常规盾构隧道质量问题原因分析及防治措施

常规盾构隧道质量问题原因分析及防治措施

中铁五局电务城通分公司郑州地铁2号线01工区焦倓然【摘要】本文介绍了郑州地铁2号线广～新～国区间EPB盾构在全断面富水粉细砂层掘进中管片出现的一系列质量问题，并针对这些质量问题所采取的的一系列补救措施及建议措施。

【关键词】EPB盾构全断面富水粉细砂层管片质量控制

1、引言

根据中国城市轨道交通协会统计，2014年初，中国累计有22个城市建成投运城轨线路共计87条，运营总里程2539公里，在2539公里运营里程中，地铁2074公里，占总里程的81.7%。作为城市轨道交通施工主要工法之一的盾构法施工因为其安全、安静、交通保障等方面的优势越来越受到重视和优先采用。

盾构法施工的隧道由于采用衬砌一次成型，发生较大施工质量问题时，基本无法进行大规模的修补整改，成型隧道主要施工质量属于“一锤子买卖”。因此。盾构法施工隧道质量的“事前、事中、事后”控制就显得尤为重要。

本文以郑州市轨道交通2号线一期工程01工区广～新～国盾构区间的成型隧道质量控制措施及不足之处作为论述基础，以保障盾构隧道一次成型、一次验收合格作为出发点，提出部分盾构法隧道质量的控制措施，以期能为相似地层中的盾构法施工有所帮助。

2、工程概况

2.1、工程概况

郑州市轨道交通2号线一期工程土建施工01工区广播台站至新龙路站盾构区间（以下简称广～新区间）、新龙路站至国基路站盾构区间（以下简称新～国区间）大体呈“L”形，区间隧道自北向南沿花园路敷设。广～新区间右线隧道全长1400.500m，左线隧道全长1395.970m，区间隧道埋深为10.3m～19.1m。新～国区间左线隧道全长695.149m，右线隧道全长793.950m，区间隧道埋深为9.3m～13.8m。广～新～国区间左右线范围内，隧道主要穿越地层为细砂、粉土、粉砂及局部粉质粘土。

广～新～国区间采用两台土压平衡盾构机分别进行隧道左右线主体结构施工，管片外径6000mm，内径5400mm，管片环宽1500mm。左线盾构机采用中铁装备厂制造生产的“中铁8号EPB”，刀盘外径6280mm，刀盘开口率为56%，右线盾构机采用德国海瑞克公司制造生产的“EPB，S-368”，刀盘外径6280mm，刀盘开口率为62%。

两区间最小平面曲线为700m半径，最大纵坡为。

2.2、工程地质情况及工程水文情况

2.2.1、工程地质情况

根据地质勘察报告，两个区间盾构穿越及上覆土层主要为：1-1杂填土、2-1粉土、2-3细沙、3-2粉质粘土、4-1粉土、4-2粉砂、4-3细沙层。

2-1层：粉土（Q4al），褐黄色，稍湿，稍密，干强度低，韧性低，摇振反应中等，无光泽反应。本层分布广泛，沿线地段多有揭露，局部未见。层底标高75.41～85.39m，层底深度3.20～12.70m，层厚1.00～8.40m，平均层厚3.48m。

2-3层：细砂（Q4al），褐黄色，饱和，中密～密实，主要矿物成分长石、石英、少量云母。局部夹粉砂。本层分布广泛，沿线地段多有揭露，局部未见。层底标高73.45～78.87m，层底深度9.20～14.70m，层厚1.60～10.90m，平均层厚5.82m。

3-2层：粉质粘土（Q4al+l），灰色～灰黑色，软塑～可塑，干强度中等，韧性中等，稍有光泽，无摇振反应。层底标高74.81～76.91m，层底深度11.50～13.70m，层厚0.60～2.70m，平均层厚1.70m。

4-1层：粉土（Q4al），黄褐色，湿，中密，干强度低，韧性低，摇振反应中等，无光泽反应。本层仅局部揭露。层底标高68.47～75.36m，层底深度13.20～19.60m，层厚1.70～6.80m，平均层厚3.20m。

4-2层：粉砂（Q4al），灰黄色～灰色，饱和，中实，主要成分为石英长石。局部揭露。层底标高70.37～73.74m，层底深度15.00～18.50m，层厚1.50～4.30m，平均层厚2.66m。

4-3层：细砂（Q4al），灰黄色～灰色，饱和，密实，主要成分为石英长石。局部夹粉砂。本层分布广泛，沿线地段均有揭露，局部夹中砂。层底标高46.55～66.52m，层底深度21.50～41.50m，层厚1.00～21.10m，平均层厚11.07m。

2.2.2、工程水文情况

本工程地下水类型为第四系潜水。第四系冲积～洪积（4-2）粉砂及（4-3）细砂为主要含水层，（4-2）粉砂及（4-3）细砂粘粒含量较低，富水性强，透水性好，渗透系数为5～10m/d；冲洪积土层饱水性好，其透水性弱。

地下水水位埋藏变化较小，初见水位埋深为3.0～7.8m，平均埋深为4.81m，标高为82.06～87.49m，平均标高为84.68m；稳定水位埋深为3.4～8.3m，平均埋深为5.23m，标高为81.56～86.99m，平均标高为84.36m。地下水位的变化与地下水的赋存、补给及排泄关系密切，每年6～9月为雨季，大气降雨充沛，水位会明显上升，而在冬季因降水减少，地下水位随之下降。地下水年变幅2.0m，3-5年较高水位3.0m。

3、盾构掘进过程中的管片质量问题表现

3.1、管片推进过程中发生破损

盾构隧道管片在掘进过程中发生的破损主要包括：①推进过程中承力环管片的环缝破损；②推进过程中承力环管片挤压导致的纵缝破损；③拼装管片过程中吊装孔附近发生崩块。

图3.1-1推进过程中管片环缝破损

图3.1-2推进过程中管片纵缝破损

图3.1-3拼装过程中管片吊装孔破损

3.2、推进完成后，管片在脱出盾尾后发生破损

盾构隧道管片在脱出盾尾后发生的破损主要包括：①管片脱出盾尾后管片环缝破损；②管片脱出盾尾后管片纵缝破损。

图3.2-1管片脱出盾尾后环缝破损

图3.2-2管片脱出盾尾后纵缝破损

3.3、推进完成后管片出现错台与错缝

由于盾构管片拼装成环脱出盾尾后进入地层及同步注浆体之间，而被同步注浆包裹的管片存在一定的弹性变形空间，且同时由于盾构反力的作用存在变形的趋向。容易导致盾构管片在脱出盾尾后出现管片环缝及纵缝错台与错峰现象。

3.4、管片出现渗漏水现象

盾构隧道管片出现渗漏的部位主要包括：①环缝渗漏；②纵缝渗漏；③吊装孔渗漏；④管片螺栓孔渗漏。