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[摘 要]老黏土地层作为盾构施工中一种典型的力学稳定层，结构密实且黏聚力强，地层受扰动小，在此类地层中，盾构管片的成型质量控制是盾构掘进的重中之重。文章以武汉地铁盾构施工为例，着重从黏土地层中的掘进过程姿态控制、管片壁后注浆、管片拼装点位选择、管片拼装过程控制等对于盾构管片成型质量的影响进行分析总结，为今后盾构施工中可能遇到的类似情况提供参考。
[关键词]地质特性；姿态控制；壁后注浆；管片选型；管片拼装
中图分类号：U451 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）07-0011-01
1 工程地质概况
上更新统粘性土属于老粘土系，为第四纪全新世以前形成的粘性土。这类土广泛分布于低山、丘陵及耳机阶地的垅岗地形上；以冲积、残积成因为主，洪积坡积次之。在武汉的地质报告中，上更新统粘性土一般埋深在10米到20米之间，为盾构掘进主要穿越地层。老粘性土较全新世形成的一般粘性土有高强度、超固结、低压缩性、粘性强、整体性好等物理力学特性。在此类地层中的盾构掘进，盾构姿态容易发生突变，需要盾构操作手时刻关注，密集调整。
2 盾构掘进过程中的姿态控制
在盾构的实际掘进过程中，盾构姿态是以蛇形的方式围绕隧道设计轴线进行变化。盾构滚动角必须严格控制在±0.8°，盾构姿态调整趋势不能超过5mm/m，若因特殊原因必须通知当班领导，拿出指导意见后方可实施，做好总结记录。严格控制盾尾间隙，盾构司机在推进完成后和拼装完成后对盾尾进行两次测量，测量点位按“米”字型8个点位，进行记录。如发现未按该要求进行操作，对当班司机进行处罚。在拼装管片时盾构司机必须检查单缸推进油缸撑靴旋转角度，若撑靴旋转必须要求工人必须将其扶正后进行推进。
在管片推进过程中，由于注浆量不充足或者浆液初凝时间过长等原因，容易导致脱出盾尾的管片上浮。管片的上浮有两方面的影响，第一方面，管片的上浮导致管片位移，管片的实际位置容易偏离设计轴线，导致隧道整体质量的误差。第二方面，管片相互之间的位移，容易导致管片的破损，最终导致管片成型质量变差。针对第一方面的影响，有一个解决措施，根据前期管片的实测上浮情况，在注浆量及浆液质量已经改进的情况下，针对性的预留管片的上浮空间。在盾构推进过程中，在垂直方向上，将盾体的姿态控制在-10mm至-15mm之间，该位置的管片经过后期的上浮之后，成型管片的空间位置将与隧道设计轴线重合，提高隧道整体质量。
3 壁后注浆控制
3.1 同步注浆
每周现场对浆液取样一次，通过取样结果调整粉煤灰、砂、膨润土和石灰等的拌合比例，将浆液的初凝时间控制在8～10h内。在脱出盾尾6环左右的管片位置进行壁后钻孔查探，检查浆液是否充足。一般在管片的最上方进行开孔，若开孔位置有浆液流出，则判断注浆量已经饱满；若开个孔位置无浆液流出，并且开孔用的钻头无明显的浆液残留痕迹，判断注浆量不充足，需适当的增加注浆量。
3.2 二次注浆
采用水泥单液浆，由水灰比1：1水泥浆搅拌而成，注浆点位选择在管片上半部分吊装螺栓孔位置，要避开K块的吊装螺栓孔，每5环注1次，注浆压力控制在3bar以下，在注浆过程中，随时关注管片的情况，防止管片突出破裂。在必要的情况下，可以直接注入水玻璃，加快壁后水泥浆的初凝时间。
4 管片选型
成型管片的质量直接关系到隧道的质量，而隧道的成型质量直接受到管片选型好坏的影响。这就需要在盾构施工中掌握管片技术参数及管片楔形量计算知识，达到能够灵活选用盾构管片，保证盾尾间隙和管片成型质量之目的，同时实际成型隧道位置是否正常直接影响到隧道的最终验收及使用。武汉选用的管片参数如下：管片楔形量为40mm，楔形角为1.451，在曲线布置上从直线过渡到圆曲线布设，保证其不同的曲率。管片混凝土强度等级C50，抗渗级别S12。
4.1 确定管片走向
根据上一环的盾构姿态及推进油缸伸长量确定管片的走向。根据现有的管片走向及隧道设计轴线位置，结合管片的楔形量，确定管片的初步拼装点位。
4.2 考虑盾尾间隙
根据尾盾周边八个方向的间隙大小，往盾尾间隙大的方向旋转一个拼装点位。对于管片间隙的测量，推荐在推进过程中测量一次，拼装前测量一次，结合两次的测量结果来最终确定管片与尾盾的间隙大小。
4.3 错缝拼接
前后相邻两环之间纵缝相互错开的情况称之为错缝拼装，所有衬砌的纵缝成一条直线的管片拼装称为通缝拼装。错缝拼装相对于通缝拼装的好处有：成型隧道整体性比较好，環面比较平整，环向螺栓比较容易安装，接缝刚度分布均匀，提高了管片衬砌的纵向刚度，减少接缝及整个结构的变形，接缝变形小，有利于防水。缺点是管片容易产生裂缝，纵向螺栓安装困难。通过上述两个管片选型方法确定的管片拼装点位若形成通缝拼装，可以往两边旋转1至2个点位，以达到错缝拼装的效果。
5 管片拼装
5.1 拼装前期准备
管片拼装前必须清理盾尾拼装部位的污水与污泥，并清理干净前一环管片迎水面与盾尾间隙中的杂物。检查待拼装管片的止水条是否脱落，管片是否存在明显的质量问题。
5.2 拼装过程控制
管片拼装应遵循由下至上、左右交叉、最后封顶的顺序。将待拼装的管片块与已安装管片块的内弧面调整至平顺相接，螺栓孔位置对正，则螺栓的穿插比较容易完成。管片拼装时，严禁非管片安装位置的推进油缸与管片安装位置的推进油缸同时收缩，防止因为盾体在土仓压力的作用下倒退，最终导致尾刷的损坏。安装管片到位时，动作应平缓，避免撞击已定位的管片。封顶块安装前应对止水条抹黄油进行润滑处理，调整位置后缓慢纵向顶推，严禁借用推进千斤顶强行顶推。
5.3 拼装后期处理
每环管片拼装完成后进行第一次螺栓紧固才可掘进；在掘进过程中，管片脱出盾尾之前，进行第二次紧固；管片脱出台车范围之前，壁后的浆液已经将管片完全定型，这时进行管片的第三次紧固。K块在一二次复紧期间增加两次复紧。所有螺栓的紧固使用风动扳手，可以增加工作效率。安质部安排专人使用扭力扳手对螺栓紧固力进行量测（紧固力要求≥500N·m），并形成记录。
5.4 管片拼装技术难点
在掘进过程中，需要对掘进参数进行适当的选择和正确的盾构姿态纠偏。在整个管片拼装中，掘进参数的选择极大地影响了管片拼装，特别是千斤顶对管片的反作用力对管片拼装及管片的后期变形沉降起到很大的影响，不恰当的纠偏不但不会使盾构回归设计轴线，还会出现更加严重的偏离，拼装时容易造成管片碎裂、错台等现象。
6 结语
武汉老黏土地层的隧道管片成型质量控制，最主要的一个措施就是过程控制。姿态控制过程中，需要在推进过程中严格控制盾构姿态；注浆控制过程中，需要随时关注注浆质量、注浆量，观察注浆对管片的影响；管片选型过程中，需要参考推进油缸伸长量、盾尾间隙等即时数据；管片拼装过程中，需要及时进行螺栓紧固。过程控制是整个管片成型质量控制的要点，项目负责人应该组织定制过程控制的具体规程，严格执行，提高项目施工过程中过程控制相关执行人员、监督人员、管理人员的责任心及执行力。
参考文献
[1] 吕延豪.武汉地铁通用管片楔形量研究 [J].交通科技，2012年02期.
[2] 黄钟晖.盾构法隧道管片衬砌纵缝接头受力模型的研究 [J].地下空间，2003年03期.
[关键词]地质特性；姿态控制；壁后注浆；管片选型；管片拼装
中图分类号：U451 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）07-0011-01
1 工程地质概况
上更新统粘性土属于老粘土系，为第四纪全新世以前形成的粘性土。这类土广泛分布于低山、丘陵及耳机阶地的垅岗地形上；以冲积、残积成因为主，洪积坡积次之。在武汉的地质报告中，上更新统粘性土一般埋深在10米到20米之间，为盾构掘进主要穿越地层。老粘性土较全新世形成的一般粘性土有高强度、超固结、低压缩性、粘性强、整体性好等物理力学特性。在此类地层中的盾构掘进，盾构姿态容易发生突变，需要盾构操作手时刻关注，密集调整。
2 盾构掘进过程中的姿态控制
在盾构的实际掘进过程中，盾构姿态是以蛇形的方式围绕隧道设计轴线进行变化。盾构滚动角必须严格控制在±0.8°，盾构姿态调整趋势不能超过5mm/m，若因特殊原因必须通知当班领导，拿出指导意见后方可实施，做好总结记录。严格控制盾尾间隙，盾构司机在推进完成后和拼装完成后对盾尾进行两次测量，测量点位按“米”字型8个点位，进行记录。如发现未按该要求进行操作，对当班司机进行处罚。在拼装管片时盾构司机必须检查单缸推进油缸撑靴旋转角度，若撑靴旋转必须要求工人必须将其扶正后进行推进。
在管片推进过程中，由于注浆量不充足或者浆液初凝时间过长等原因，容易导致脱出盾尾的管片上浮。管片的上浮有两方面的影响，第一方面，管片的上浮导致管片位移，管片的实际位置容易偏离设计轴线，导致隧道整体质量的误差。第二方面，管片相互之间的位移，容易导致管片的破损，最终导致管片成型质量变差。针对第一方面的影响，有一个解决措施，根据前期管片的实测上浮情况，在注浆量及浆液质量已经改进的情况下，针对性的预留管片的上浮空间。在盾构推进过程中，在垂直方向上，将盾体的姿态控制在-10mm至-15mm之间，该位置的管片经过后期的上浮之后，成型管片的空间位置将与隧道设计轴线重合，提高隧道整体质量。
3 壁后注浆控制
3.1 同步注浆
每周现场对浆液取样一次，通过取样结果调整粉煤灰、砂、膨润土和石灰等的拌合比例，将浆液的初凝时间控制在8～10h内。在脱出盾尾6环左右的管片位置进行壁后钻孔查探，检查浆液是否充足。一般在管片的最上方进行开孔，若开孔位置有浆液流出，则判断注浆量已经饱满；若开个孔位置无浆液流出，并且开孔用的钻头无明显的浆液残留痕迹，判断注浆量不充足，需适当的增加注浆量。
3.2 二次注浆
采用水泥单液浆，由水灰比1：1水泥浆搅拌而成，注浆点位选择在管片上半部分吊装螺栓孔位置，要避开K块的吊装螺栓孔，每5环注1次，注浆压力控制在3bar以下，在注浆过程中，随时关注管片的情况，防止管片突出破裂。在必要的情况下，可以直接注入水玻璃，加快壁后水泥浆的初凝时间。
4 管片选型
成型管片的质量直接关系到隧道的质量，而隧道的成型质量直接受到管片选型好坏的影响。这就需要在盾构施工中掌握管片技术参数及管片楔形量计算知识，达到能够灵活选用盾构管片，保证盾尾间隙和管片成型质量之目的，同时实际成型隧道位置是否正常直接影响到隧道的最终验收及使用。武汉选用的管片参数如下：管片楔形量为40mm，楔形角为1.451，在曲线布置上从直线过渡到圆曲线布设，保证其不同的曲率。管片混凝土强度等级C50，抗渗级别S12。
4.1 确定管片走向
根据上一环的盾构姿态及推进油缸伸长量确定管片的走向。根据现有的管片走向及隧道设计轴线位置，结合管片的楔形量，确定管片的初步拼装点位。
4.2 考虑盾尾间隙
根据尾盾周边八个方向的间隙大小，往盾尾间隙大的方向旋转一个拼装点位。对于管片间隙的测量，推荐在推进过程中测量一次，拼装前测量一次，结合两次的测量结果来最终确定管片与尾盾的间隙大小。
4.3 错缝拼接
前后相邻两环之间纵缝相互错开的情况称之为错缝拼装，所有衬砌的纵缝成一条直线的管片拼装称为通缝拼装。错缝拼装相对于通缝拼装的好处有：成型隧道整体性比较好，環面比较平整，环向螺栓比较容易安装，接缝刚度分布均匀，提高了管片衬砌的纵向刚度，减少接缝及整个结构的变形，接缝变形小，有利于防水。缺点是管片容易产生裂缝，纵向螺栓安装困难。通过上述两个管片选型方法确定的管片拼装点位若形成通缝拼装，可以往两边旋转1至2个点位，以达到错缝拼装的效果。
5 管片拼装
5.1 拼装前期准备
管片拼装前必须清理盾尾拼装部位的污水与污泥，并清理干净前一环管片迎水面与盾尾间隙中的杂物。检查待拼装管片的止水条是否脱落，管片是否存在明显的质量问题。
5.2 拼装过程控制
管片拼装应遵循由下至上、左右交叉、最后封顶的顺序。将待拼装的管片块与已安装管片块的内弧面调整至平顺相接，螺栓孔位置对正，则螺栓的穿插比较容易完成。管片拼装时，严禁非管片安装位置的推进油缸与管片安装位置的推进油缸同时收缩，防止因为盾体在土仓压力的作用下倒退，最终导致尾刷的损坏。安装管片到位时，动作应平缓，避免撞击已定位的管片。封顶块安装前应对止水条抹黄油进行润滑处理，调整位置后缓慢纵向顶推，严禁借用推进千斤顶强行顶推。
5.3 拼装后期处理
每环管片拼装完成后进行第一次螺栓紧固才可掘进；在掘进过程中，管片脱出盾尾之前，进行第二次紧固；管片脱出台车范围之前，壁后的浆液已经将管片完全定型，这时进行管片的第三次紧固。K块在一二次复紧期间增加两次复紧。所有螺栓的紧固使用风动扳手，可以增加工作效率。安质部安排专人使用扭力扳手对螺栓紧固力进行量测（紧固力要求≥500N·m），并形成记录。
5.4 管片拼装技术难点
在掘进过程中，需要对掘进参数进行适当的选择和正确的盾构姿态纠偏。在整个管片拼装中，掘进参数的选择极大地影响了管片拼装，特别是千斤顶对管片的反作用力对管片拼装及管片的后期变形沉降起到很大的影响，不恰当的纠偏不但不会使盾构回归设计轴线，还会出现更加严重的偏离，拼装时容易造成管片碎裂、错台等现象。
6 结语
武汉老黏土地层的隧道管片成型质量控制，最主要的一个措施就是过程控制。姿态控制过程中，需要在推进过程中严格控制盾构姿态；注浆控制过程中，需要随时关注注浆质量、注浆量，观察注浆对管片的影响；管片选型过程中，需要参考推进油缸伸长量、盾尾间隙等即时数据；管片拼装过程中，需要及时进行螺栓紧固。过程控制是整个管片成型质量控制的要点，项目负责人应该组织定制过程控制的具体规程，严格执行，提高项目施工过程中过程控制相关执行人员、监督人员、管理人员的责任心及执行力。
参考文献
[1] 吕延豪.武汉地铁通用管片楔形量研究 [J].交通科技，2012年02期.
[2] 黄钟晖.盾构法隧道管片衬砌纵缝接头受力模型的研究 [J].地下空间，2003年03期.