盾构法施工具有对地面影响小、机械化程度高、安全性好、劳动强度低、进度快等优点，已在我国城市地铁施工中得到广泛应用，但盾构隧道管片局部或整体上浮是长期存在且较难解决的问题，本文依托北京地铁隧道工程实例，分析管片上浮原因并提出治理措施。
工程概况
北京市轨道交通17号线某盾构区间长4557.248m，线间距为12~26.5 m，最小曲线半径600m，区间坡度由南向北分别为–7.5‰（91.805m），–4‰（433.407m），10‰（421.787m），–7‰（482.178m），17‰（466.867m），5‰（382.096m），9‰（715.886m），–17.5‰（593.395m），–4‰（396.760m），8‰ （228.806m），20‰（349.735m）和 –2‰（25.789m），隧道顶部覆土厚7.4~26 m，中间设9处联络通道。本区间盾构施工范围内主要土层为粉质粘土、粘质粉土–砂质粉土，局部夹杂部分粉细砂层，地下水资源丰富，水位线基本位于隧道底板上方。
本区间施工采用6660土压平衡盾构机，管片外径6400mm，内径5800mm。总结以往施工监测资料发现管片在脱出盾尾后6h左右上浮量达到最大，最大上浮为40~60mm，而本区间隧道局部地段最大上浮量达110mm以上。
管片上浮情况统计
在本区间施工过程中，对已完成的隧道段进行上浮量统计，其中左线区间隧道830~850环上浮量最大，最大上浮量达到114mm，多环管片成型隧道姿态超出规范要求。此时区间隧道处于17.5‰上坡阶段，发现出现管片上浮后，若不及时采取措施会对整条隧道的质量产生难以补救的后果。发现管片上浮后，即对上浮段的管片进行实时监测，对管片上浮情况进行研究。
管片上浮的危害
考虑到本区间管片并非个别管片上浮而是整段隧道均有上浮现象，且随隧道顶部覆土厚度减少，管片上浮趋势变大，若不及时采取措施将会如下影响：
（1）会使盾构推进过程中千斤顶顶力分布产生变化，易造成管片破损，影响隧道质量；
（2）会导致管片间错台变大，使纵向连接螺栓受到额外的剪力，可能会造成管片破损，影响隧道安全；
（3）会影响环与环之间的防水胶条接触密实，进而引起隧道渗漏水现象；
（4）会影响成型隧道的轴线偏差，并引起管片侵入隧道的建筑限界；
（5）会破坏地层稳定，严重者还可能导致地面或管线沉降超标。
管片上浮原因
水文地质原因引起管片上浮
本区间主要穿越地层为粉质粘土、粘质粉土 – 砂质粉土等软土地层，且水源较丰富，水位线位于隧道顶部以上。整个隧道浸泡在盾构掘进形成的通道内，周围充满同步注浆的浆液，隧道被周围液体包裹受浮力作用，若管片重力不能克服所受浮力，则管片可能上浮。
经计算，管片受到的浮力大于管片自重，约为后者的 2.16 倍。
同步注浆引起的管片上浮
在盾构掘进过程中，为填充管片与周围土体之间的缝隙，使用惰性同步注浆浆液进行注浆，该浆液一般初凝时间在3.5h左右，最终凝结时间为6h左右。初凝时强度为0.2MPa，28d强度不小于2.5MPa，浆液结石率大于95%。
经计算同步注浆量为3.2m3，根据施工经验注浆量为理论注浆量的130%~150%，即同步注浆量为4.2~4.8m3。
本区间隧道同步注浆浆液的主要成分为水泥、砂、粉煤灰、膨润土和水，初凝时间较长。在富水软土地层中，惰性浆液初凝前易被稀释，由于浆液具有流动性，顶部浆液会沿管片外壁集中到底部，管片上部空隙未得到有效填充，而管片受到水土和浆液的浮力作用，产生了上浮现象，见表。
盾构施工过程中，过多注入同步注浆浆液会使管片所受浆液的浮力变大，加剧管片上浮现象。
由于浆液凝结时间较长，在盾构机掘进震动和隧道内电瓶车震动下，未凝固的浆液材料很可能被挤到隧道底部或地层其他间隙中，进一步加剧了隧道上浮。
施工参数不合理引起的管片上浮
（1） 总推力过大引起的管片上浮
盾构机上坡过程中以仰头姿势向前推进，其下部推力大于上部推力，此时若总推力过大会导致竖向分力较大而导致管片上浮。
（2）盾构机掘进速度过快导致管片上浮
盾构机掘进速度过快，与同步注浆速度不匹配，注浆不能完全填补隧道与土体间的空隙，管片会受浮力作用产生上浮。
（3）土压设置不合理引起上浮
根据王其炎等的研究 , 土仓压力越大，管片上浮量增加越快，盾构机掘进时为避免沉降会增大土仓压力，致使管片上浮，见下表。
盾构隧道管片上浮控制及处理措施
选择匹配的同步注浆工艺
（1）浆液的结石率、初凝时间、早期强度、浆液稠度须与工程的地质水文情况相匹配，才能抑制由浆液带来的管片上浮现象，使同步注浆浆液和管片共同作用形成整体。为此根据施工监测情况动态调整同步注浆量，针对不同地层调整同步注浆浆液的配比。表4为区间管片出现上浮情况后调整的浆液配合比。
经试验检测，将浆液初凝时间缩短为2.8h，终凝时间为4h，初凝时浆液强度为0.5MPa。在同步注浆施工时，增加1:00和11:00 2个点位的注浆量，使同步注浆浆液在上半环附近凝固较多，以抵抗管片上浮。
（2）严格控住同步注浆量，避免因同步注浆引起的管片上浮。
合理设置施工参数
细化盾构区间组段划分中盾构施工参数设置，根据现场实际情况及监测数据动态调整盾构掘进参数。
（1）盾构推进时，应注意控制盾构机的推进姿态，注意各千斤顶间的推力分配，避免盾构机过量纠偏，避免因管片受力不均引起管片上浮。
（2）掘进速度须与同步注浆参数相匹配，确保管片脱出盾尾后浆液已初步凝结，具有一定的抵抗上浮能力；并避免因掘进速度过快导致管片脱出盾尾时因浆液尚未凝固被水稀释后引起的管片上浮。
（3）将盾构机的土仓压力控制在合理范围内，保证土仓压力平稳，盾构停机时需采取措施保证土仓压力稳定，避免压力变化引起隧道上浮。
适当降低盾构机推进时的垂直姿态
在本区间隧道后续推进中，根据统计的管片拼装后上浮经验值，对部分较难控制上浮的区段，在盾构机推进过程中线路轴线偏差中预留一定上浮量，避免成型隧道管片因上浮造成超限情况。及时进行管片姿态测量，合理调整预留上浮量。
管片上浮后的处理措施
发现管片上浮现象后，首先要进行成型隧道测量，看是否符合规范要求。若成型隧道满足规范要求不需对上浮的管片和隧道采取措施，但应分析上浮原因，采取对应措施，避免后续继续出现类似现象。若成型隧道不满足规范要求，则需立即通过注浆孔。采用瞬凝型双液浆，对上浮管片进行2次注浆。注浆顺序为由隧道拱顶至两腰。
同时紧固上浮管片的螺栓，避免因管片上浮造成螺栓损坏。
结语
通过研究本区段管片的上浮现象，发现水文地质、盾构机施工参数和同步注浆浆液配合比等因素对隧道管片上浮均有较大影响。
为此采取调整浆液的配合比、合理设置施工参数、降低盾构机垂直姿态及发生上浮现象后及时进行2次注浆等措施，对控制管片上浮取得了较好的效果，保证了后续盾构区间的施工质量，可为类似地质条件下的盾构施工提供经验。