隧道施工过程中管片破碎现象及防治

1、隧道施工过程中管片破碎现象分析及防治摘 要 在地铁隧道施工中,管片破碎是一个常见的现象,也是困扰施工单位的一个难题.根据作 者在上海地铁1号线和2号线隧道施工的经验,对几种常见的管片破碎现象作了分析, 并提出了针对 性举措.关键词隧道施工管片破碎原因分析防治一|1概述 随着城市的日益开展和扩大,城市交通拥挤问题也越来越突出. 为缓和交通拥挤的状况,城市的交通 纷纷向空中和地下开展.地下铁道具有快速、便利、运输量大、无污染、无噪声及不占用地面空间等 优点,正迅速成为缓解交通拥挤的首选方案.我国的广州、深圳等地也在近几年开始地铁建设.上海 地铁1号线自1990年开工,到1995年全线正式开通.19

2、96年地铁2号线一期工程又正式开工, 于1999年建成.|在地铁隧道施工工程中,经常会发生管片破碎、隧道渗水、漏浆、轴线偏差超标、地面沉降等一系列 问题.管片破碎现象是施工中的最普遍现象.由于管片破碎,不仅会引起隧道渗水、漏浆,而且会影 响到隧道的使用性能,因此是隧道施工过程中较棘手也是必须妥善处理的问题之一.2常见管片破碎发生部位管片破碎现象在隧道衬砌的内外两侧均有发生.衬砌外侧,一般发生在管片与盾构机外壳的接触部位 以拱底块、标准块与邻接块接缝处、封顶块居多；内侧一般发生在管片的角部以标准块、邻接块 和封顶块居多,管片中部少有发生.管片常见破碎部位分布统计如图1所示.二图13管片破碎原因分

3、析|:造成管片破碎有多种原因,笔者根据 6#盾构在地铁1号线、2号线施工中的实际情况,分析下来主 要有以下几种：I3. 1搬运和堆放时造成的破碎在搬运、堆放过程中的碰磕,经常导致在碰磕位置处产生小块破裂.二4. 2管片拼装操作4.1.1 拼装时,由于管片环面之间及相邻两块管片间接触面达不到理想的平行状态,使得衬砌角部先受力而产生应力集中,导致管片角部破碎.4.1.2 封顶块安装时,由于先行安装的5块管片圆度不够,两邻接块间的间隙太小,把封顶块强行顶 入,导致封顶块及邻接块接缝处管片破碎. 有时未按设计要求在其两侧涂刷润滑剂, 亦会导致管片破碎,破碎部位发生在邻接块上部及封顶块两侧4.1.3 前

4、一环环面不平整,块与块间有错位,导致下一环管片拼装时易产生破碎.4.1.4 拼装时为抢进度,管片就位速度过快而产生碰磕,以及存在管片错缝时,易引起管片边角的破 碎.4.1.5 管片横鸭蛋隧道衬砌共有六块管片组成,拼装成环后,其外径为6 200mm内彳全为5 500mm实际拼装成环后,衬砌的横向、竖向直径均有不同程度的偏差,设计允许偏差值为10mm 一般衬砌拼装成环后,横向直径增大、竖向直径减小,俗称横鸭蛋.相应地,衬砌与盾构机壳之间的空隙,横向缩小、竖向增大,衬砌横鸭蛋主要造成两个方面的影响:(1)导致衬砌与盾构机内壳之间的净距减少,特别是盾构姿态与管片姿态不一致时,易造成推进时 盾构机壳擦伤

5、管片,破碎部位一般发生在管片外弧面, 以标准块与邻接块接缝处最为普遍.(2)当管片拼装成环后其直径为设计直径时,管片纵缝各槽口应完全吻合.衬砌横鸭蛋,造成衬砌 纵缝略有张开,局部槽口已吻合,而其他槽口仍存在空隙,由于受力不均匀应力集中,容易导致管片 破碎.这种情况下,破碎一般集中在管片内弧面的角部而且破碎时间发生在管片脱出盾尾后.3.3 盾构机姿态与管片姿态相互关系不一致3.3.1 在隧道施工过程中,为限制好隧道轴线,必须逐环测量盾构姿态和管片姿态,根据测量资料及 时调整各项推进参数.当管片与盾构机相对关系一致,即管片与盾构机根本保持同心,管片法面与盾 构机推进方向根本垂直时,管片破碎较少.在

6、实际施工过程中,管片与盾构机的相对关系常常不能保 持理想状态,当管片的环面与盾构推进方向存在夹角时,其合力作用方向部位的管片容易破碎.匚3.3.2 盾构机轴线与管片环向轴线间交角偏大盾构推进过程也是不断纠偏过程.盾构机与管片衬砌环间的相对关系不可能总是保持理想状态,特别是转弯、竖曲线段和纠偏量大时,管片外弧与盾尾内壁间的距离沿环向分布不均匀,造成一侧间距很 小,而另一侧间距较大,这时易产生“卡壳现象,即两者碰在一起.盾构机一推进,就会造成管片 一定部位破碎.3.3.3 衬砌环面不佳造成衬砌环面不佳有多种原因,如纠偏、拼装质量差、环缝夹泥等.管片环面不佳,引起管片受力不 均匀,从而导致应力集中部

7、位的管片破碎.3.4 推进时管片受力不均匀盾构推进时推进力通过油泵衬垫传递到管片上,油泵衬垫与管片接触部位是应力集中区.如果衬垫面不平整或者衬垫面与管片环面存在夹角,就会造成管片破碎.13.5 同步注浆浆量分布不合理同步注浆浆量分布不合理不会直接造成管片破碎,但会导致管片“卡壳而造成破碎.同步注浆后,隧道上部的浆液会逐渐向下部流动, 形成下部浆液多而上部浆液少的状况, 引起隧道上浮,上部管片尤其是封顶块、封顶块与邻接块接缝处与盾构机内壳间隙减少,推进时造成管片破碎.II3.6 管片质量 运到现场的管片本身存在质量问题,如管片的保护层过厚、管片养护时间缺乏、管片裂缝较多、管片修补部位强度没有到达

8、设计要求等,在施工时也容易造成管片破碎.II3.7 管片破碎原因统计见表1管片破碎原因搬运和堆放管片拼装操作盾构机姿态与管片姿态相互关系不一致推进时管片受力不均匀同步注浆浆量分布不合理管片质量百分比5.338.221.618.56.59.94管片破碎的防治举措管片破碎常常是以上一种或一种以上因素综合作用的结果,经过仔细分析再采取针对性举措进行处理,可以减少管片破碎现象的发生：LJ4.1 搬运堆放时的针对性举措4.1.1 在搬运过程中轻吊慢放,着地时要平稳；堆放时不宜超过3层,并正确摆放垫木.4.1.2 吊放管片的钢丝绳上缠橡胶条等,在起吊时,能起到缓冲作用,或者选用尼龙绳来代替钢丝纯.4.1.

9、3 选、摆放好垫木,在管片车上管片搁置部位设置橡胶条,以起到缓冲作用.4.2 管片拼装时的针对性举措I4.2.1 按要求贴好角部止水橡胶条、传力衬垫、纠偏石棉橡胶板.4.2.2 拼装前,先测量前一环各管片之间的相互高差,包括环向和径向.根据实测数据,调整已粘贴好的纠偏锲子,以保证拼装后环面的平整度4.2.3 拼装前清理前一环管片上的泥块及浆液,保证环面清洁、无夹泥.4.2.4 拼装时保证衬砌环圆度,块与块不错位.推进油泵的伸缩顺序应与管片拼装顺序一致.两侧标 准块、邻接块安装时油泵应同时收缩及伸出,以减少环与环之间管片错位现象.4.2.5 封顶块安装前,实测并保证顶部两邻接块间问距,并通过推进

10、油泵的伸缩来调整好邻接块间的间距,限制在比设计值大6mmt右,以便顺利安装封顶块. 口4.2.6 竖曲线段推进时,在安装拱底块时根据实际情况予以落低或抬高,减少管片“卡壳现象.4.3 推进时的针对性举措4.3.1 推进前检查各油泵衬垫的完好情况, 发现有破损的及时调换,同时应仔细观察衬垫与管片环面 的吻合程度,对不吻合处可增设石棉或橡胶锲子来调整,确认吻合后再开始推进.4.3.2 在盾构推进时,及时根据设计要求、盾构穿越土层的变化、上部载荷情况以及测量资料来调整 各项施工参数,将盾构姿态严格限制在设计允许偏差范围之内.同时,结合隧道衬砌的实际情况,在 不超出偏差范围的情况下,对盾构姿态作适当调

11、整,使盾构机与管片尽可能处于同心状态.4.3.3 当管片与盾构机轴线夹角较大、管片与盾构机壳间隙较小又必须进行盾构机姿态调整时,可以采取以下举措：(1 )通过粘贴纠偏锲子来调整衬砌环面； (2)推进时,前半环顺着管片原轴线方向推进,待管片与机壳之间的缝隙增大后,后半环推进时再 对盾构姿态进行调整.二 以上两种举措结合运用,可以使管片与盾构机之间的轴线夹角变小,同时减少管片外部的破碎.4.3.4 同步注浆时,限制好注浆量的分布和注浆压力. 管片与机壳上部无缝隙时,增大上部的注浆孔 注浆量及注浆压力,下部注浆孔不注,通过浆液将管片往下压；如管片与机壳下部无缝隙时那么反之.正常推进时,在总注浆量不变

12、的前提下,减少管片下部注浆孔的注浆量,可以减少管片的上浮.在曲线段推进和纠偏时通过有目的地选择盾尾同步注浆孔,改变各个注浆孔的注浆量分配和注浆压力, 来调整管片姿态.4.4 把好管片质量关对进入施工现场的管片,应逐块进行检查.发现管片明显存在质量问题的,应果断退回生产厂家,不让一块不合格管片下井.同时派专人负责管片的生产,进驻生产厂家掌握管片生产情况,将施工中发 现的管片质量问题,及时向生产厂家反应,催促生产厂家改良生产工艺,提升管片质量.管片存在小 的质量问题可以进行修补处理的, 应在地面进行修补、并做好标识,养护到设计规定强度后再下井使 用.匚5结论在隧道施工过程中,通过采取各种举措,特别

13、是限制好管片拼装操作质量,管片破碎现象发生几率较 原来减少50%£右,尤其是标准块与邻接块接缝部位的破碎大为减少,从而减少了由于管片破碎引起 的渗水、漏浆现象,对于提升隧道的质量,保证隧道的平安运行,具有一定的意义盾构隧道质量限制摘 要：结合广州市轨道交通四号线黄村一琶洲站区间盾构工程实例 ,概括盾构隧道施工中常见的质 量问题,统计分析其产生的原因,并提出相应的解决方法,以保证隧道的稳定性.关键词：质量,举措,隧道,裂纹1工程概况广州市轨道交通四号线黄村一琶洲站盾构区间主要由两条圆形盾构隧道组成.隧道双线 长度为3832.525m;隧道标称内径为5.4m;埋深为9.6m23.6m;平

14、面最小曲线半径为650m;最小竖曲线 半径为3km;最大坡度为28%;最小坡度为3%0o区间隧道洞身所穿过的围岩主要在,泥质 粉砂岩层中通过,工程采用日本三菱公司制造的两台刀盘开挖直径为6.29m的盾构机施工.2施工过程中出现的质量问题右线施工自始开掘进以来,共掘进156环,出现了管片破损、错台、渗水、上浮、隧道轴 线偏差等诸多质量问题.存在的主要质量问题如下 ：1崩缺、裂纹.自右线始开掘进至今,管片出现的崩角、崩裂几率较高,主要表现在3点,9 点位置,一般在管片脱出盾尾后出现.共计崩角有 37处,占总掘进环数的24%裂纹主要集中在63环 72环,每环5点7点位置均有几道裂纹,最长到达1.2m

15、.共计裂纹18处,占总掘进环数的6.5%.2渗漏水.拼装时,由于止水条被扯破或者位移,K块容易产生渗漏水,在右线隧道79环 91环较严重.3错台.普遍出现了上下错台的情况,沿盾构掘进方向,管片错台呈下台阶式,最大错台值 达30mm当坡度变化后,螺栓孔被拉裂,在竖曲线段错台呈上台阶式,两侧错台通常为10mm15mmft 计错台18处,占总掘进的11.6%,其中,超过20mm勺达11.6%.4上浮.在前100环,共出现了三次隧道上浮,分别在10环25环,59环66环,78环88 环.最大超限位置在85环,与设计位置垂直偏差达161mm3质量问题产生的主要原因4.5 管片崩缺、裂纹产生的原因管片的崩

16、缺、裂纹对隧道产生的危害比拟大,管片损坏后进行修补,修补后的防水性能比 原始混凝土差,这样在今后的使用过程中,管片最先损坏的应该是这些以往受过损坏的部位,所以管片 的损坏对永久结构的使用寿命有一定的影响.造成管片崩缺、裂纹的主要原因如下 ：1盾构机方面的原因,三菱盾构机存在的主要问题.盾尾间隙过小.盾尾与管片外外表的间隙仅 35mm海瑞克盾构机为70mm,管片环轴线 与盾尾轴线稍有偏差,即产生盾尾对管片的挤压、憋压、拉刮等作用,易造成管片损坏.千斤顶布置不 合理.千斤顶的分布与管片块接缝不匹配,不管如何调整K块位置,总出现千斤顶撑靴作用在接缝上 骑缝,易导致管片崩角.盾尾较接方面的原因,施工时

17、主动校接表现为刚接,使盾尾与管片的适应性 变差.2盾构操作方面的问题.吊运和拼装过程中的碰撞损坏,盾构机姿态限制不好.如蛇行或盾构机轴线与管片轴线偏 差过大,各组推进千斤顶推力相差过大等.3管片上浮方面的原因.随着盾构推进,管片环脱出盾尾后,马上受到浆液或地下水浮力的作用要上浮,而位于盾 尾内刚拼装的管片那么受到盾尾约束,使管状的隧道结才相当于悬臂梁,在盾尾附近的管片受到的弯矩 最大,故管片的开裂往往在脱出盾尾后 2环3环处出现的概率最大.4管片环椭变造成裂缝.管片环椭变可由于自重作用、浮力作用、注浆偏压等原因造成.硬岩段管片环椭变往往 表现为“横鸭蛋式,即管片环上下发生变形.发生椭变后,管片

18、环腰部受到负弯矩作用,管片内弧面 受压,腰部纵缝相互挤压而易出现崩角、崩边以及螺栓孔拉裂等损坏；而管片底部、拱部受到正弯矩作 用,管片内弧面受拉,顶部、底部纵缝张开,接缝外侧相互挤压而易出现崩角、 崩边等损坏.由于顶部、 底部接缝崩裂往往出现在接缝外侧,在隧道内又t以发现,但此类裂缝对止水槽破坏大,易产生漏水.故 实际观察到的现象是位于隧道腰部3点,9点附近的裂缝数量多,但漏水往往在隧道顶部居多.5管片扭转.管片扭转后,会导致管片端部千斤顶的作用面的受压区混凝土开裂或相邻两块管片接 缝处崩角破坏.4.6 管片渗漏水产生的原因管片渗漏水主要表现为裂纹渗水,K块漏水,接缝漏水,吊装孔因卸水导致阶段

19、性渗水. 产 生原因有以下几点：1管片本身质量原因.管片制作和养护过程中出现的质量问题.2管片壁后注浆防水.壁后注浆实施的好与坏直接影响到隧道的施工质量 ,注浆的好坏影 响地面沉降限制,在硬岩段,注浆缺乏还会导致隧道上浮.事实上,注浆也是隧道的第一道防水防线, 注浆缺乏,直接致使接缝防水和管片防水.3施工原因.盾构与管片的姿态不好,影响到管片的拼装质量,造成管片间错位,相邻管片 止水带不能正常吻合压紧,从而引起漏水；掘进过程中推力不均匀造成管片受力不均匀而产生裂纹、 贯 穿性断裂等而渗漏水；在掘进困难时推力过大也会造成管片产生裂纹而渗漏水；由于盾尾间隙不均匀, 管片选型不当,造成间隙过小,使得

20、在掘进过程中造成管片外壁被损坏导致止水条漏水. 由于掘进行程 缺乏或拼装不当,导致封顶块插入困难时止水条破坏而漏水；千斤顶撑靴在顶至管片时摆放不正,使得 止水带损坏而漏水,管片损坏、崩缺漏水.4.7 管片错台产生的原因1线路方面的原因.在小曲率半径地段,易产生错台.主要是由于在转弯段推进千斤顶沿垂直隧道轴线方向的 横向分力引起错台.此类错台主要表现为左右方向错台 ,隧道腰部错台量最大.此外是管片拟合方面 产生的几何误差,即用折线管片拟合曲线线路产生的误差.2管片上浮造成错台.由于盾尾内的管片受到约束,而脱出盾尾的管片受到向上的浮力作用,管片环之间产生剪 力作用而错台.此类错台主要表现为竖向错台,隧道顶部、拱部错台量最大.目前的错台主要属于此 类错台.3注浆偏压造成错台.在进行管片背后二次补注浆,当压力过大时容易出现错台.国外曾经出现过在对K块进行 管片背后二次补注浆时由于压力失控导致K块失落并伤人的事故.此类错台一般表现为局部管片块的向隧道内部错台.4其他原因造成错台.管片选型不当,掘进操作不当,急纠偏,盾构姿态差等也会造成管