盾构管片破裂原因分析及对策措施

盾构管片破裂原因分析及对策措施　三航南京分公司　周晓鹏［摘卢生才　要］盾构管片在盾构施工时经多次倒运、翻转、拼装等过程中难免会出现一些破损。本文主要根据厦　门地铁１号线高集区间盾构施工过程，对管片破裂的原因进行分析，并总结出施工过程中针对管片破裂的对策　措施。　［关键词］　盾构施工　管片破裂对策措施　１工程概况　厦门地铁１号线高集区间盾构段起讫里　程为ＹＨＫ１４＋０６７．１２２～ＹＤＫ１４＋６２８．７７６，盾构　区间隧道线路平面共有２组曲线，曲线半径分　别为８００、７００　ｍ，线间距１０．３３０～１４．９６０　ｍ。　区间隧道采用土压平衡盾构进行施工，　宽１．２　ｍ的钢筋混凝土管片衬砌。管片外径　６．２　ｍ、厚０．３５　ｍ；每环管片沿环向分为６块，　即３块标准块、２块邻接块和１块封顶块；设　计强度为Ｃ５０，抗渗等级不低于Ｐ１０。管片采　用通用楔形环，楔形量４０　ｍｍ（双面楔）。　２管片破损情况　预制盾构隧道管片（以下简称管片）是盾　构隧道的主要构件，也是隧道防水、防火和耐　久等综合性能的保证，所以对盾构隧道管片　质量的要求极高。　盾构隧道管片为钢筋混凝土结构．其开　裂主要是由于管片在施工过程中的受力状态　与设计不完全一致、受力不均或受力过大造　成。盾构机掘进过程中管片承受着千斤顶推　力、盾尾密封刷作用力和衬砌背后注浆压力　等，在这些荷载的相互作用下，盾构管片出现　了不同的受力特征。成型隧道管片破损情况　根据破损的位置主要分为：外弧面破裂、边角　破裂、螺栓孑Ｌ处破裂。　３破裂原因分析及对策措施　３．１外弧面破裂　３．１．１原因分析　盾构掘进过程中，管片外弧面破裂情况　出现较少．多发生在盾构机线路纠偏微调时。　管片从盾尾脱离时。盾尾密封刷将管片外弧　面破裂的混凝土碎块带到盾构拼装部位，虽　然碎块发现位置多位于管片环下部，但破裂　部位不一定都在管片环下部。分析破裂原因　主要有以下几点：　（１）管片生产过程中，由于生产工艺的　原因．管片外弧面的浮浆厚度过大．造成管片　外弧面成为一个薄弱点：　（２）盾构机千斤顶总推力较大，养护不　到位，且配筋小的管片易开裂；　（３）盾构纠偏不及时，使得累计偏差较　大．导致管片环面与隧道设计轴线不垂直，后　续拼上的管片受力不均匀，管片的表面会出　现裂缝：　（４）若拼装时管片在盾尾的偏心量太大，　会导致管片与盾尾发生磕碰现象或盾构推进　时盾壳卡住成环管片。　３．１．２对策措施　针对以上原因，可采取以下措施：　（１）管片生产时．采用聚羧酸系高性能　减水剂、最大粒径为２０　ｍｍ的碎石、中粗砂，　坍落度控制在１２　ａｍ以下。根据材料的变化　及时优化配比，保证混凝土质量，降低外弧面　浮浆厚度，并提高预制管片养护质量。　（２）盾构掘进时，盾构操作人员应当根　据地质变化情况，向土仓内加注适量泡沫剂．　防止土仓内积“泥饼”，减少推进扭矩和总推　力，同时防止推进速度过快。　（３）盾构纠偏要做到及时、连续，严格控　制纠偏量。盾尾、盾壳内径与管片外径应当留　一３１—　有一定的施：［间隙，唇构纠偏应适量，过量纠　偏会导致盾壳卡住管片造成管片挤压损坏或　增加新一环管片拼装的困难。　根据施１－经验，盾构纵坡和平面纠偏量　最大值＿１『分别按以下公式求得：　①盾构纵坡最大纠偏量　ｊ＝（ｊ　一ｉ　Ｈ）≤…　式中：　ｊ一盾构与管片相对坡度：　ｊ，＾一盾构推进后实际纵坡；　ｊ”一已成隧道管片纵坡；　【ｊ】一允许坡度差值　、　②盾构平面最大纠偏量　△Ｌ＜Ｓ・ｔａｎｔ￣　式巾：　△Ｌ一两腰对称千斤顶伸出长度的允　许差值（ＩＩｌＩｌ１）；　Ｓ一两腰对称的　斤顶的中心距（ｍｍ）；　盾构与衬砌允许的水平夹角　（４）严格控制拼装质量。使其满足规范要　求，对于拼裟点位的选取要同时兼顾盾构姿　态、管片超前量、已成型隧道轴线形状、设计　轴线形状及盾构间隙等方面ｌ大ｌ素：管片拼装　完成后应根据掘进参数对拼装质量进行检查　、　３．２管片边角破裂　３．２．１　原因分析　（５）盾构机通过千斤顶作　｝｝ｊ于管片上，　向前掘进，在千斤顶与管片接触处设置撑靴　以减小管片压力。若撑靴管片接触不均．会导　致管片局部压力增大．造成管片损坏或　现　裂缝（冈３）　管片边角破裂发生情况较多．分析破裂　原　有以下几方面：　（１）管片在脱模、储存、运输过程巾，发　生碰撞，致使管片的边角缺损：　（２）在管片拼装过程中发生错台．管片　与管片问没有形成良好的面接触，在接触点　处产生　力集中而使管片边角碎裂（图１）：　（３）拼装过程中，拼装好的两块邻近块　开口量不够，如强行插入封顶块，则可能导致　３干斤顶撑靴压裂　封顶块管片或临近块管片的边角崩落：　（４）拼装过程巾，拼装机旋转速度过快．　３．２．２　对策措施　导致即将安装管片与已安装相邻管片问发生　碰撞，造成边角脱落（图２）；　一针对以上原　，＿口ｆ采取的对策措施有：　（１）加强对管片生产、运输、吊装等过程　港工技术与管理２０１６年第６期　３２一　管理，在管片堆放、运输过程中采用弹性保护　衬垫等防碰撞措施；　（２）对拼装作业人员进行技术培训和技　术交底，提高作业水平，技术员监控管片拼装　质量符合规范及偏角要求；　（３）对拼装机定期保养，并对运行参数　经常校验，在拼装时严格控制拼装机运行参　数：　（４）经常检查各千斤顶撑靴情况，出现　损坏、错位时应及时更换并进行姿态调整。　３．３螺栓孔处破裂　３．３．１原因分析　管片螺栓孑Ｌ处混凝土破裂分为环向螺栓　孑Ｌ处破裂和吊装孔处破裂．以环向螺栓孔处　破裂居多。盾构掘进施工过程中，当管片从尾　盾脱离进入土层，周边荷载模式改变，管片周　围环境尚未稳定．管片间的作用力主要由管　片间连接螺栓承受，并传递至螺栓孑Ｌ周边的　混凝土。分析破裂原因有：　（１）盾构机的切削刀盘直径与隧道衬砌　管片外径有一定的差值，管片脱出盾尾后．拱　顶土体全部塌落到管片结构需要一个过程．　由于同步注浆量不足，管片在脱离盾尾后下　沉，管片环之间剪力增大．引起螺栓孔附近混　凝土破裂（图４）；　图４螺栓孔处破裂　（２）注浆参数控制不当，注浆部位、压力　选择随意；掘进管理不严格，未及时落实管片　上浮控制措施：　（３）浆液初凝时间长，在富水软土层中，　浆液在初凝前容易被稀释，因此低强度浆液　不仅无法对管片提供约束，反而提供了上浮　力；另一方面。在盾构机掘进震动和隧道内电　瓶车运动震动下，未凝固的浆液很可能被挤　到隧道底部或地层其他间隙，进一步加剧了　隧道上浮：　（４）拼装质量不好造成管片错台，管片　间剪应力集中至螺栓孔附近造成混凝土破　裂：　（５）拼装时由于螺栓孔难以插入，敲打　螺栓造成管片螺栓孔处管片破损：　（６）掘进过程中没有及时对成型隧道管　片螺栓复紧，当准备拼装而将千斤顶压力卸　掉后，顶部管片之间发生移动，管片之间约束　力主要靠连接螺栓承受，导致螺栓处混凝土　局部受力过大．引起破裂。　３．３．２　对策措施　针对以上原因，可采取如下措施：　（１）严格控制浆液配比满足规范要求，对　注浆机定期保养维护、仪表定期检测，掘进速　度与注浆机产能相互配合，使注浆浆液完全　充填施工间隙，浆液的凝固速度要满足施工　进度并快速凝固形成早期强度，从而使管片　与周围土体形成整体达到稳定。　（２）严格控制注浆工艺参数，一旦发现　管片上浮超限，应立即停止盾构掘进，对已上　浮的管片通过注浆孔进行二次注浆。注浆材　料以瞬凝双液浆为宜，注浆应顺着隧道坡度　方向，从隧道拱顶至两腰，最后压注拱底。打　开拱底注浆孑Ｌ无渗水时终止注浆．以防止盾　构恢复掘进后管片继续上浮。　（３）控制掘进速度。同步注浆过程中，如　果浆液不能达到及时有效地固结和稳定管片　的条件时，应适当控制盾构掘进速度．以缓推　为宜，以确保管片脱出盾尾时形成的空隙量　与注浆量平衡，并根据气候及地下水量调整　浆液浓度，尽量避免因注入的浆液被水稀释　而减弱浆液性能。　（下转第５６页ｌ　一３３—　Ｎ＝９。　压面积Ｓ＝５０Ｏ／（２．３７ｘ０．９８ｘ０．１７）＝１　２６６　ｍ　式中：　故选用山推ＳＲ２１２４Ｓ静碾压路机１台．　用于水泥稳定基层的初压和表面收光：临工　ＬＧＳ８２０型振动压路机２台，用于复压；柳工　ＣＬＧ６２６Ｒ型轮胎压路机１台．用于表面压　４～运输不均匀系数，Ｋ４＝１．１；　Ｋ　一汽车出勤率，Ｋ　＝０．７；　即距离在２　ｋｍ左右。每台拌合机需要　自卸汽车的数量不少于９辆即可满足要求．　实际配置ｌ５辆。　４．５压路机的选型和数量　碾压采取“先轻后重、先慢后快、先静后　实。完全满足现场的施工压实要求。　４．６洒水车的选型　每一段碾压完成并经过压实检查合格　后．需立即开始洒水养生，每天洒水不少于４　次（气温高时增加），以保持水稳基层面潮湿，　可选用１０ｍ。黄河洒水车。　５　结论　振、先低后高、１／２轮迹重叠”的原则。碾压方　法如下：　（１）初压：振动路机静压ｌ遍：　（２）复压：振动压路机碾压４～５遍，即先　弱振ｌ～２遍、再强振３～４遍：　在六合马玉线水稳基层的施工中，根据　（３）终压：胶轮压路机碾压ｌ遍。　压路机的碾压速度，第ｌ～２遍宦采用　１．５～１．７　ｋｍ／ｈ，之后采用１．８～２．２　ｋｍ／ｈ。应使　各部分碾压到的次数尽量相同。每小时总碾　施工计划合理地配备了搅拌机、装载机、摊铺　机、运输车、压路机等设备，充分发挥各机型　的总体效能。从而获得较高的技术经济指标　和水稳基层施工质量。　（上接第３３页）　（４）提高拼装作业人员作业水平，控制　管片拼装质量。掌握好螺栓插入时机，严禁采　用敲打方式插人螺栓，引进橡皮锤的使用。　（５）掘进过程中，及时对成型隧道管片　螺栓进行复紧（图５）。　４结束语　在高集区间盾构段后期施工过程中，通　图５对成型管片复紧　过对管片破裂原因的分析总结，有效采取针　对性措施，使管片破裂次数明显减少，从而减　少了修补及更换返工的工作量，成型隧道防　渗水性得到了提高．综合效益明显提高　一５６一　港工技术与管理２０１６年第６期