本發(fā)明屬于工程施工領(lǐng)域，具體涉及一種防治不均勻過渡段盾構(gòu)隧道管片開裂的施工方法。

背景技術(shù)：

隨著國家大中型城市地鐵建設(shè)，需要需要修建許多盾構(gòu)隧道。在盾構(gòu)施工中，盾構(gòu)管片是盾構(gòu)施工的主要裝配構(gòu)件，是隧道的最外層屏障，承擔(dān)著抵抗土層壓力、地下水壓力以及一些特殊荷載的作用。盾構(gòu)管片質(zhì)量直接關(guān)系到隧道的整體質(zhì)量和安全，影響隧道的防水性能及耐久性能。但在地層或結(jié)構(gòu)不均勻過渡段盾構(gòu)隧道管片容易出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。盾構(gòu)隧道管片開裂的主要原因主要有管片本身質(zhì)量與施工原因兩方面。而施工過程中的各種因素是導(dǎo)致管片開裂的主要原因，具體如下。

1)漿液選用不當(dāng)導(dǎo)致管片上浮

惰性漿液在黏性土層中不能快速初凝，強(qiáng)度很低(基本無強(qiáng)度)，在軟土地層中，惰性漿液初凝時(shí)間長，漿液在初凝前容易被稀釋，因此低強(qiáng)度漿液不僅無法對(duì)管片提供約束，相反提供了上浮力，導(dǎo)致管片破損。

2)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)不當(dāng)

盾構(gòu)機(jī)的重量主要集中在前盾，由盾尾至后配套臺(tái)車間一段基本無壓載，管片脫出盾構(gòu)后失去了約束，同時(shí)還受到周圍土層的作用。土層作用可能是壓力，也可能是盾構(gòu)出土造成地基卸載，地基回彈作用使管片上浮。另外，盾構(gòu)機(jī)過量的蛇形運(yùn)動(dòng)必然造成頻繁的糾偏，糾偏的過程就是管片環(huán)面受力不均的過程，容易造成管片破裂。

3)注漿漿液配比與注漿工藝

注漿液的配比、初凝時(shí)間、注漿量的多少等都會(huì)影響管片安裝后的穩(wěn)定性。管片在約束條件不好的情況下，易發(fā)生變形，會(huì)出現(xiàn)管片開裂。

盡管目前工程領(lǐng)域已較多的對(duì)盾構(gòu)隧道施工方法進(jìn)行研究，管片開裂問題依然層出不窮。如何防治或處理這類問題，必須從不均勻過渡段盾構(gòu)與地層相互作用力學(xué)分析著手研究改進(jìn)防治不均勻過渡段盾構(gòu)隧道管片開裂的施工方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，并提供一種防治不均勻過渡段盾構(gòu)隧道管片開裂的施工方法，以增加地層之間相互支持力并減小周圍土層對(duì)管片的壓力。

針對(duì)現(xiàn)有地層或結(jié)構(gòu)不均勻過渡段盾構(gòu)隧道管片容易出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，不同注漿過程和類型會(huì)產(chǎn)生不同的盾構(gòu)與地層相互作用力學(xué)關(guān)系，按照結(jié)構(gòu)變形協(xié)調(diào)控制方法改進(jìn)設(shè)計(jì)施工，在設(shè)計(jì)規(guī)范的基礎(chǔ)上，預(yù)先或及時(shí)或固有形成有效承載結(jié)構(gòu)層和施工過程控制及空間的穩(wěn)定性，即“時(shí)空效應(yīng)”，特別是施工過程的空間穩(wěn)定性和變形協(xié)調(diào)控制問題。確保力按有利于設(shè)計(jì)路徑傳遞，控制力的不合理甚至有害轉(zhuǎn)移，避免了地層開挖面坍陷問題。本發(fā)明所采用的具體技術(shù)方案如下：

防治不均勻過渡段盾構(gòu)隧道管片開裂的施工方法，具體分為兩種情況：若盾構(gòu)開挖地層界面與安裝管片之間空隙尚未填充漿液，則直接采用同步注入硬性漿液；若盾構(gòu)開挖地層界面與安裝管片之間空隙已填充惰性漿液，則采用二次注漿的方法，補(bǔ)注雙液型漿液再次填充空隙，以減少地層變形對(duì)盾構(gòu)隧道管片造成的附加壓力，達(dá)到穩(wěn)定盾構(gòu)與地層相互作用，然后重新修補(bǔ)管片裂縫，達(dá)到處理地層或結(jié)構(gòu)不均勻過渡段盾構(gòu)隧道管片開裂現(xiàn)象的目的。

上述技術(shù)方案的理論依據(jù)如下：

申請(qǐng)人經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)盾構(gòu)與地層之間存在下述相互作用力學(xué)關(guān)系：

P+T＝P₀ (1.1)

其中P為地層之間相互支持力；T為盾構(gòu)管片承擔(dān)的壓力；P₀為與結(jié)構(gòu)狀態(tài)對(duì)應(yīng)的內(nèi)外部荷載之和。

由公式(1.1)和圖1可知，P₀為與結(jié)構(gòu)狀態(tài)對(duì)應(yīng)的內(nèi)外部荷載之和是近似不變的，防治地層或結(jié)構(gòu)不均勻過渡段盾構(gòu)隧道管片開裂現(xiàn)象，應(yīng)該采用合理施工方法，增加地層之間相互支持力P，減少盾構(gòu)管片承擔(dān)的壓力T。

由圖1可知，存在兩種狀態(tài)：

狀態(tài)一：盾構(gòu)開挖地層界面與安裝管片之間空隙如果采用同步注入硬性漿液，原地層有向空隙移動(dòng)趨勢(shì)但又沒有移動(dòng)空間，周邊地層就會(huì)產(chǎn)生阻止原地層移動(dòng)的支持力P，部分土層對(duì)管片的附加力T_1i被轉(zhuǎn)移，必然減少原地層對(duì)管片的壓力T。申請(qǐng)人進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，同步注入硬性漿液后，地層的主應(yīng)力方向發(fā)生向管片外側(cè)的偏移，進(jìn)而減小了對(duì)管片的壓力，對(duì)管片結(jié)構(gòu)層有利。狀態(tài)二：如果空隙填充惰性漿液時(shí)，導(dǎo)致原地層和周邊地層由于空隙沒有填滿，均產(chǎn)生相應(yīng)松動(dòng)向空隙移動(dòng)進(jìn)一步填滿空隙，周邊地層就會(huì)削弱原地層移動(dòng)的支持力P，增加土層對(duì)管片的附加力T_2i，導(dǎo)致管片受到的總壓力增加，即地層主應(yīng)力方向共同趨向管片結(jié)構(gòu)中心，對(duì)管片結(jié)構(gòu)層有害，容易導(dǎo)致管片開裂。

作為優(yōu)選，所述的硬性漿液構(gòu)成為消石灰：粉煤灰：砂：膨潤土：外摻劑：水＝80：350：1150：55：6：406，注漿壓力為0.45～0.6Mpa，實(shí)際注漿量為理論建筑空隙的110％～130％。

作為優(yōu)選，所述的雙液型漿液由水泥漿和水玻璃漿液組成，其中水泥漿中水泥：水＝1：0.5～0.8(重量比)，水玻璃漿液中水玻璃：水＝1：3～1(重量比)，雙液型漿液的注漿體積比為水泥漿：水玻璃漿液＝1：1。

上述硬性漿液和雙液型漿液為申請(qǐng)人在多次試驗(yàn)中所獲得的配比，并且在眾多的工程項(xiàng)目中應(yīng)用，均取得了良好的效果。

進(jìn)一步的，針對(duì)盾構(gòu)開挖地層界面與安裝管片之間空隙已填充惰性漿液的隧道，雙液型漿液的二次補(bǔ)注及管片裂縫修補(bǔ)方法如下：

1)根據(jù)管片裂縫分布和管片鋼筋布置情況，有裂縫管片必須打設(shè)注漿孔，每環(huán)其它無裂縫管片按45度角分配打設(shè)最多8個(gè)注漿孔；不破壞鋼筋和裂縫管片先注漿，有利于裂縫管片受力。常規(guī)的施工過程中，一般打4個(gè)注漿孔，最多打6個(gè)注漿孔，但申請(qǐng)人經(jīng)過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，打8個(gè)注漿孔時(shí)，注漿壓力可以小一些且分布更為均勻，有利于管片均勻受力，減少附加壓力，防止集中荷載損壞裂縫管片。

2)按照雙液型漿液中水泥漿和水玻璃漿液的成分和配比，分別配置水泥漿和水玻璃漿液，并分別裝在兩個(gè)容器內(nèi)備用；

3)每環(huán)管片注漿順序，先給有裂縫管片外側(cè)按照水泥漿：水玻璃漿液＝1：1的注漿體積比，注雙液型漿液，再給其它管片外側(cè)注雙液型漿液。申請(qǐng)人在實(shí)際施工中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)先對(duì)其余沒有損壞的管片注漿時(shí)，會(huì)使荷載向裂縫管片集中，導(dǎo)致裂縫管片進(jìn)一步損傷。因此，先穩(wěn)定裂縫管片，再穩(wěn)定其它管片，減少附加壓力，防止集中荷載損壞裂縫管片。

4)觀測(cè)管片裂縫穩(wěn)定性7～10天，若管片裂縫觀測(cè)結(jié)果穩(wěn)定，則用環(huán)氧樹脂膠修補(bǔ)管片裂縫；

5)完成上述步驟后，若管片裂縫觀測(cè)結(jié)果不穩(wěn)定，則再次循環(huán)進(jìn)行2)～4)。

更進(jìn)一步的，注雙液型漿液時(shí)，注漿壓力控制在0.40～0.5Mpa范圍內(nèi)，注漿量根據(jù)實(shí)際情況直至注滿為止。

本發(fā)明通過盾構(gòu)與地層之間的相互作用力學(xué)關(guān)系出發(fā)，創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)了一種防治不均勻過渡段盾構(gòu)隧道管片開裂的施工方法。針對(duì)若盾構(gòu)開挖地層界面與安裝管片之間空隙尚未填充漿液和已填充惰性漿液兩種情況，分別提供了相應(yīng)的解決辦法，以減少地層變形對(duì)盾構(gòu)隧道管片造成的附加壓力，達(dá)到穩(wěn)定盾構(gòu)與地層相互作用，達(dá)到處理地層或結(jié)構(gòu)不均勻過渡段盾構(gòu)隧道管片開裂現(xiàn)象的目的。

附圖說明

圖1為不均勻過渡段盾構(gòu)與地層相互作用示意圖；

圖2為單環(huán)單液型與雙液型漿液填充控制地層變形效果對(duì)比。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步闡述和說明。本發(fā)明中各個(gè)實(shí)施方式的技術(shù)特征在沒有相互沖突的前提下，均可進(jìn)行相應(yīng)組合。

實(shí)施例1

某市地鐵盾構(gòu)隧道開挖項(xiàng)目中，盾構(gòu)開挖地層界面與安裝管片之間空隙直接采用同步注入硬性漿液的方法。其中硬性漿液構(gòu)成為消石灰：粉煤灰：砂：膨潤土：外摻劑：水＝80：350：1150：55：6：406，注漿壓力設(shè)定為0.45～0.6Mpa，實(shí)際注漿量為理論建筑空隙的110％～130％，不同的區(qū)段視實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。該隧道采用該施工方法后，在整個(gè)工期及后續(xù)使用過程中，隧道管片沒有出現(xiàn)開裂情況，且地面或影響周邊結(jié)構(gòu)的沉降量在工程規(guī)范允許范圍內(nèi)。由此，可達(dá)到防治地層或結(jié)構(gòu)不均勻過渡段盾構(gòu)隧道管片開裂現(xiàn)象的目的。

實(shí)施例2

某市地鐵盾構(gòu)隧道開挖項(xiàng)目中，盾構(gòu)開挖地層界面與安裝管片之間空隙已填充惰性漿液，其中惰性漿液構(gòu)成為水泥：粉煤灰：砂：膨潤土：水＝150：300：600：60：325。施工過程中，隧道管片出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。因此隧道施工完成后對(duì)開裂管片進(jìn)行修補(bǔ)。最終，經(jīng)過大量試驗(yàn)后，采用二次補(bǔ)注雙液型漿液再次填充空隙，以減少地層變形對(duì)盾構(gòu)隧道管片造成的附加壓力。具體施工方法為：

1)根據(jù)管片裂縫分布和管片鋼筋布置情況，有裂縫管片必須打設(shè)注漿孔，每環(huán)其它無裂縫管片按45度角分配打設(shè)最多8個(gè)注漿孔；

2)分別配置水泥漿和水玻璃漿液作為雙液型漿液，并分別裝在兩個(gè)容器內(nèi)備用。其中水泥漿中水泥：水＝1：0.5～0.8(重量比)，水玻璃漿液中水玻璃：水＝1：3～1(重量比)。兩種漿液按體積比1:1配置。該雙液型漿液的組分配比為申請(qǐng)人針對(duì)上述常用的惰性漿液的特性經(jīng)過大量試驗(yàn)所獲得的，其對(duì)于管片開裂的修復(fù)效果較好，能夠大大增強(qiáng)周邊土層的支持力P，使地層的主應(yīng)力方向發(fā)生向管片外側(cè)的偏移，進(jìn)而減小對(duì)管片的壓力，其效果可由圖2看出。

3)每環(huán)管片注漿順序，注漿壓力控制在0.40～0.5Mpa范圍內(nèi)，注漿量根據(jù)實(shí)際情況直至注滿為止。先給有裂縫管片外側(cè)按照水泥漿：水玻璃漿液＝1：1的注漿體積比，二次補(bǔ)注注雙液型漿液。注完有裂縫的管片后，再給其它無裂縫的管片外側(cè)也注入雙液型漿液。

4)完成上述注漿過程后，觀測(cè)管片裂縫穩(wěn)定性7～10天，若管片裂縫觀測(cè)結(jié)果穩(wěn)定，則用環(huán)氧樹脂膠修補(bǔ)管片裂縫；

5)若管片裂縫觀測(cè)結(jié)果不穩(wěn)定，則再次循環(huán)進(jìn)行2)～4)，重新進(jìn)行注漿過程，再觀測(cè)管片裂縫穩(wěn)定性，直至觀測(cè)結(jié)果穩(wěn)定。

該工程中，同時(shí)設(shè)置了同步注入單液型漿液的工段作為對(duì)照。兩種方法注漿后隧道地表沉降量如圖2所示，可以明顯看到本發(fā)明中二次補(bǔ)注雙液漿的方法，其地表沉降量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于注入單液型漿液，且10天后其地表沉降量已經(jīng)很小，逐漸趨于0。而相比之下，注入單液型漿液狀態(tài)下，10天后其地表沉降量依然處于3-4cm之間，且下降趨勢(shì)并不明顯，在可預(yù)見的一段時(shí)間內(nèi)仍將維持較大的沉降速度。因此，由該結(jié)果可見，本發(fā)明的方法對(duì)于預(yù)先填充惰性漿液的開裂管片而言，具有較好的修復(fù)效果，可以大大增加周邊土層的支持力，從而減小對(duì)管片的壓力。

以上所述的實(shí)施例只是本發(fā)明的一種較佳的方案，然其并非用以限制本發(fā)明。有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型。因此凡采取等同替換或等效變換的方式所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。