摘要在地鐵隧道施工中，管片破碎是一個常見的現象，也是困擾施工單位的一個難題。根據作者在上海地鐵1號線和2號線隧道施工的經驗，對幾種常見的管片破碎現象作了分析，并提出了針對性措施。
關鍵詞隧道施工管片破碎原因分析防治?
1概述?
隨著城市的日益發展和擴大，城市交通擁擠問題也越來越突出。為緩和交通擁擠的狀況，城市的交通紛紛向空中和地下發展。地下鐵道具有快速、便利、運輸量大、無污染、無噪聲及不占用地面空間等優點，正迅速成為緩解交通擁擠的首選方案。我國的廣州、深圳等地也在近幾年開始地鐵建設。上海地鐵1號線自1990年動工，到1995年全線正式開通。1996年地鐵2號線（一期工程）又正式開工，于1999年建成。?
在地鐵隧道施工工程中，經常會發生管片破碎、隧道滲水、漏漿、軸線偏差超標、地面沉降等一系列問題。管片破碎現象是施工中的最普遍現象。由于管片破碎，不僅會引起隧道滲水、漏漿，而且會影響到隧道的使用性能，因此是隧道施工過程中較棘手也是必須妥善處理的問題之一。?
2常見管片破碎發生部位?
管片破碎現象在隧道襯砌的內外兩側均有發生。襯砌外側，一般發生在管片與盾構機外殼的接觸部位(以拱底塊、標準塊與鄰接塊接縫處、封頂塊居多)；內側一般發生在管片的角部（以標準塊、鄰接塊和封頂塊居多），管片中部少有發生。?
管片常見破碎部位分布統計如圖1所示。?
圖1
3管片破碎原因分析?
造成管片破碎有多種原因，筆者根據6#盾構在地鐵1號線、2號線施工中的實際情況，分析下來主要有以下幾種：?
3．1搬運和堆放時造成的破碎?
在搬運、堆放過程中的碰磕，經常導致在碰磕位置處產生小塊破裂。?
3．2管片拼裝操作?
3.2.1拼裝時，由于管片環面之間及相鄰兩塊管片間接觸面達不到理想的平行狀態，使得襯砌角部先受力而產生應力集中，導致管片角部破碎。
3.2.2封頂塊安裝時，由于先行安裝的5塊管片圓度不夠，兩鄰接塊間的間隙太小，把封頂塊強行頂入，導致封頂塊及鄰接塊接縫處管片破碎。有時未按設計要求在其兩側涂刷潤滑劑，亦會導致管片破碎，破碎部位發生在鄰接塊上部及封頂塊兩側。?
3.2.3前一環環面不平整，塊與塊間有錯位，導致下一環管片拼裝時易產生破碎。?
3.2.4拼裝時為搶進度，管片就位速度過快而產生碰磕，以及存在管片錯縫時，易引起管片邊角的破碎。
3.2.5管片橫鴨蛋?
隧道襯砌共有六塊管片組成，拼裝成環后，其外徑為6200mm，內徑為5500mm。實際拼裝成環后，襯砌的橫向、豎向直徑均有不同程度的偏差，設計允許偏差值為10mm。一般襯砌拼裝成環后，橫向直徑增大、豎向直徑減小，俗稱橫鴨蛋。相應地，襯砌與盾構機殼之間的空隙，橫向縮小、豎向增大。?
襯砌橫鴨蛋主要造成兩個方面的影響：?
（1）導致襯砌與盾構機內殼之間的凈距減少，特別是盾構姿態與管片姿態不一致時，易造成推進時盾構機殼擦傷管片，破碎部位一般發生在管片外弧面，以標準塊與鄰接塊接縫處最為普遍。?
（2）當管片拼裝成環后其直徑為設計直徑時，管片縱縫各槽口應完全吻合。襯砌橫鴨蛋，造成襯砌縱縫略有張開，部分槽口已吻合，而其他槽口仍存在空隙，由于受力不均勻應力集中，容易導致管片破碎。這種情況下，破碎一般集中在管片內弧面的角部而且破碎時間發生在管片脫出盾尾后。?
3.3盾構機姿態與管片姿態相互關系不一致?
3.3.1在隧道施工過程中，為控制好隧道軸線，必須逐環測量盾構姿態和管片姿態，根據測量資料及時調整各項推進參數。當管片與盾構機相對關系一致，即管片與盾構機基本保持同心，管片法面與盾構機推進方向基本垂直時，管片破碎較少。在實際施工過程中，管片與盾構機的相對關系常常不能保持理想狀態，當管片的環面與盾構推進方向存在夾角時，其合力作用方向部位的管片容易破碎。?
3.3.2盾構機軸線與管片環向軸線間交角偏大?
盾構推進過程也是不斷糾偏過程。盾構機與管片襯砌環間的相對關系不可能總是保持理想狀態，特別是轉彎、豎曲線段和糾偏量大時，管片外弧與盾尾內壁間的距離沿環向分布不均勻，造成一側間距很小，而另一側間距較大，這時易產生“卡殼”現象，即兩者碰在一起。盾構機一推進，就會造成管片一定部位破碎。?
3.3.3襯砌環面不佳?
造成襯砌環面不佳有多種原因，如糾偏、拼裝質量差、環縫夾泥等。管片環面不佳，引起管片受力不均勻，從而導致應力集中部位的管片破碎。?
3.4推進時管片受力不均勻?
盾構推進時推進力通過油泵襯墊傳遞到管片上，油泵襯墊與管片接觸部位是應力集中區。如果襯墊面不平整或者襯墊面與管片環面存在夾角，就會造成管片破碎。?
3.5同步注漿漿量分布不合理?
同步注漿漿量分布不合理不會直接造成管片破碎，但會導致管片“卡殼”而造成破碎。同步注漿后，隧道上部的漿液會逐漸向下部流動，形成下部漿液多而上部漿液少的狀況，引起隧道上浮，上部管片（尤其是封頂塊、封頂塊與鄰接塊接縫處）與盾構機內殼間隙減少，推進時造成管片破碎。?
3.6管片質量?
運到現場的管片本身存在質量問題，如管片的保護層過厚、管片養護時間不足、管片裂縫較多、管片修補部位強度沒有達到設計要求等，在施工時也容易造成管片破碎。?
3.7管片破碎原因統計(見表1)
表1
管片破碎原因
搬運和堆放
管片拼裝操作
盾構機姿態與管片姿態相互關系不一致
推進時管片受力不均勻
同步注漿漿量分布不合理
管片質量
百分比
5.3
38.2
21.6
18.5
6.5
9.9
4管片破碎的防治措施?
管片破碎常常是以上一種或一種以上因素綜合作用的結果，經過仔細分析再采取針對性措施進行處理，可以減少管片破碎現象的發生：?
4.1搬運堆放時的針對性措施?
4.1.1在搬運過程中輕吊慢放，著地時要平穩；堆放時不宜超過3層，并正確擺放墊木。?
4.1.2吊放管片的鋼絲繩上纏橡膠條等，在起吊時，能起到緩沖作用，或者選用尼龍繩來代替鋼絲繩。?
4.1.3選、擺放好墊木，在管片車上管片擱置部位設置橡膠條，以起到緩沖作用。?
4.2管片拼裝時的針對性措施?
4.2.1按要求貼好角部止水橡膠條、傳力襯墊、糾偏石棉橡膠板。?
4.2.2拼裝前，先測量前一環各管片之間的相互高差，包括環向和徑向。根據實測數據，調整已粘貼好的糾偏鍥子，以保證拼裝后環面的平整度。?
4.2.3拼裝前清理前一環管片上的泥塊及漿液，保證環面清潔、無夾泥。?
4.2.4拼裝時保證襯砌環圓度，塊與塊不錯位。推進油泵的伸縮順序應與管片拼裝順序一致。兩側標準塊、鄰接塊安裝時油泵應同時收縮及伸出，以減少環與環之間管片錯位現象。?
4.2.5封頂塊安裝前，實測并確保頂部兩鄰接塊間間距，并通過推進油泵的伸縮來調整好鄰接塊間的間距，控制在比設計值大6mm左右，以便順利安裝封頂塊。?
4.2.6豎曲線段推進時，在安裝拱底塊時根據實際情況予以落低或抬高，減少管片“卡殼”現象。?
4.3推進時的針對性措施?
4.3.1推進前檢查各油泵襯墊的完好情況，發現有破損的及時調換，同時應仔細觀察襯墊與管片環面的吻合程度，對不吻合處可增設石棉或橡膠鍥子來調整，確認吻合后再開始推進。
4.3.2在盾構推進時，及時根據設計要求、盾構穿越土層的變化、上部載荷情況以及測量資料來調整各項施工參數，將盾構姿態嚴格控制在設計允許偏差范圍之內。同時，結合隧道襯砌的實際情況，在不超出偏差范圍的情況下，對盾構姿態作適當調整，使盾構機與管片盡可能處于同心狀態。?
4.3.3當管片與盾構機軸線夾角較大、管片與盾構機殼間隙較小又必須進行盾構機姿態調整時，可以采取以下措施：?
(1）通過粘貼糾偏鍥子來調整襯砌環面；?
(2）推進時，前半環順著管片原軸線方向推進，待管片與機殼之間的縫隙增大后，后半環推進時再對盾構姿態進行調整。?
以上兩種措施結合運用，可以使管片與盾構機之間的軸線夾角變小，同時減少管片外部的破碎。?
4.3.4同步注漿時，控制好注漿量的分布和注漿壓力。管片與機殼上部無縫隙時，增大上部的注漿孔注漿量及注漿壓力，下部注漿孔不注，通過漿液將管片往下壓；如管片與機殼下部無縫隙時則反之。正常推進時，在總注漿量不變的前提下，減少管片下部注漿孔的注漿量，可以減少管片的上浮。在曲線段推進和糾偏時通過有目的地選擇盾尾同步注漿孔，改變各個注漿孔的注漿量分配和注漿壓力，來調整管片姿態。?
4.4把好管片質量關?
對進入施工現場的管片，應逐塊進行檢查。發現管片明顯存在質量問題的，應堅決退回生產廠家，不讓一塊不合格管片下井。同時派專人負責管片的生產，進駐生產廠家掌握管片生產情況，將施工中發現的管片質量問題，及時向生產廠家反饋，督促生產廠家改進生產工藝，提高管片質量。管片存在小的質量問題可以進行修補處理的，應在地面進行修補、并做好標識，養護到設計規定強度后再下井使用。?
5結論?
在隧道施工過程中，通過采取各種措施，特別是控制好管片拼裝操作質量，管片破碎現象發生幾率較原來減少50%左右，尤其是標準塊與鄰接塊接縫部位的破碎大為減少，從而減少了由于管片破碎引起的滲水、漏漿現象，對于提高隧道的質量，保證隧道的安全運行，具有一定的意義
關鍵詞隧道施工管片破碎原因分析防治?
1概述?
隨著城市的日益發展和擴大，城市交通擁擠問題也越來越突出。為緩和交通擁擠的狀況，城市的交通紛紛向空中和地下發展。地下鐵道具有快速、便利、運輸量大、無污染、無噪聲及不占用地面空間等優點，正迅速成為緩解交通擁擠的首選方案。我國的廣州、深圳等地也在近幾年開始地鐵建設。上海地鐵1號線自1990年動工，到1995年全線正式開通。1996年地鐵2號線（一期工程）又正式開工，于1999年建成。?
在地鐵隧道施工工程中，經常會發生管片破碎、隧道滲水、漏漿、軸線偏差超標、地面沉降等一系列問題。管片破碎現象是施工中的最普遍現象。由于管片破碎，不僅會引起隧道滲水、漏漿，而且會影響到隧道的使用性能，因此是隧道施工過程中較棘手也是必須妥善處理的問題之一。?
2常見管片破碎發生部位?
管片破碎現象在隧道襯砌的內外兩側均有發生。襯砌外側，一般發生在管片與盾構機外殼的接觸部位(以拱底塊、標準塊與鄰接塊接縫處、封頂塊居多)；內側一般發生在管片的角部（以標準塊、鄰接塊和封頂塊居多），管片中部少有發生。?
管片常見破碎部位分布統計如圖1所示。?
圖1
3管片破碎原因分析?
造成管片破碎有多種原因，筆者根據6#盾構在地鐵1號線、2號線施工中的實際情況，分析下來主要有以下幾種：?
3．1搬運和堆放時造成的破碎?
在搬運、堆放過程中的碰磕，經常導致在碰磕位置處產生小塊破裂。?
3．2管片拼裝操作?
3.2.1拼裝時，由于管片環面之間及相鄰兩塊管片間接觸面達不到理想的平行狀態，使得襯砌角部先受力而產生應力集中，導致管片角部破碎。
3.2.2封頂塊安裝時，由于先行安裝的5塊管片圓度不夠，兩鄰接塊間的間隙太小，把封頂塊強行頂入，導致封頂塊及鄰接塊接縫處管片破碎。有時未按設計要求在其兩側涂刷潤滑劑，亦會導致管片破碎，破碎部位發生在鄰接塊上部及封頂塊兩側。?
3.2.3前一環環面不平整，塊與塊間有錯位，導致下一環管片拼裝時易產生破碎。?
3.2.4拼裝時為搶進度，管片就位速度過快而產生碰磕，以及存在管片錯縫時，易引起管片邊角的破碎。
3.2.5管片橫鴨蛋?
隧道襯砌共有六塊管片組成，拼裝成環后，其外徑為6200mm，內徑為5500mm。實際拼裝成環后，襯砌的橫向、豎向直徑均有不同程度的偏差，設計允許偏差值為10mm。一般襯砌拼裝成環后，橫向直徑增大、豎向直徑減小，俗稱橫鴨蛋。相應地，襯砌與盾構機殼之間的空隙，橫向縮小、豎向增大。?
襯砌橫鴨蛋主要造成兩個方面的影響：?
（1）導致襯砌與盾構機內殼之間的凈距減少，特別是盾構姿態與管片姿態不一致時，易造成推進時盾構機殼擦傷管片，破碎部位一般發生在管片外弧面，以標準塊與鄰接塊接縫處最為普遍。?
（2）當管片拼裝成環后其直徑為設計直徑時，管片縱縫各槽口應完全吻合。襯砌橫鴨蛋，造成襯砌縱縫略有張開，部分槽口已吻合，而其他槽口仍存在空隙，由于受力不均勻應力集中，容易導致管片破碎。這種情況下，破碎一般集中在管片內弧面的角部而且破碎時間發生在管片脫出盾尾后。?
3.3盾構機姿態與管片姿態相互關系不一致?
3.3.1在隧道施工過程中，為控制好隧道軸線，必須逐環測量盾構姿態和管片姿態，根據測量資料及時調整各項推進參數。當管片與盾構機相對關系一致，即管片與盾構機基本保持同心，管片法面與盾構機推進方向基本垂直時，管片破碎較少。在實際施工過程中，管片與盾構機的相對關系常常不能保持理想狀態，當管片的環面與盾構推進方向存在夾角時，其合力作用方向部位的管片容易破碎。?
3.3.2盾構機軸線與管片環向軸線間交角偏大?
盾構推進過程也是不斷糾偏過程。盾構機與管片襯砌環間的相對關系不可能總是保持理想狀態，特別是轉彎、豎曲線段和糾偏量大時，管片外弧與盾尾內壁間的距離沿環向分布不均勻，造成一側間距很小，而另一側間距較大，這時易產生“卡殼”現象，即兩者碰在一起。盾構機一推進，就會造成管片一定部位破碎。?
3.3.3襯砌環面不佳?
造成襯砌環面不佳有多種原因，如糾偏、拼裝質量差、環縫夾泥等。管片環面不佳，引起管片受力不均勻，從而導致應力集中部位的管片破碎。?
3.4推進時管片受力不均勻?
盾構推進時推進力通過油泵襯墊傳遞到管片上，油泵襯墊與管片接觸部位是應力集中區。如果襯墊面不平整或者襯墊面與管片環面存在夾角，就會造成管片破碎。?
3.5同步注漿漿量分布不合理?
同步注漿漿量分布不合理不會直接造成管片破碎，但會導致管片“卡殼”而造成破碎。同步注漿后，隧道上部的漿液會逐漸向下部流動，形成下部漿液多而上部漿液少的狀況，引起隧道上浮，上部管片（尤其是封頂塊、封頂塊與鄰接塊接縫處）與盾構機內殼間隙減少，推進時造成管片破碎。?
3.6管片質量?
運到現場的管片本身存在質量問題，如管片的保護層過厚、管片養護時間不足、管片裂縫較多、管片修補部位強度沒有達到設計要求等，在施工時也容易造成管片破碎。?
3.7管片破碎原因統計(見表1)
表1
管片破碎原因
搬運和堆放
管片拼裝操作
盾構機姿態與管片姿態相互關系不一致
推進時管片受力不均勻
同步注漿漿量分布不合理
管片質量
百分比
5.3
38.2
21.6
18.5
6.5
9.9
4管片破碎的防治措施?
管片破碎常常是以上一種或一種以上因素綜合作用的結果，經過仔細分析再采取針對性措施進行處理，可以減少管片破碎現象的發生：?
4.1搬運堆放時的針對性措施?
4.1.1在搬運過程中輕吊慢放，著地時要平穩；堆放時不宜超過3層，并正確擺放墊木。?
4.1.2吊放管片的鋼絲繩上纏橡膠條等，在起吊時，能起到緩沖作用，或者選用尼龍繩來代替鋼絲繩。?
4.1.3選、擺放好墊木，在管片車上管片擱置部位設置橡膠條，以起到緩沖作用。?
4.2管片拼裝時的針對性措施?
4.2.1按要求貼好角部止水橡膠條、傳力襯墊、糾偏石棉橡膠板。?
4.2.2拼裝前，先測量前一環各管片之間的相互高差，包括環向和徑向。根據實測數據，調整已粘貼好的糾偏鍥子，以保證拼裝后環面的平整度。?
4.2.3拼裝前清理前一環管片上的泥塊及漿液，保證環面清潔、無夾泥。?
4.2.4拼裝時保證襯砌環圓度，塊與塊不錯位。推進油泵的伸縮順序應與管片拼裝順序一致。兩側標準塊、鄰接塊安裝時油泵應同時收縮及伸出，以減少環與環之間管片錯位現象。?
4.2.5封頂塊安裝前，實測并確保頂部兩鄰接塊間間距，并通過推進油泵的伸縮來調整好鄰接塊間的間距，控制在比設計值大6mm左右，以便順利安裝封頂塊。?
4.2.6豎曲線段推進時，在安裝拱底塊時根據實際情況予以落低或抬高，減少管片“卡殼”現象。?
4.3推進時的針對性措施?
4.3.1推進前檢查各油泵襯墊的完好情況，發現有破損的及時調換，同時應仔細觀察襯墊與管片環面的吻合程度，對不吻合處可增設石棉或橡膠鍥子來調整，確認吻合后再開始推進。
4.3.2在盾構推進時，及時根據設計要求、盾構穿越土層的變化、上部載荷情況以及測量資料來調整各項施工參數，將盾構姿態嚴格控制在設計允許偏差范圍之內。同時，結合隧道襯砌的實際情況，在不超出偏差范圍的情況下，對盾構姿態作適當調整，使盾構機與管片盡可能處于同心狀態。?
4.3.3當管片與盾構機軸線夾角較大、管片與盾構機殼間隙較小又必須進行盾構機姿態調整時，可以采取以下措施：?
(1）通過粘貼糾偏鍥子來調整襯砌環面；?
(2）推進時，前半環順著管片原軸線方向推進，待管片與機殼之間的縫隙增大后，后半環推進時再對盾構姿態進行調整。?
以上兩種措施結合運用，可以使管片與盾構機之間的軸線夾角變小，同時減少管片外部的破碎。?
4.3.4同步注漿時，控制好注漿量的分布和注漿壓力。管片與機殼上部無縫隙時，增大上部的注漿孔注漿量及注漿壓力，下部注漿孔不注，通過漿液將管片往下壓；如管片與機殼下部無縫隙時則反之。正常推進時，在總注漿量不變的前提下，減少管片下部注漿孔的注漿量，可以減少管片的上浮。在曲線段推進和糾偏時通過有目的地選擇盾尾同步注漿孔，改變各個注漿孔的注漿量分配和注漿壓力，來調整管片姿態。?
4.4把好管片質量關?
對進入施工現場的管片，應逐塊進行檢查。發現管片明顯存在質量問題的，應堅決退回生產廠家，不讓一塊不合格管片下井。同時派專人負責管片的生產，進駐生產廠家掌握管片生產情況，將施工中發現的管片質量問題，及時向生產廠家反饋，督促生產廠家改進生產工藝，提高管片質量。管片存在小的質量問題可以進行修補處理的，應在地面進行修補、并做好標識，養護到設計規定強度后再下井使用。?
5結論?
在隧道施工過程中，通過采取各種措施，特別是控制好管片拼裝操作質量，管片破碎現象發生幾率較原來減少50%左右，尤其是標準塊與鄰接塊接縫部位的破碎大為減少，從而減少了由于管片破碎引起的滲水、漏漿現象，對于提高隧道的質量，保證隧道的安全運行，具有一定的意義