盾构隧道盾尾管片上浮机理与控制
第３ ４卷，第１期 ２ ０ １ ３年１月 中 国 铁 道 科 学 ＣＨＩＮＡ ＲＡＩＬＷＡＹ ＳＣＩＥＮＣＥ Ｖｏ１．３４ Ｎｏ．１ Ｊａｎｕａｒｙ，２０１３
文章编号：ｌＯＯｌ一４６３２（２ｏ１３）Ｏｌ一００５９—０８
盾构隧道盾尾管片上浮机理与控制
戴志仁
（中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西西安７１００４３）
摘要：在理想的同步注浆条件和不计浆液性状变化影响的前提下，将盾尾后方管片受到的总上浮力分为 随地层条件和隧道埋深而变化的广义动态上浮力以及由液态浆液包裹而产生的静态上浮力两部分，推导出这２ 种上浮力的计算公式。动态上浮力在盾尾后方一定距离范围内长期存在；基于盾尾空隙横断面内的浆液压力梯 度的变化规律，给出静态上浮力的作用范围。根据管片的上浮模式，考虑管片环问的纵向约束作用，得出维持 隧道抗浮稳定需要的浆液最小屈服强度表达式，明确了浆液屈服强度对隧道抗浮稳定具有决定性作用、围压对 提高浆液屈服强度有积极的作用。
关键词：盾构隧道；同步注浆；盾尾空隙；上浮力；屈服强度
中图分类号：Ｕ４５５．４３ 文献标识码：Ａ
盾构掘进对周围地层的扰动主要集中在掘削面
与盾尾处。随着盾构施工技术的不断发展，在掘削
面稳定性得到有效控制的前提下，盾尾处导致的地
层变形越来越突出，而盾尾处引起的地层变形又主
要取决于同步注浆效果的好坏ｌ】 ］。大量研究表 明ｌ３ ］，在盾尾后方一定距离以内，管片受到向上
的浮托力而出现位移，可能导致隧道偏离设计轴线
和管片附加应力的产生，进而导致管片错台、裂缝
与渗漏现象。
叶飞＿＿６］基于管片吊装孔即时注浆，认为软土地
区盾构管片受到的上浮力必须大于隧道上覆土柱荷
载与管片重力之和才能导致管片上浮，管片下部的
注浆压力为施工期隧道上浮的主要原因，但其没有
考虑到隧道埋深一定时，盾尾空隙（≥１０ ｃｍ的三
维环状空间）完全能够给隧道提供足够的上浮
空间。
Ａ．Ｂｅｚｕｉｊｅｎ等ｌ＿７氇］通过对浆液流动过程的分
析，建立了浆液屈服强度与其所能抵抗的隧道最大
浮力之间的关系，以及要保持隧道稳定需要浆液提
供的最小剪切强度。但其没有考虑浆液自身重力的
影响，认为浆液从拱顶到拱底的流动过程中，由于
摩阻力的作用使得浆液压力逐渐减小，拱顶与拱底
之间的浆液压力差用来抵抗隧道上浮，也没有考虑
管片之间的纵向约束作用，与实际情况存在差异。
收稿日期：２０１２—０６—１１；修订日期：２０１２—１０—０５ 作者简介：戴志仁（１９８１一），男，江苏溧阳人，工程师，博士。 本文基于理论解析法，在理想的同步注浆前提
下，不考虑浆液向周围地层的渗透与浆液性状变化
的影响，将盾尾后方管片受到的上浮力总结为随着
地层条件与隧道埋深变化而变化的动态上浮力
Ｆ动，以及由液态浆液包裹而产生的静态上浮力
Ｆｎ，推导这２种上浮力的计算公式；进一步以隧 道横断面内浆液压力的竖向应力梯度为切人点，得
到了盾尾后方管片的上浮范围；最后在考虑管片纵
向约束的前提下，得出维持隧道抗浮稳定需要的浆
液最小屈服强度，并明确了盾尾后方管片抗浮稳定
的控制方向。
１上浮力计算公式及其作用范围
根据盾尾后方管片的上浮过程，可以将隧道的
上浮分为２个阶段。第１阶段：盾尾空隙（厚度≥
１０ｃｍ的三维环状空间完全能够给隧道提供足够的
上浮空间）内的隧道上浮，这部分上浮主要通过浆
液的抗剪强度来限制；第２阶段：依靠隧道上覆土
柱两侧滑动面上土体的抗剪强度与土柱自重来限制
管片向上运动的那部分隧道上浮。工程实践表明，
在隧道覆土深度较大的情况下，盾尾空隙内隧道的
上浮（第１阶段）才是盾尾后方隧道上浮的主要原
因。本文的研究工作针对隧道第ｌ阶段上浮而展 ６０ 中国铁道科学 第３４卷
开的。 １．１上浮力计算公式的推导
在理想的同步注浆前提下，尽管隧道处于液态
浆液包裹之中而呈向上浮动的趋势，但由于隧道周
围存在地层水土压力，水土压力的作用又会通过浆
液传递到管片上，因此隧道受到的浮力不能简单地
运用阿基米德原理进行计算。
根据行车规范与线路坡度的要求，区间隧道线
路纵断面一般设计成“Ｖ”字形或单向节能坡＿１ ，
因此区间隧道所在的地层条件与埋深情况总是在不
断的变化中，而盾构隧道同步注浆所用的浆液以及
相应的注浆工艺在一个区间甚至是整条线路通常都
是不变的。因此本文将盾尾空隙内隧道受到的总浮
力Ｆ浮归纳为Ｆ浮一Ｆ动＋Ｆ静。
１）动态上浮力Ｆ动
对于城市轨道交通工程中普遍采用的盾构隧
道，一般假定作用在隧道拱底的地层反力Ｐｖｚ为拱
顶竖向地层应力ＰⅥ与管片自重 之和，ＩｌＰＰｖ２一
Ｐｖ１＋Ｐ 。其中，ＰⅥ一∑７ｉｈ ，Ｐ 一７ｃｙｃ （ｙｃ为管
片重度、ｔ为管片厚度），此时隧道上下地层压力
差与隧道自重能够达到平衡，隧道不存在向上的作
用力与位移趋势。
在理想状况下，根据土压力理论，拱底处原始
地层竖向应力Ｐ Ⅵ一Ｐ、， ＋ （ 为隧道范围内地
层平均重度、Ｄ为隧道直径），可见Ｐ ｖｚ明显大于
Ｐｖ２。在实际工程中，施工控制效果越理想，拱底
处竖向地层应力越接近Ｐ ，整个隧道向上的作
用力就越明显。另外，由于隧道四周地层应力的合
力都指向圆心，而隧道下半断面的地层应力又明显
大于上半断面，这也将导致隧道受到向上的作用
力＿１ 。因此，本文将这个由于地层应力作用而导
致隧道受到的向上作用力称为广义的动态上浮
力Ｆ曲
以１环管片及其外围包裹的浆液为研究对象，
地层应力将通过浆液传递到管片上，导致其受到向
上的作用力Ｆ憩，该作用力减去浆液的自重Ｇ浆与
管片的自重Ｇ，ｔ，就是隧道受到的动态上浮力
Ｆ动，即
Ｆ动一Ｆ，ａ—Ｇ浆一Ｇ管 （１）
１环管片的自重为
Ｇ管一ｎＲ５４Ｄｇ （２）
其中，
：一 曼 二 ！± 二 垦 二 ｇｒｃＲ５ 式中：Ｒ。为管片外半径，ｍｌ ｚ为单环管片长度，
ｍ； 为管片范围内隧道的平均密度，ｋｇ・ｍ＿ ；
１０空和Ｐｃ分别为空气密度、衬砌密度，ｋｇ・ｍ。
假定盾尾空隙处于理想充填状态，浆液充填率
为１００ ，则在１环管片宽度范围内，充填浆液的
自重为
Ｇ浆一ｐｇｇｎ（Ｒ 一Ｒ５）Ｚ （３）
式中：Ｒ为考虑注浆层厚度的隧道半径，ｍ；Ｐｇ为
浆液密度，ｋｇ・ｍ＿。。
对于单位长度隧道，Ｆ总的求解原理如图１所
示，以计算点处任意小的１块竖向土条为研究对
象，其宽度为口，土条与隧道接触面的竖向投影长
度为ｂ，高度为＾，水平土压力 与竖向土压力
的合力 指向隧道中心。
图１隧道受力分析示意图
， ａ￣ｂｓｍａ ４ａ，￣ａｃｏｓａ ｂ／ｓｉｎａ’ａ／ｃｏＳ口
一 ［－（ｃｏｓａ） ＋Ｋｏ（ｓｉｎａ） ］ （４）
其中，
一 ｏ＇ｘ—Ｋ０
式中：－厂为隧道所受土体应力，Ｐａ；ｈ为计算点深
度，ｈ—Ｈ＋Ｒ（１一ｃｏｓａ），ｍ，Ｈ为隧道拱顶埋深，
ｍ；），为覆土平均重度，ｋＮ・ｍ～；ａ为计算点与
竖直方向交角（。）；Ｋ。为静止土压力系数。
由于隧道左、右受力对称，因此水平方向合力
为零。由式（４）可知，单位长度隧道受到的竖向
合力Ｆ 总（向下为正）为
ｒ” Ｆ 总一２ｌ ［ｃｏｓ。口＋Ｋｏｓｉｎ ａ］ｃｏ 出 （５） Ｊ ０ 因此，１环管片受到的动态上浮力可以表示为
Ｆ动一Ｆ 总ｚ一 ３ ｇ－－ｐｇｇｎ（Ｒ。－－Ｒｇ）Ｚ（６）
２）静态上浮力Ｆ静
静态上浮力Ｆ静采用阿基米德原理进行
计算：
Ｆ静一 一ｐｇｇｎＲ５ Ｚ （７）
第１期 盾构隧道盾尾管片上浮机理与控制
３）隧道受到的总浮力
１环管片宽度范围内，隧道受到的总浮力为
Ｆ浮一Ｆ动＋Ｆ静一Ｆ 总ｌ—ＸＲ２ｏｌｐｇ—
ｐｇｇｎ（Ｒ 一Ｒ５）Ｚ＋ｐｇｇ兀Ｒ５Ｚ （８）
进一步可得，总浮力Ｆ浮对应的浆液压力在竖
直方向的应力梯度为
】一盟 ５Ｚ （９）
以软土地区某典型地铁隧道工程为例，相关参
数取值为Ｒｏ一３．１ ｍ，ｚ一１．２ ｍ，１０空一１．２３７ ｋｇ・
ｉｎ～，ｐｃ一２ ４００ ｋｇ・ｍ～，ｔ一０．３５ １ＴＩ，Ｒ一３．２
ＩＴＩ，Ｐｇ一１ ５００ ｋｇ・ｍ （单液可硬性浆液），Ｈ一
９．８ ｍ（相应的隧道中心埋深为１３ ｍ），），一１８
ｋＮ・１ＴＩ～，Ｋ０－－０．６７。
将相关参数代人式（４），可得隧道的受力情况
如图２所示（此时管片范围内隧道的平均密度｜０—
５１２．３ ｋｇ・１ＴＩｑ），最大受力部位在隧道拱底，达
２９１．６ ｋＰａ，拱顶处受力最小，为１７６．４ ｋＰａ。
２９１．６ 图２隧道周围土体应力分布示意图（单位：ｋＰａ）
根据上述参数，由式（５）可得单位长度隧道
受到垂直向上的作用力Ｆ 总一一５２０．４ ｋＮ，由式
（６）可得１环管片受到的动态上浮力Ｆ动一４０７．８
ｋＮ，由式（７）可得１环管片受到的静态上浮力
Ｆ静一５３２．３ ｋＮ，由式（８）可得１环管片受到的总
上浮力Ｆ浮＝＝＝９４０．１ ｋＮ，由式（９）可得隧道横断
面内的浆液压力梯度 ＝：＝２６ ｋＰａ・Ｉｎ＿。。
１．２上浮力的作用范围
１．２．１动态上浮力作用范围
对于动态上浮力Ｆ动，包括浆液层在内的隧道
平均密度｜０ 可以表示为
一 （１０）
将相关参数代入可得 ＝５７３．１ ｋｇ・１ＴＩ～。 可见，考虑浆液层在内的隧道平均密度 远小
于土体的平均密度１ ８００ ｋｇ・ｍ＿。，因此，如不考
虑浆液硬化的影响，动态上浮力 ｂ将在盾尾后方
一定距离范围内长期存在。
１．２．２静态上浮力作用范围
Ａ．Ｍ．Ｔａｌｍｏｎ等Ｌｌ妇通过试验与现场量测后发
现，混凝土衬砌与浆液之间的剪应力要远远小于土
体与浆液之间的剪应力，钢衬砌则更小，相对而
言，前者一般可忽略不计。
在盾尾空隙内，受浆液重力的影响，大部分浆
液的实际流动方向以向下为主，浆液压力在横断面
内的分布从拱顶到隧道拱底呈现逐渐增大的趋势。
对盾尾空隙内任意的浆液流体微元而言，主要受到
的作用力如图３所示，包括微元体的上、下面浆液
压力差Ｆ一△ （其中，△ 为隧道拱底与拱顶之
间的浆液压力差， 为盾尾空隙厚度）及自身重力
Ｇ、土体侧壁摩阻力 和地层土压力 （土压力
的方向指向隧道中心），其中土体侧壁对浆液的摩
阻力主要是通过浆液的屈服强度ｒ体现，即
．厂阻一ｒ。
图３横断面内浆液微元受力简图
把所有的力向微元体流向方向投影，可得到浆
液微元体受力沿流线方向的平衡方程如下
△ ＋ ｄａ＝＝＝Ｇｓｉｎａ （１１）
对上式进行化简，可得
△ 一—Ｇｓ—ｉｎ—ａ—－—（ ｔｏ—ｅ￣—ｒ）一Ｒｄａ （１２）
其中，
Ｇ—ｐｇ 艿出
式中：ｌ＇０为浆液初始剪切力，Ｐａ； 为浆液剪切力
时间因素。
根据式（１２），对ａ在区间［Ｏ，７ｃ］上积分，
可以求出隧道拱底与拱顶之间的浆液压力差△ ，
进一步可以得到盾尾处横断面内浆液压力变化梯度
为
岩层盾构法施工管片上浮原因分析与解决
| 工程技术与应用 | Engineering Technology and Application·110·2019年第6期岩层盾构法施工管片上浮原因分析与解决张 平，刘国栋（中交二航局工程装备分公司，湖北武汉430014）摘 要：在城市地铁土压盾构施工中，在风化岩层中掘进时经常会遇到管片上浮的现象，如果控制不当，会造成成型管片质量不符合设计及验收规范，严重时需要线路调线才能解决。因此，盾构在此地层中掘进时，防止管片上浮是必须要解决的问题。本文以广州地铁14号线某盾构区间为例，详细分析了管片上浮机理、原因及解决措施，并通过实践来验证防控措施的有效性。关键词：土压盾构；岩层；管片上浮；防控措施中图分类号：U455.43文献标志码：A文章编号：2096-2789（2019）06-0110-02
作者简介：张平（1981—），男，工程师，研究方向：盾构施工，盾构设备。在城市地铁盾构施工中，会经常遇到强度较高、稳定性较好、短期收敛较小的地层，在此地层中掘进施工时，除了刀具磨损外，管片上浮也是一个质量通病。因此开展对管片上浮的原因分析并提出解决措施很有必要，可提高管片的成型质量，降低不合格率，提高盾构施工的经济效益，对以后在同一工况下的盾构掘进施工有着很好的借鉴意义。1 工程介绍本盾构区间盾构穿越地层中，洞身范围<8-1>中风化砂砾岩、<9-1>微风化砂砾岩地层占比达74.1%，<8-1>的岩石质量指标RQD为80%～85%，<9-1>的岩石质量指标RQD为80%～98%；隧道基本都在地下水位线以下，<8-1>的渗透系数K=0.1m/d，<9-1>的渗透系数K=0.008m/d，都属于微透水地层，局部有砂层侵入隧道范围，且地下水与流溪河联通，有较强的水源补给。本标段所使用管片为钢筋混凝土管片，管片外径为6000mm，厚度为300mm，管片综合密度为2.59g/cm3，同步注浆所用浆液配合比如表1所示。将左线309～337环的管片姿态测量数据与初始姿态做比较可得，盾构在这段纯岩层中掘进时产生了较明显的上浮（如表2所示）。2 管片上浮机理分析2.1 管片上浮的外部原因盾构机一般在结构设计时会使刀盘的开挖直径稍大于盾体直径，本标段使用的罗宾斯土压盾构机的刀盘开表1 同步注浆配合比参数表水泥/kg膨润土/kg粉煤灰/kg砂/kg水/kg初凝时间/h28d强度/MPa130424307905231019.1表2 管片上浮量统计表（mm）环号309310313314315316319320321322325326327328331332333334335336337PPS导向系统显示垂直偏差-55-51-50-44-49-43-47-50-55-62-70-68-64-58-56-51-46-48-57-55-57后期人工测量管片垂直偏差322848476356978998838063767891747158392526差值（管片上浮量）8779989111299144139153145150131140136147125117106968083挖直径为6300mm，而盾体的外径为6260mm，再加上盾体的厚度100mm和盾尾间隙30mm，会造成开挖土体与拼装完成的管片外径上部和下部平均有150mm的建筑空隙，且岩层短时间内基本无收敛，建筑空隙在相当长时间内会一直维持，因此，最不利情况下，管片有约150mm的上浮空间。另外，盾构纠偏等造成的蛇形线路会造成土体超挖，形成比理论开挖空隙更大的空间，增加了管片上浮的空间。2.2 管片上浮的内在机理因为流溪河隧道局部与上部砂层联通，会造成与地下水系连通，如尾部注浆不饱满时，后部的渗水会经过通道往土仓流动，在盾尾会与同步注浆浆液混合后对浆液进行稀释，稀释后的砂浆初凝时间会延长，且液体状的砂浆和水的混合体会对管片产生较大的浮力，在此以水为介质进行计算（若用砂浆计算则浮力更大），每环管片所受到的浮力根据阿基米德浮力公式得：F浮=ρ水·V排·g=1.0×103×3.14×62×1.5/4×9.8 =415.42kN （1）其中：ρ水为水的密度，取1.0×103kg/m3；V水排为排开水的体积，因隧道在水位线以下，因此取1环管片的外包体积；g为重力加速度，取9.8m/s2。根据管片密度可得每环管片的重力为：G管片=ρ管片·V管片·g =2.59×103×3.14×(62-5.42)/4×1.5×9.8 =204.43kN （2）因此每环管片受到的合力向上，大小为：F合=F浮-G管片=415.42-204.43=210.99kN （3）根据上述计算，每环管片脱出盾尾约束后立即产生上浮，而脱出盾尾需要1.5环的掘进循环时间，正常情况下1.5h即可完成1环的掘进。因此，正常拼装完成的管片大约2.25h即可脱出盾壳的约束，进入砂浆混合液的浮动区域，而该配合比拌制的砂浆的（暂且不考虑稀释对初凝时间的影响）初凝时间为10h，因此，在管片脱出盾尾后会立即受到大小约等于2倍管片重力的浮力影响，产生一定的上浮量，且等砂浆的初凝完成时，管Engineering Technology and Application| 工程技术与应用 | ·111·2019年第6期
盾构隧道管片上浮的机制研究
盾构隧道管片上浮的机制研究
张君;赵林;周佳媚;刘欢;张迁
【摘 要】盾构法施工时难以避免地会对隧道周围地层造成扰动，引起地表位移，对盾尾间隙的充填可以有效地控制盾尾地表沉降。但在盾构掘进、盾尾间隙注浆施工中，隧道管片局部或整体上浮现象也时有发生。对管片结构在施工过程中受力状态进行分析，将管片的上浮归为四大类，即管片封闭成环的上浮、盾构掘进顶推时的上浮、脱出盾尾后管片的上浮、浆液初凝后管片的上浮。并提出管片脱出盾尾后至浆液初凝前的上浮计算方法，此外针对盾构施工期间管片的上浮，提出了管片上浮的控制措施。研究成果可为盾构隧道管片抗浮设计及施工提供一定的技术依据。%During the process of shield tunneling, it is inevitable to disturb the
surrounding stratum and cause surface displacement. The key to control
surface subsidence is to effectively fill the gap of the shield tail. But the
lining segment is prone to partial or wholly upward moving in shield
driving and shield tail gap grouting. In this paper, the upward moving of
segment structure is classified into four categories in terms of stress state
in the construction process, including the upward moving when the
segment is closed to form a ring, the upward moving when shield is
盾构施工中常见问题分析及防治措施
-
.
- .word.zl. 盾构施工中常见问题分析及防治措施
盾构施工过程中，管片上浮、管片错台、管片渗水三类问题是严重影响成型管片的质量与美观。本文结合施工过程中，对管片错台、管片上浮、管片渗水产生原因加以分析，并提出相应防治措施，以提高盾构隧道的使用效果和延长隧道使用寿命。
一、管片上浮
管片上浮是指管片脱离盾尾后,在受到集中应力后产生向上运动的现象。?规?规定盾构掘进中线平面位置和高程允许偏差为±50mm。管片拼装偏差控制为±50mm。隧道建成后，中线允许偏差为高程和平面为±100mm，且衬砌构造不得侵入建筑限界。由此推算管片上浮允许值与盾构姿态、管片姿态密切相关，因此均应限制在±30mm以才能保证不侵限，并使管片外侧得到均匀的注浆回填。
1、上浮的原因及分析
结合在轨道交通一号线望湖城至大店盾构区间的施工经历，可从以下四个方面来分析管片上浮的原因。
〔1〕同步注浆不饱满，从而存在上浮空间
盾构区间圆形隧道〔管片〕外径6.0m，径5.4m，管片厚度300mm，管片宽度1.5m，分块数为6块〔管片由一块封顶块、两块邻接块、三块标准块构成〕。盾构机与管片之间存在着150㎜的建筑空隙，如果同步注浆不饱满，使管片外侧与土层之间的间隙没有及时有效地充填，就必然出现管片上浮的空间。
其次，在同步注浆不饱满时，地层土软硬不同，产生的管片上浮-
盾构隧道管片上浮原因分析及应对措施 姚佳兴
盾构隧道管片上浮原因分析及应对措施 姚佳兴
摘要：城市轨道交通的建设在中国已经走过 50 多年的发展历程，在这几十年的时间里，中国城市轨道交通已经发生了翻天覆地的变化。目前我国已经有 41 座城市开通了地铁，特别是我国的一、二线城市，城市规模大，动辄数十条的地铁规划规模和数条线路同时开工建设。由于地铁线路网密集，目前在建地铁项目的上跨、下穿已经成为新常态，成为施工中面临的新课题。为控制施工过程中可能对既有线路造成的上浮和下沉，现场必须严格执行施工方案，加强监控量测，同时做好应急预案，避免事故发生。作为一种常见的工程问题，盾构隧道施工中的管片上浮问题已经引起了广泛关注：针对全断面硬岩地层中管片上浮问题，结合实例分析了导致管片上浮的原因和机制，从盾构施工和设计等方面提出了控制管片上浮的措施；以某盾构隧道工程为依托，结合现场盾构管片上浮监测结果，考虑到管片衬砌结构的重要性，对盾构施工中管片上浮原因进行总结概括，提出了相应控制对策，通过现场监测，管片上浮量得到了有效地控制，验证了控制措施的有效性。
关键词：盾构施工；管片上浮；盾构施工参数；注浆参数；抗浮措施
引 言：盾构法隧道的管片成型安装质量的好坏，直接影响到隧道线型是否满足设计轴线和建筑界限的要求。盾构施工过程中会受地质、水、同步浆液等因素的影响，管片脱出尾盾后，经常会发生管片向上位移现象，即所谓的管片上浮。管片上浮会造成成型姿态超限，严重时影响线路设计中隧道的高程、走向和净空，同时增加施工成本。
1.工程简介
某地铁项目，地质情况是：淤泥、粉质粘性土、砂层、全风化混合花岗岩、强风化混合花岗岩、中风化混合花岗岩、微风化混合花岗岩；盾构信息：盾构直径6.95m，管片内径6m，外径6.7m，环宽1.5m，管片厚度350mm其上浮值统计如图1所示。
图1盾构第48～55环管片上浮曲线图
盾构隧道管片上浮原因分析及应对措施 朱宝龙
盾构隧道管片上浮原因分析及应对措施 朱宝龙
摘要：盾构施工过程中会受地质、水、同步浆液等因素的影响，管片脱出尾盾后，经常会发生管片向上位移现象，即所谓的管片上浮。管片上浮会造成成型姿态超限，严重时影响线路设计中隧道的高程、走向和净空，同时增加施工成本。本文，以某盾构隧道工程为依托，结合现场盾构管片上浮监测结果，考虑到管片衬砌结构的重要性，对盾构施工中管片上浮原因进行总结概括，提出了相应控制对策，通过现场监测，管片上浮量得到了有效地控制，验证了控制措施的有效性。
关键词：盾构隧道；管片上浮；姿态调整；衬砌背后注浆
1.工程简介
某地铁工程建（构）筑物主要包括1～4层居民房屋、红日山湖小区和金源橘子郡小区。区间埋深约为19.6～30m，穿越地层以强风化至中风化泥质粉砂岩为主，岩性软弱，强度较低，埋深20m范围内地下水主要有松散岩层孔隙水和孔隙裂隙水2种类型。
2管片上浮原因分析
结合隧道周围地质环境因素，对引发管片上浮的因素进行分析，主要受到工程水文地质条件、管片与围岩间建筑空隙、衬砌背后注浆质量、盾构掘进参数及姿态控制等方面的影响。
2.1工程水文地质条件影响
此段上浮明显的管片位于强、中风化泥质粉砂岩不同地层交界处。由于断面内岩层软弱不均，造成盾构掘进大量蛇形运动，加大了环向建筑空隙。同时下部地层自稳能力较强，刀盘受到的阻力大于上部，造成刀盘切削上部软弱土体过量，下部硬岩切削较少，导致围岩与管片间的空隙得不到减小。施工阶段为当地雨季，地层地下水位较高，在透水地层中施工时，管片浸泡产生的巨大浮力，使管片产生上浮趋势。
2.2管片与围岩间建筑空隙
盾构前行时盾尾受力转移到临近管片上，盾构掘进扰动周围土体，导致管片脱尾后管片安装外径与周围围岩之间并非贴合紧密，存在着一定的环向建筑空隙。此建筑空隙的存在，为管片提供了上浮空间。在软弱地层中，管片脱出盾尾后，若注浆不及时，无法填充环向建筑空隙，拱顶围岩便会产生变形。对于软弱地层，地表沉降可自动消除环向建筑空隙，有利于约束管片上浮。然而对于硬岩施工，管片脱出盾尾后，由于岩层较为稳定，若同步注浆不及时填充空隙，就会出现管片上浮现象。
盾构隧道硬岩段施工管片上浮超标案例分析及解决方案
盾构隧道硬岩段施工管片上浮超标案例分析及解决方案
2.广东建科建设咨询有限公司 广东广州 510000
引言
城市地铁隧道的掘进大量采用盾构法进行施工，盾构工法相较明挖及矿山法作业有明显的优势，如盾构工法征地拆迁少、对复杂地质适应性强、施工速度快、安全性高、技术成熟等。但盾构施工也存在一些施工难点及质量通病，如在施工过程中不加以重视及控制往往会对隧道区间的验收及运营造成不利影响。在盾构法施工中盾构管片上浮的控制是盾构法施工控制中的重中之重，一但盾构管片上浮超标，将严重影响隧道区间的施工质量，甚至造成隧道局部区间限速。
1 盾构管片上浮的应对措施
盾构法施工质量控制的核心就是盾构管片轴线的误差控制，即把盾构管片的实际施工轴线与设计轴线的误差控制在合理范围，根据GB50299-2018《地下铁道工程施工验收规范》规定：管片拼装后，隧道轴线的高程和水平位移不得超过±50mm，成型隧道验收要求的隧道轴线的高程和水平位移不得超过±100mm。在盾构管片安装直至盾构管片趋于稳定的过程中，盾构管片存在一定的高程及水平方向的位移，这些位移要通过一定的措施加以控制，否则盾构管片的施工轴线很容易偏位超标，盾构管片轴线偏位超标最常见的情况即是管片上浮。
管片上浮的因素很多，一般受隧道区间地质情况、地下水情况、管片同步注浆浆液情况、管片二次补浆情况及盾构掘进参数等多种因素综合影响。管片上浮量主要发生在盾构管片脱出盾尾后24h～36h范围，之后的管片上浮量一般趋于稳定。 根据管片上浮的因素及权重制定控制管片上浮的措施，施工中常采用的措施有管片拼装时施工控制轴线下压、拼装管片采用垫片、施作止水环、采用半堕性同步浆液、合理控制盾构掘进参数、脱盾尾管片加重物压载等多种方式。在实际工程案例中往往会选取以上多种控制方式的组合以达到预期控制效果。
2 工程实例基本情况
广州市轨道交通七号线二期大沙东站~姬堂站区间，区间隧道埋深10.21～29.06m，区间左线长2695.41m，右线长2693.50m。中间风井～大沙东站1505.798m，中间风井～姬堂站1107.694m。现状管线主要位于镇东路、丰乐北路道路下方及两侧，地下管线复杂，主要管线类型有电力、电信、给、排水、煤气、污水等，埋深一般为0.4～4.28m，管片规格为外径6m，内径5.4m，宽度1.5m，厚度0.3m。
盾构施工过程中管片上浮原因分析及处理技术
盾构施工过程中管片上浮原因分析及处理技术
【摘 要】本文以成都地铁施工案列为基础，对盾构隧道施工中管片上浮的原因进行分析，并从同步注浆、管片姿态等方面提出控制及处理隧道管片上浮的针对性措施，供同行参考。
【关键词】盾构；管片上浮；原因分析；处理
随着时代的进步，安全、环保意识得加强，盾构法施工以其影响面小、安全、快速等优点，成为城市轨道交通建设的首选。
盾构施工过程中，拼装完成的管片不时会出现局部或整体上浮。本文结合成都地铁2号线二期工程土建03标盾构隧道工程实例，就施工期间盾构隧道管片上浮机理及控制进行研究探讨，力求为解决同类型盾构施工中管片上浮问题提供一些方法借鉴和建议。
0.工程概述
成都地铁2号线二期工程03标“保安村～龙泉东站”盾构区间长1490.108m，隧道埋深8.6m～17.40m；区间线路从保安村站以20‰坡度下坡至YDK54+100.00，随后以28‰坡度上坡至YDK55+050.00，最后再以2‰坡度下坡至龙泉东站。本线路穿越地层均为成都地区典型的砂卵石地层，地下水位高、水量丰富、补给性强。施工过程当中，隧道左、右线在里程YDK53+300.00～330.00、YDK53+420.00～435.00处下坡段掘进时，管片均不同程度上浮7～9cm，导致隧道管片局部接缝出现错台超限、破损严重现象，对工程外观和实体质量均造成不良影响。
1.盾构管片上浮的原因分析
盾构管片上浮是在多种因素共同作用下产生。就本工程本区段而言，产生盾构管片上浮原因主要有以下四点。
1.1地下水作用力
概述中已经提及，成都地区地层含水量丰富，且本文所述地铁施工里程正好位于区间线路的下坡地段，在下坡段的掘进施工中，地下水由于自身向低处流淌的特性，大量汇集于盾构机作业位置。
盾构机械设计制造时，为保证顺利掘进和管片拼装空间，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（14cm），这就导致管片在脱出盾尾后，其实际处于四周无约束的状态。此时，汇集在作业面的地下水产生的浮力，使刚安装的管片在此14cm的空隙内自由的上浮偏移。
盾构施工管片上浮分析与控制
盾构施工管片上浮分析与控制的研究
摘要：盾构施工中的管片上浮幅度控制是确保隧道线型符合设计要求的关键，本文结合沈阳地铁一号线施工管片上浮控制的工程实例，从盾构工法特性、同步注浆工艺、盾构姿态控制等方面着手，对盾构施工中管片上浮的原因进行了分析研究，并提出了相应的控制措施。
关键词：盾构施工 管片上浮 分析 控制
1前言
管片上浮是指管片脱离盾尾后产生向上运动的现象。在盾构施工中，管片上浮情况时有发生，它受盾构工程地质及水文地质条件、盾构工法特性、同步注浆工艺、盾构姿态控制及线路走向等因素影响。管片上浮一是可造成盾构隧道的“侵限”，二是在管片的端面产生剪切应力，造成管片的错台、开裂、破损和漏水，降低管片结构的抗压强度和抗渗能力。因此，盾构隧道管片上浮控制是确保隧道质量重要环节。
2管片上浮的环境特征
2.1从地层地质情况来看，管片上浮在软土、沙砾层、硬岩地段的施工中均有发生，且地层越硬上浮情况越严重。其次，在上软下硬地层中引起的管片上浮较严重。
2.2从线路特征来看，在变坡点，尤其是在竖曲线的最低点，管片上浮比较严重。
2.3从管片上浮影响范围来看，一般是10～15环连续出现上浮
情况。
2.4从管片上浮的速率和快慢来考虑，在脱出盾尾后24h内，数值一般可以达到稳定值的2/3, 随后管片上浮速度有所减慢，在24～48h上浮值为稳定值的1/4～1/3, 在48h后管片基本稳定。
3管片上浮的因素分析
3.1盾构工法特性的影响
为保证盾构的顺利前行和盾尾刚性结构强度需求，盾构机的切削直径与隧道管片的外径有一定的差值，形成环形空间。当管片脱出盾尾后，如果不及时进行同步注浆填充此空间，脱出盾尾的管片便处于无约束的状态，给管片的上浮提供了可能的条件。
盾构隧道是空心的筒体，在混凝土自重作用下有下沉的趋势，但在全断面地下水压力作用下，防水性能优良的管片隧道则有上浮的趋势。以盾构隧道外径6.0m、内径5.4m、宽1.2m的管片为例(砼比重ρ取2400kg/m3)：
盾构推进施工过程中隧道管片上浮问题分析
盾构推进施工过程中隧道管片上浮问题分析
随着城市化进程的不断加快，越来越多的地下工程需要被建造。在地下工程中，隧道的建造是常见的一种情况。而在隧道建设中，盾构施工是一种常用的施工方式。但是，在盾构推进施工过程中，隧道管片上浮问题却时有发生。下面将对该问题进行分析探讨。
首先，我们需要知道什么是盾构施工。盾构是一种用于隧道施工的机械化设备。在盾构施工中，隧道开挖是由推力装置推进钻杆和刀具的机械，主体结构较为稳固的“盾构机”实现的。盾构推进的同时，施工人员会在盾构机尾部安装和拼装预制的环形混凝土管片，使隧道得以保持稳固。
盾构推进施工中，隧道管片上浮问题是一个常见的问题。其原因主要有两种，一种是过量注浆，另一种则是隧道管片的缺陷。先来看看过量注浆的情况。
在盾构推进施工中，注浆是一项重要的工作，它可以起到加固土层和隧道管片的作用。但是在注浆时如果过量，就会使注浆剂溢出管片，在管片下方形成空洞，导致管片上浮。除此之外，过量注浆也会增加隧道压力，导致隧道失稳。
另外一种原因是隧道管片的缺陷。隧道管片是由混凝土浇筑而成的，它需要满足特定的强度和成品质量要求。但是，在生产和运输管片的过程中，管片有时会出现破损、变形或者内外侧面有厚薄不一等问题。如果这些缺陷不能及时发现和处理，在管片安装后，就会造成管片上浮。
针对隧道管片上浮问题，有一些预防和解决措施可以采用。首先，注浆时一定要控制好注浆量，避免过量。同时，还需要在施工中严格按照管片质量要求选用管片，并进行全面质量检查。如果发现管片有问题，应及时更换。此外，隧道装配管理也是避免管片上浮的重要措施。在装配管片时，要安装准确、牢固，避免缝隙和空洞产生，影响施工质量。
总之，隧道管片上浮问题是盾构施工中常见的问题。我们需要在施工前提前预防，而在施工时采取措施解决，以确保隧道施工的顺利进行。
盾构施工中常见问题分析及防治措施 2
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word 资料 盾构施工中常见问题分析及防治措施
盾构施工过程中，管片上浮、管片错台、管片渗水三类问题是严重影响成型管片的质量与美观。本文结合施工过程中，对管片错台、管片上浮、管片渗水产生原因加以分析，并提出相应防治措施，以提高盾构隧道的使用效果和延长隧道使用寿命。
一、管片上浮
管片上浮是指管片脱离盾尾后,在受到集中应力后产生向上运动的现象。《规范》规定盾构掘进中线平面位置和高程允许偏差为±50mm。管片拼装偏差控制为±50mm。隧道建成后，中线允许偏差为高程和平面为±100mm，且衬砌结构不得侵入建筑限界。由此推算管片上浮允许值与盾构姿态、管片姿态密切相关，因此均应限制在±30mm以内才能保证不侵限，并使管片外侧得到均匀的注浆回填。
1、上浮的原因及分析
结合在合肥轨道交通一号线望湖城至葛大店盾构区间的施工经验，可从以下四个方面来分析管片上浮的原因。
（1）同步注浆不饱满，从而存在上浮空间
盾构区间圆形隧道（管片）外径6.0m，内径5.4m，管片厚度300mm，管片宽度1.5m，分块数为6块（管片由一块封顶块、两块邻接块、三块标准块构成）。盾构机与管片之间存在着150㎜的建筑空隙，如果同步注浆不饱满，使管片外侧与土层之间的间隙没有及时有效地充填，就必然出现管片上浮的空间。
其次，在同步注浆不饱满时，地层土软硬不同，产生的管片上浮 ..
word 资料 情况也不同。一般情况下，软地层不容易上浮，而硬地层却有空间导致管片上浮。这是因为在掘进过程中，对于软地层，上部松软地层土的自稳性差，会因为自重、存在空隙而有相对的下沉，从而使因注浆不饱满造成的管片和土层之间的剩余空隙基本消失。硬地层由于自稳能力强，完整性好，能很好的控制自身沉降。使管片有足够的上浮空间和时间，且地层越硬，管片上浮的情况越严重。
（2）过量超挖
盾构机在掘进过程中的隧道轴线与理论轴线有一定的差值，在掘进过程中时时在调整盾构机的姿态，盾构机走的线形是“蛇形”。当盾构机刀盘处于几种地层交错界面时，盾构机很容易产生“爬坡”和“栽头”现象。同时，掘进过程中遇到下部地层硬，刀盘受到的阻力大于上部，刀盘转动切削土体过程中，极易造成上部相对软弱的土层过量切削甚至坍方，也会扩大管片与围岩间的建筑空间。这些过量蛇形和过量超挖形成的空间为管片位移提供了又一可能的条件。