盾构隧道管片扭转原因分析及预防措施？

Question

如题所述

Answer 1

在地铁盾构隧道施工中，管片扭转是一个常见的问题，它会对隧道结构造成影响，并可能导致后续设备运行不稳定。本文旨在分析管片扭转的原因，并提出相应的预防措施。
1. 工程背景
广州地铁三号线沥滘站至大石北盾构区间工程，隧道单线长3051.5米，双线长6103米，最大纵坡28‰，最小转弯半径800米，隧道内径5.4米，外径6.0米。工程采用三菱泥水盾构机，主机长度8.17米，盾构外径6.26米，最大推力3.6×10^4千牛，最大扭矩6327千牛·米，刀盘转速0～4转/分钟。管片包括标准环、左转弯楔形环和右转弯楔形环，楔形量38毫米。在施工中，两条线均出现了不同程度的扭转，局部扭转角度高达18°。
2. 管片扭转原因分析
2.1 力学分析
盾构机刀盘旋转时，会受到岩土的反力矩，盾构机外壳与土体的摩擦力则产生相反的力矩以保持平衡。当岩土反力矩小于盾构机外壳与土体的摩擦力矩时，盾构机保持稳定；当岩土反力矩大于摩擦力矩时，盾构机产生滚动趋势，若管片自身的稳定性和土体或固化的水泥浆对管片的摩擦阻力不足以抵抗这一力矩，盾构机和管片将产生扭转。
2.2 刀盘正反转不均衡
刀盘的正反转不均衡会导致管片扭转。均衡的旋转时间和扭矩可以使管片扭转趋势一致。在施工中，控制刀盘旋转时间和扭矩的均衡，有效地减少了管片的扭转和后续台车的出轨现象。
2.3 围岩摩阻力不足
在稳定的岩层中，管片与围岩之间存在建筑空隙，需要同步注浆填充固结。然而，在基岩裂隙发育、地下水丰富的地段，注浆效果不佳，注浆量不足，导致管片未能充分接触周围岩体，无法提供足够的摩阻力抵抗扭转。
2.4 管片螺栓未足够紧固
管片拼装时，若连接螺栓未紧固到位，将减弱环间的有效连接和摩擦力，导致管片无法传递盾构机滚动产生的力矩，从而增加扭转的风险。
3. 预防及处理措施
3.1 均衡刀盘的正反转时间和扭矩，减少单个方向的旋转时间。
3.2 缩短同步注浆液的初凝时间，增强管片的自稳性，及时提供足够的摩阻力。
3.3 管片拼装时，初步紧固每个螺栓，拼装完毕后再次紧固，并在推进过程中适时再次紧固，以提高整体性和抵抗扭转能力。
3.4 控制推进千斤顶上下部压力差，避免过大的压力差导致管片位移。
3.5 发现管片位移时，及时进行衬背注浆，防止继续位移或过大扭转。
3.6 管片扭转时，可采取与扭转方向同向旋转刀盘，适当延长旋转时间，恢复管片正常位置。
3.7 对于扭转过大的管片，可利用螺栓孔与螺栓间的公差进行调整，拼装时选择适当块位的管片，以减少扭转影响。
综上所述，通过理解管片扭转的力学原理，并采取有效的预防措施，可以显著降低盾构隧道施工中的管片扭转问题，确保隧道结构的稳定性和设备运行的安全。