盾构区间管片开裂原因分析及预防措施

1、杭州地铁4号线一期工程南延伸段5标段管片破损情况汇报中铁隧道局集团三处有限公司2017年11月10日目 录第一部分工程概况第四部分总结与建议第二部分管片开裂情况说明第三部分管片开裂原因分析及预防措施第一部分 工程概况一、工程概况南星桥站甬江路站区间位于钱江新城望江社区内。区间线路沿线侧穿凤凰南苑，绿城春江花月、杭州清河中学、滨江金色花园，下穿富春路、姚江路、钱江路等。1.1工程地理位置一、工程概况区间平面线路出甬江路站后以直线右转下穿富春路后以R=350m的方向曲线向西南方向铺设，再以R=495m的曲线左转过姚江路后，最后沿西南方向下穿钱江路后延伸至南星桥站；线路直线出甬江路站后以13.34下

2、坡，再以15.623的上坡，最后以3.5下坡到达南星桥站。1.1工程地理位置素填土、杂填土、碎石填土1、 2、 夹2、 4砂质粉土5粉砂夹砂质粉土、 6粉砂一、工程概况区间线路在甬江站出来104环位置遇一废弃热电厂的遗留桩基，经调查区间共计穿越123根桩基，主要集中104环至160环位置，盾构掘进需再桩基拔出后再行推进。区间平面及纵断面位置详见图1、图2。1.1工程地理位置一、工程概况本标段区间隧道设计均为双线圆形隧道，工程管片设计内径为5500mm，外径为6200mm，宽度为1200mm，分为6块。管片采用C50防水钢筋混凝土，抗渗等级P10。管片设计如表1所示。1.2盾构隧道设计项 目构

3、造说 明管片内径5500mm 管片厚度350mm 管片宽度1200mm 管片分块六块一个小封顶块、两个邻接块、三个标准块管片拼装方式错缝拼装 封顶块插入方式径向插入结合纵向插入式先搭接700mm径向推上，再纵向插入管片连接弯螺栓连接环向：12个M30螺栓；纵向：16个M30螺栓榫槽设置环、纵缝设凸凹榫 表1 管片设计情况表一、工程概况1.3工程地质1、工程地质南星桥站甬江路站场地场地内地势较平坦，场地地面标高一般在7.078.04m，区间隧道洞身穿越的地层主要为：夹2砂质粉土、2砂质粉土、4砂质粉土、5粉砂夹砂质粉土、6粉砂、7-2淤泥质粉质粘土夹粉砂和7-4砂质粉土。2、水文地质根据地下水的

4、含水介质、赋存条件、水理性质和水力特征，勘探揭露范围内场地地下水类型主要是第四纪松散岩类孔隙潜水和孔隙承压水，水文地质见表2所示。一、工程概况孔隙潜水承压水拟建场地浅层地下水属孔隙性潜水，主要赋存于表层填土、层砂质粉土、层砂质粉土、粉砂中，由大气降水径流补给以及江水的侧向补给，排泄主要通过蒸发形式。由于场地地势较低，地下水与地表水水力联系较强，地下水位高程受降雨及内河水位涨落影响较大。潜水水量较大，地下水位随季节变化。勘探期间测得的水位埋深一般为1.703.50m，相应高程4.036.96m，根据区域水文地质资料，根据勘探揭露，拟建场区孔隙承压水含水层分布于深部的(12)0层含粘粉砂和(12)

5、4层圆砾中,水量丰富，隔水层为上部的淤泥质土和粘性土层(、层)。本区间未进行承压水观测，根据旁边甬江站承压水观测资料，承压水水头埋深约10m，相应高程-2.654m（85高程）表2 区间水文地质统计表第二部分 管片开裂情况说明二、管片开裂情况说明从现场管片开裂的情况来看，管片开裂地面位置主要集中在盾构机穿越拔桩区域，开裂位置主要集中在管片顶部和底部方位的内弧面的凹槽部分，主要是是封顶块（F）和连接块（L1和L2）。主要原因是管片凹凸槽受力不均匀造成的开裂。管片开裂区域平面位置见图2，管片主要开裂位置示意图见图3。二、管片开裂情况说明图 2 南甬区间管片开裂平面位置示意图二、管片开裂情况说明图

6、3 南甬区间管片开裂平面位置示意图第三部分 管片开裂原因分析及预防措施三、管片开裂原因分析及预防措施南甬区间隧道处于软土地层，其中重点在于130环160环位置主要处于拔桩密集区，正好处于区间R=350小半径曲线上，拔桩区域回填的是M5强度砂浆，拔桩造成土体扰动过大，且处于软土地层当中与砂浆混合造成软硬不均，盾构姿态控制难度较大。以南甬区间管片开裂严重段为例进行原因分析：管片开裂原因分析：1）在盾构进入左、右曲线段施工时 ,两侧千斤顶推力受力不均匀，分区推力差过大导致盾尾挤压管片造成开裂。2) 盾构区间在掘进至曲线施工时，为保证盾构姿态，强行纠偏导致盾构轴线与管片轴线不重合 ,形成夹角 , 且夹

7、角较大 ,造成局部盾尾与管片之间没有间隙 , 管片单侧受力集中造成的管片开裂。3) 在拼装管片时，管片螺栓复紧程度不够 ,出现同环相邻的 2 片管片相互位置发生错动 ，造成管片出盾尾后 ,在外部压力下形成错台，在千斤顶的推力下 ,受力不均匀造成碎裂。三、管片开裂原因分析及预防措施4) 管片在脱出盾尾后 ,同步注浆量不足 , 没有把空隙充填密实 ,管片在自重的作用下下沉 (或浮力作用下上浮 ) ,形成错台。5） 在管片拼装之前 , 盾尾内的泥砂没有清理干净 ,拼装时落底块拼装不到位 ,推进时泥砂对管片形成集中反力 ,造成管片开裂。6)封顶块拼装时 ,拼装环面不平整，邻接块开口量不够 , 强行插入

8、 ,造成封顶块管片和邻接块管片碎裂。7）盾构同步注浆时，由于管路堵塞导致的注浆不对称，导致的管片位移形成的管片开裂。三、管片开裂原因分析及预防措施管片顶部、底部开裂示意图三、管片开裂原因分析及预防措施管片两侧腰部开裂示意图三、管片开裂原因分析及预防措施管片拼装开裂示意图三、管片开裂原因分析及预防措施预防措施：1)盾构在曲线掘进时，尽量调小每次转弯量，管片超前量滞后或超前不大时 ,调整管片的楔形量（使用传力衬垫贴片） ,使管片的上超量或下超量 (左超或右超 )符合设计超前量 ,尽量保持环面与盾构轴线垂直。管片环面超前量滞后或超前较大时 ,及时采用曲线环来调整管片超前量 ,使管片环面与盾构轴线相垂

9、直。2)调整传力衬垫厚度 ,增加管片之间的缓冲避免硬性接触，厚度一般不超过 5 mm ,在厚度超过 4mm 时 ,应在黑色密封圈上粘贴遇水膨胀止水条 ,防止楔形量过厚 ,造成相邻管片密封圈挤压不密。3）在盾构纠偏的过程中 ,勤纠 ,纠偏量要小 ,避免造成盾构轴线与管片轴线偏差较大。现场技术员在关注上下左右盾尾间隙的同时应同时关注下拱部位置的盾尾间隙，及时根据盾尾间隙来调整掘进参数，且盾构机在纠偏过程中尽量减少推力差。三、管片开裂原因分析及预防措施4) 加强拼装质量意识 ,尽量使正环管片中心与盾构轴线中心相重合 ,使管片周围有合理的间隙 ,避免把管片拼成横鸭蛋或竖鸭蛋形状。5)盾构机同步注浆管路

10、及时清理疏通，保证注浆时采用对称注浆 ,使管片能够均匀受力，同步注浆要同推进速度相匹配 ,注浆压力控制在静止水土压力的 2 3 倍 , 注浆量一般为间隙的180% 200% ,并结合地面沉降监测情况 ,及时充填间隙 ,防止管片下沉或上浮。6)加强管片螺栓复紧质量，在管片拼装完成后进行一次复紧，在盾构掘进过程中进行二次复紧，掘进完成后进行第三次复紧工作，形成三次螺栓复紧制度。7)加强对管片拼装手的培训交底，增强管片拼装质量意识，在管片封顶块拼装不顺时，在相邻块上涂刷肥皂水或液体凡士林 ,增加润滑度 ,使封顶块能顺利地插入。三、管片开裂原因分析及预防措施结合上述，南甬区间管片开裂区域主要原因是：地

11、层受拔桩影响扰动过大，又处于R=350小半径曲线上，盾构机在该地段掘进施工时，姿态纠偏难度增大，管片出盾尾后造成下沉，后期强制纠偏，导致在施工该区域时管片开裂严重，经过总结上行线开裂经验，重新制定下行线盾构通过拔桩区域位置掘进参数，在通过该区域时推力不宜过大1000t1200t，盾构机姿态偏差控制在20mm内，若偏差过大及时进行调整，同步注浆量控制在180% 200%范围。通过预防措施实施后，施工下行线时，管片开裂问题情况得到控制。第四部分 总结与建议四、总结与建议管片开裂归结到底都是由于在盾构推进过程中管片受到径向分力影响，从而导致管片剪切破坏碎裂。而分力的产生大多是在施工过程中管片错台、上浮、