩寺站区间盾构施工完成后，进行管片限界测量时发现其中一段管片整体上浮，最大上浮量达到141mm。本文依托此项目工程实例，从地下水位情况、管片壁后注浆情况、地质雷达扫描情况、盾构施工完成后施工监测情况等原因进行了分析，提出了有效解决措施和后续预防措施，以便后续施工时能避免此类情况再次发生。
1工程概况
重庆市轨道交通九号线二期工程土建二标中央公园东站-从岩寺站盾构区间左右线均为单洞单线隧道，埋深为0-106m，沿线地质条件简单，隧道围岩为砂质泥岩及少量砂岩、页岩。沿线地下水可分为松散层孔隙水和基岩裂隙水，其中松散层孔隙水的水位、水量均呈明显的季节性变化特征，动态变化幅度大。
盾构隧道建筑限界为5800mm，考虑盾构隧道施工时不可避免的施工误差、结构变形、隧道沉降以及测量误差等，在隧道建筑限界周边再预留的裕量，即隧道管片内径为5900mm。管片厚度350mm，盾构外径6600mm，管片宽度1500mm，分为6块，分别为3块标准块，两块邻接块和1块封顶块。环间采用错缝拼接，管片混凝土为C50，抗渗等级P12。
在主线盾构隧道施工完成后，同年4月份进行了一次隧道限界测量，在全线铺轨施工前，进行了第二次限界测量，经过复测发现第1259-1299环管片出现了一定程度的上浮，最大上浮量达到141mm，统计值见图2和表1。
经过多方讨论，初步判断为该段管片背后注浆不饱满，长时间汇聚地下水压力过大，将管片顶起导致上浮。同时从表1中数据发现，在进行放水卸压处理后，管片姿态很快恢复常态。
2管片上浮原因分析
2.1管片背后存在空隙
为保证设计断面尺寸，盾构机刀盘外径大于管片外径，因此安装完成后的管片与围岩之间必然存在间隙，管片脱离盾尾后，管片外壁不能与周边围岩贴合紧密。同时不同地层地质条件不同，掘进时可能出现围岩掉块脱落现象，这使得空隙可能更大。
2.2管片壁后注浆不饱满
由于管片外缘与围岩间存在空隙，因此在掘进过程中需进行同步注浆[3]，目的是尽快稳固管片。管片脱离盾尾后，需进行二次注浆。尽管有同步注浆和二次注浆两道工序，仍然存在管片背后有间隙的可能。这由注浆浆液配合比、周边地层孔隙率等因素决定。若浆液配合比不满足设计要求，凝结速度慢，浆液会顺着管片纵向流淌，注浆孔位置反而不饱满。同时若周边地层孔隙率大，注浆浆液扩散系数大，在相同注浆量的情况下，浆液往外扩散较多，造成注浆孔周围无法饱满。
2.3设计坡度导致该段处于汇水区
根据设计图纸，该段隧道连接中央公园东站，以第1204环分界呈左右“人”字型坡，中央公园东站连接盾构区间的过渡段暗挖区间先于盾构区间施工完成，在盾构区间施工完成后，该段完全形成一个封闭空间，经过长期地下水汇集，水量和水压逐渐增大。并且地下水长期活动，很可能冲刷带走管片背后原有浆液，更进一步扩大管片壁后空间。当地下水压力大于管片自重后，将管片整体顶起，使管片整体上浮。
2.4未定期进行隧道监测
在盾构区间施工完成至全线铺轨施工前，放置时间过长，期间内未严格按要求对隧道管片进行监测[4]，未能在第一时间发现该段管片标高出现异常，判断出该段管片是否出现上浮。
2.5未进行地质雷达扫描
在盾构隧道施工成型后，未按相关规定对管片壁后注浆效果进行地质雷达扫描，无法判断二次注浆效果，无法判断管片是否存在变位可能性。
3管片上浮控制措施
根据对管片上浮可能原因分析汇总，拟从以下几方面对成型管片上浮进行控制。
3.1管片壁后空腔扫描
在盾构隧道施工完成后，应进行地质雷达扫描[5]，检测管片壁后注浆效果，是否存在空腔空洞，注浆效果能否满足要求，若不满足则需要进行补注浆。
采用地质雷达扫描的方法，是基于电磁波在不同介质中的传播速度和反射特性不同的原理，对管片壁后空腔进行扫描。扫描拱腰及拱顶三条线，判断管片背后是否脱空。根据扫描结果判断，若管片背后确实存在脱空或空洞，需安排进行壁后补注浆。
3.2管片壁后注浆
管片壁后注浆分为同步注浆和二次注浆。同步注浆是指在掘进过程中通过注浆系统同步注入水泥浆，填充管片与围岩间隙，保证管片初步稳定。二次注浆是指在管片脱离盾尾后进行补注浆，填满管片壁后间隙。
3.2.1注浆准备
注浆前需根据图纸给定的浆液配合比，经过验证后方可实施。选择性能和状态良好的注浆设备，准备好注浆原材料。检查管片背后开孔放水是否彻底，压力是否完全释放。同时在管片拱腰和拱顶交错布置注浆孔。
3.2.2二次注浆[6]
（1）浆液配备
二次注浆材料一般应选择净水泥浆液或水泥水玻璃双液浆。当采用净水泥浆液时，需采用42.5级及以上水泥，水灰比宜采用1∶1。伴随着注浆过程不停搅拌，避免浆液凝固，同时为了提高浆液早期强度，可适当掺入早强剂或其他类型外加剂。
双液浆又名水泥水玻璃双液浆，配合比宜选用1∶1.15或1∶1.5。调制时将水玻璃液体缓慢倾倒入水泥中，缓慢搅拌均匀。拌制好的成品双液浆应具备以下特性：注浆施工从开始至结束全程不得产生离析；流动性较好，不得堵塞注浆管；凝固收缩率较小，即注浆后双液浆固化时的体积前后变化量较小；浆液隔水性能良好；注浆后强度提高快，能很快高于周边围岩或土层强度。
在浆液制备时，应同时考虑浆液凝结时间长短，由于本工程为地下水导致管片上浮，因此需考虑适当缩短浆液凝结时间。
（2）注浆方法
在开始正式注浆前，应每隔5环或10环施工一道止水环，意在隔断两道止水环之外的注浆范围，防止浆液过度扩散。
注浆时一般为左右注浆孔同时注入浆液，浆液将由于自身重力先向底部流动，随着注浆面缓慢上升，当高出注浆孔高度后，应适当调高注浆压力，将浆液向上“顶”。最后当从管片顶部注浆孔中流出与双液浆同等稠度的浆液时，可判断该段注浆饱满。顶部注浆孔既作为排水孔，又作为排气孔，同时还作为检查注浆是否饱满的检查孔。当注浆饱满后，需特别注意注浆孔的封堵，保证其密封性，不得出现渗漏水现象。
3.3注浆效果检测
在注浆结束一段时间后，应对注浆效果进行检测。常用的检测方法有地质雷达扫描法或钻芯取样法。
3.3.1地质雷达扫描
地质雷达扫描[7]的原理是基于电磁波在物质中的传播特性进行探测。电磁波在不同介质中传播速度不同，当电磁波从一种介质进入另一种介质时，会发生反射、折射和透射等现象。这些现象使得电磁波在物质中的传播路径发生变化。
地质雷达探测系统通常由两个主要部分组成，即发射机和接收器。发射机通过天线向地下发射高频电磁波脉冲，电磁波穿过地下物质，在遇到介质界面时会产生反射、折射和透射。这些反射、折射和透射波通过另一个天线接收，并转换为电信号传输到数据采集系统中进行处理。
基于本工程中壁后注浆效果扫描，操作方法同壁后空腔扫描一致。在管片上选取三条线进行扫描，分别在管片拱腰和拱顶。将探测系统发射机紧贴管片内壁，沿直线匀速前进。扫描过程中严密观察接收器接收信号是否正常，观察波形是否连续完整。待一条线扫描完成后，及时连接处理系统，检查数据有效性，若发现数据段落缺失或效果不佳时，应当及时补充扫描。
待三条线全部扫描完成后，根据数据处理后的波形图判断管片壁后注浆效果是否满足要求。若波形图连续平稳，则说明管片壁后密实连续；若波形图出现波峰或波谷等突变，则说明该处注浆不密实，需补注浆后再进行检测。
3.3.2钻芯取样
对于检测管片壁后注浆效果的方法，除地质雷达扫描外，还能采用钻芯取样的方法。此方法还能进一步验证地质雷达扫描结果的准确性，做到两种方法相辅相成，互相验证。
在选取钻芯取样点位时，应优先选择拱顶注浆孔，利用水磨钻钻芯取样，检查芯样长度和密实度。钻孔后再查看孔内情况，若密实则证明壁后注浆效果满足要求。在钻芯取样检查完成后，注意孔洞封堵，适当加入微膨胀水泥，保证不掉块不脱落。
3.4隧道监测
在盾构隧道施工完成后，应按要求定期对管片做好监测。监测点应每隔20-50环布置一组，分别布置于管片拱顶与拱腰两侧。拱顶测点用于监测管片是否上浮或沉降，拱腰测点用于监测管片是否出现收敛变形。
监测绝对控制点应布置于隧道外稳固且不发生位移变化的位置，每次监测时从起始点起测，记录好每个点位测量数据，并在至少每月一次的监测完成后，整理汇总当期数据，与往期数据进行对比，做好当期变化量、变化速率，累计变化量、变化速率等监测指标的分析，综合判断管片是否处于稳定安全状态。一旦发现数据异常，及时进行补测、分析，如确有问题需尽早处理。
3.5地下水位监测
本工程地下水位受季节性影响大，需在隧道外侧设置地下水位监测点，定期对地下水位进行监测[8]，对比地下水位与管片标高。与隧道管片监测数据对照，进一步判断管片是否出现异常，一旦发现异常，及时提出处理方案，保证隧道结构稳定性。
4结束语
就本工程而言，结合现场实际情况与采取的各种措施，针对成型盾构隧道管片上浮问题，分析研究产生原因及应对措施，初步得出如下结论：
（1）管片壁后，尤其是管片顶部存在空腔时，将会影响管片整体稳定性，使得管片存在变位可能性。管片顶部不密实对管片上浮影响尤其严重。
（2）管片二次注浆应严格把控，控制好壁后注浆饱满度和密实度，一旦注浆不饱满，将会使得管片发生位移。
（3）管片二次注浆完成后，应进行地质雷达扫描，检测管片壁后注浆效果，判断管片壁后是否存在空腔，若发现注浆不饱满或密实度不满足要求时，应及时进行补注浆，保证管片周围包裹严密。
（4）成型盾构隧道管片应按照要求进行监测，密切关注管片变化情况，特别注意管片顶部标高，一旦发生异常应立即进行处理。
（5）成型盾构隧道地下水位监测应正常进行，尤其是雨季，密切关注地下水位变化情况，结合管片监测数据判断管片是否处于稳定状态，确保成型盾构隧道管片整体稳定性。
文献转载来源：中国知网-路桥隧道
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