地铁盾构管片破损原因分析及防治技术

1、地铁盾构管片破损原因分析及防治技术张映根（中铁隧道股份有限公司，郑州 450003）摘要：地铁盾构隧道普遍采用管片衬砌，针对施工中出现的管片破损现象分析其原因，并提出应对措施以及可靠的修复技术，为类似工程提供参考。关键词：盾构隧道，管片破损，管片修复。0引言截止2010年底，全国拥有地铁城市25个，运营线路42条，运营线路总长度达到1217公里。但随着早期已通车地铁盾构隧道情况运营来看，由于施工过程中出现的管片破损修复未得到足够的重视，而引发的安全问题凸显，如运营中出现原修补水泥块坠落对列车和人员造成了极大的安全风险。本文针对这一现象，根据目前国内地铁施工的经验，对管片破碎现象进行了分析，并提

2、出了针对性预防措施和可靠的破损修复技术。1管片破损现象1盾构隧道管片破损外观上直接显现的主要有管片崩角、崩边、裂纹等几种现象，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、上腰部、拱顶居多；内侧一般发生在管片的角部。2管片破损原因及主要影响因素钢筋混凝土管片作为盾构隧道最基本的结构单元，其破损的根本原因是管片结构受力超出其承载能力而导致沿砼结构内剪应力面出现的破损；施工过程中主要为局部应力集中。根据盾构施工工艺，成型隧道结构管片主要经历管片生产、管片运输、管片拼装几个主要阶段；由于目前管片生产大多采用标准化工厂制作，其破损主要是工厂内搬运时发生的角部缺角

3、，破损面积及体积均较小且一般均采用了同配比的砼进行了修补，在此不做讨论。2.1管片运输在管片从工厂到施工场地拼装前的过程中一般要进行水平运输和垂直搬运以及堆放过程，由于操作原因常会造成管片的磕碰导致产生小块破碎。其主要原因是在运输和排放过程中操作工人不熟练、搬运吊装过程中摆放力度不适，属管理不当而人为导致的。2.2管片拼装2.2.1管片接触面不平整造成破损（1）拼装时，由于管片环面之间及相邻块间接触面不平整，使得衬砌角部产生应力集中而导致管片角部破碎。（2）拼装时，前一环环面不平整，块与块间有错位，导致下一环管片拼装时出现环面纵向错台。当为通缝拼装时易出现错台处应力集中导致角部破损；当为错缝拼

4、装时由于推进过程中管片中间部位应力集中出现纵向裂纹，一般出现受盾构推力作用较大的拱底块。2.2.2管片失圆造成破损（1）拱顶块安装时，由于先行安装管片圆度不够，拼装间隙太小，强行顶入拱顶块导致其与邻接块接缝处管片破碎。破碎部位多发生在邻接块及封顶块接缝两侧。（2）隧道管片实际拼装成环后，衬砌的横向、竖向直径均有不同程度的偏差。一般表现为横向直径增大、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，其引起的破损有两个方面。一是由于横向间隙变小，当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管片，破碎部位一般发生在管片外弧面；二是理论上管片拼装成环后其直径为

5、设计直径时，管片纵缝各槽口应完全吻合，当衬砌出现横横鸭蛋时，竖向纵缝内槽口张开外槽口闭合，而横向相反，当管片拖出盾尾受地层应力作用时由于受力不均槽口密贴处应力集中，导致管片破碎。 2.2.3盾构轴线与管片轴线不吻合造成破损在隧道施工过程中，为控制好隧道轴线，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。当管片与盾构机基本保持同心推进时，管片法面与盾构机推进方向基本垂直时，管片破碎较少。在实际施工过程中，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12。特别是当转弯、竖曲线段和纠偏量大时，管片外弧与盾尾内壁

6、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12。2.3其他原因造成的管片破损盾构隧道施工时由于风险失控造成管片破损。隧道施工中出现大面积的渗漏险情造成管片损坏，若上海、南京等地出现过的盾构始发到达渗漏险情造成的管片破损；成型隧道周边其他工程的建设对隧道结构的保护若出现不当，易造成隧道成型管片的大面积的损坏。如上海轨道交通11号线安亭支线区间隧道被京沪高铁施工管桩击穿、南京明故宫站旋喷施工损坏相邻隧道管片等。3管片破损应对措施通过管片破损现象、破损部位及破损原因的分析，采取有针对性的措施才能有效的预

7、防管片破损。根据上海、南京等地盾构施工经验，采取的管片破损预防措施如下：（1）管片运输不当照成的管片破损现象主要为明显碰撞痕迹，管片角部碎裂、长短边局部撞击碎裂。其主要应对措施是加强吊装运输人员管理、吊装运输技能培训。层间设置堆放缓冲垫木（2）管片拼装失圆造成的破损现象显现为管片崩角、纵向裂纹，施工过程中需加强人员管理和培训，辅助黏贴柔性衬垫调整环面平整度；加强拼装精度管理。（3）推进过程中主要易出现的破损是管片长边崩裂、外弧面刮裂；施工技术人员在过程中应根据地质水文、工艺条件，设置合理的推进参数。同时根据设计轴线提前做好管片和盾构机姿态的拟合，做好姿态测量，缓纠勤调，控制盾构坡度与设计轴线偏

8、差不超过1%。（4）针对非主观因素造成大面积的管片裂纹、长边崩裂等现象，参建各方均应加强风险管控，做好成品保护及环境的巡查。在隧道施工过程中，通过采取各种措施，特别是控制好管片拼装操作质量，管片破碎现象发生几率能得到有效的控制，确保了成型隧道质量的提高。4管片破损修复技术采取针对性的措施能有效减少管片的破损几率，但由于施工水平差异，隧道管片破损并不能完全规避。针对已出现的管片破损，由于修复材料差异和界面的存在，若修复工艺不合理，在列车长期运营的持续振动荷载作用下，修补部分脱落和管片结构的损坏，对列车行车安全带来极大的隐患。4.1一般破损的修复一般管片的破损修复主要采取水泥砂浆修补料修补。一般以

9、破损是否造成管片露筋现象作为区分标准，针对面积较小未露筋的破损，采取直接抹面修补的措施；针对露筋管片的破损采取锚筋+挂网+水泥砂浆修补的措施。4.2大面积管片破损的修复大面积管片破损的存在会造成成型隧道承载能力的削弱，需采取衬砌环加固措施。常见的主要有注浆加固、衬砌环钢板加固、衬砌环碳纤维布加固等。4.2.1注浆加固注浆加固主要是将水泥浆液通过劈裂、渗透、挤压密实等作用，与土体充分结合形成较高强度的水泥土固结体和树枝状水泥网脉体3。常用的注浆浆液主要有水泥浆、水泥-水玻璃双液浆。注浆加固修复工艺一般通过管片吊装孔进行，根据“少量多次、对称注浆、注浆压力和注浆量双控”的原则实施。注浆压力需大于注

10、浆点处的水土压力，根据土体情况及加固要求，注浆压力一般控制在（水土压力+0.5Mpa）以内，单次每孔注浆量一般小于0.30.5m3。4.2.2衬砌环钢板加固衬砌环钢板加固原理是在破损管片内环面黏贴钢板，利用钢板与管片间填充的高粘结能力高强度的胶粘材料，使钢板和管片成为受力整体，共同抵抗外界荷载。一般根据管片破损部位不同钢板环有骑缝安装和环内钢套两种形式，前者主要是针对衬砌环缝损环严重情况，后者主要针对管片衬砌环内裂缝发育情况。其一般工序是在大面积破损部位整环内贴2030mm厚的钢板衬砌，通过化学锚栓固定后，再在钢板与管片内环面间隙填充高强胶粘材料（如环氧树脂等）牢固粘结钢板和管片。该加固方法对

11、隧道净空限界影响小、施工难度低、速度较快且加固整体效果好。其加固效果的核心是胶粘材料的胶粘能力和锚栓的作用。4.2.3衬砌环碳纤维布加固纤维布加固技术是利用碳素纤维布和专用结构胶对构件进行加固处理，其采用的碳素纤维布强度是普通二级钢的15倍左右，具有强度高、重量轻、耐腐蚀性和耐久性强等优点。其厚度一般为2mm左右，基本上不增加构件截面，能保证碳素纤维布与原构件共同工作。该加固方法施工工艺为：施工前对管片衬砌表面存在的破损修补平整、裂纹灌浆封闭，然后再对粘贴碳纤维布部位的混凝土基面进行打磨处理并清除粉尘使混凝土基面基本平整、洁净、干燥。在混凝土基面涂刷胶粘剂，全表面满布碳纤维布，刮压碳纤维布表面

12、使胶粘剂渗出，再次涂刷补充粘结剂，充分刮压排出内部气泡，使碳纤维布平直密贴并被胶粘剂浸透，养护待胶黏剂凝固4。5结语在盾构隧道施工过程中，通过采取各种措施，减少管片破损现象，防止隧道结构损坏，对保证隧道的安全运行，具有一定的意义。国内目前多数城市地铁建设还处于起步阶段，管片破损危及行车安全的相关问题还未显现，但在上海早期运行地铁隧道已开始出现该类问题，如何做好管片破损的治理工作，其选用修补材料性能的优劣，修补质量的好坏，采用工艺的可靠性对后期行车安全尤为重要。本文中的几种治理措施经工程实践证明是一种行之有效的方法，为今后类似工程提供了一定的借鉴。参考文献：1丁利红.隧道施工过程中管片破碎现象分析及防治J.地下工程与隧道，2002.4:37-39.2张彦，刘新.盾构隧道管片破损、错台等原因分析及应对措施J.黑龙江科技信息,2009.36.4143朱相乾，钟志全.盾构隧道底部注浆加固技术 J.建筑机械化，2008.5:53-55.4陆永芳.盾构隧道管片衬砌裂纹病害整治技术J.山西建筑，2008.17:325-326.附：论文题目：地铁盾构管片破损原因分析及