管片质量问题原因分析及控制措施

管片质量问题原因分析及控制措施中铁十三局集团有限公司2014年7月制诚信、创新永恒精品、人品同在汇报提纲一、盾构区间地质概况二、成型管片质量问题原因分析三、成型管片质量问题防控措施四、采取措施后成型管片质量情况五、管片破损修补及渗漏水处理六、总结一、区间地质概况区间隧道地处川西平原岷江水系Ⅱ级阶地，冲洪积地貌，地形较平坦，略有起伏，地面高程496.81～501.80m。据区域地质资料，本区间隧道范围内无断裂。地表多为第四系全新统人工填筑（Q4ml）以杂填土为主，其下为全新统冲积层（Q4al）粘性土、粉细砂；第四系上更新统冰水沉积、冲积（Q3fgl+al）粘性土、卵石土夹砂透镜体；下伏白垩系上统灌口组（K2g）泥岩。我部盾构推进过程中地质条件复杂，开挖面位于泥岩与砂卵石地层交接面处，且呈交替变换。区间左线地质剖面图

区间右线地质剖面图

二、成型管片质量问题原因分析2.1管片错台及其引起的相关问题管片错台是指管片拼装后同一环相邻管片或者相邻环管片之间内弧面不平整的现象，管片错台不仅影响隧道的外观质量，而且会导致以下更严重的问题：2.1.1管片破裂

由于盾构机的推进千斤顶作用在管片上，依靠管片提供反作用力使盾构机向前掘进，若刚拼装好的管片出现错台现象，就容易导致相邻管片间产生集中应力，使管片边缘发生破裂、崩角等质量问题。螺栓孔位置破损2.2管片错台原因分析2.2.1管片拼装不规范管片拼装是控制管片错台重要的环节，管片拼装工人的操作熟练程度及责任心直接影响管片拼装完的成型质量。例如：管片拼装前盾尾的杂物没有彻底清除；管片拼装完成及管片脱出盾尾后没有及时将螺栓拧紧；K块强行插入，都是导致管片错台不可忽视的直接因素。

环间错台18mm2.2.2盾构机姿态控制盾构机的姿态变化直接影响到盾尾间隙的变化，实际掘进时盾构机围绕设计轴线呈蛇形前进，如果盾构机的姿态控制不好，盾构机的运动轨迹波动幅度过大，盾尾因急纠、猛纠而产生较大的径向位移，而在连接螺栓的作用力下管片的空间形态已基本由上环管片所决定，这就必然导致管片与盾尾之间的间隙不均匀。若盾尾间隙过小，盾尾的径向运动趋势将以力的形式通过盾尾刷传递给管片，从而导致盾尾前后的管片产生错台，甚至导致管片迎水面被盾尾刷挤压刮坏、盾尾刷磨损变形等问题，进而产生管片渗漏水，盾尾漏浆等一系列质量问题。2.2.3管片选型在区间小半径曲线段掘进或盾构急纠转弯时，若管片楔形量不能满足管片转弯需求，拼装施工中转弯环排版错误等，均会造成管片前端面与盾构掘进方向不垂直。盾构机向前掘进的推力是通过千斤顶作用在刚拼好的管片衬砌横断面上，如果盾构掘进方向与管片前端面之间不垂直，则其作用于管片上的巨大反推力可分解为纵向和径向两个分力，将造成管片环缝错台。

2.2.4管片上浮管片上浮有时可造成管片连续错台，尤其在泥岩地层中。壁后浆液往往因为初凝时间较长而产生大于管片自重的上浮力，此时如果没有立即采取防止隧道管片上浮的措施，隧道管片的上部就会发生连续的“叠瓦式”错台。管片上浮引起的“叠瓦式”错台

环号管片拼装完成脱出盾尾后实际测量水平偏差垂直偏差水平偏差垂直偏差60-8-3516961-6-34-66662-5-3655163-5-43123464-5-40-23265-3-2733766-5-25-743672-25-158

右线管片姿态偏差对比表盾构通过泥岩地层后形成的开挖面与管片之间的空腔由同步浆液来填充，通过计算得出盾尾后4环管（1.5m每环，共6m）片在浆液中的浮力为238t，远远大于4环管片的自重83.8t，在浮力作用下管片会产生错台，如错台量较大会伴随发生管片破损、渗漏现象。

管片上浮计算图示2.3管片破损原因分析（1）管片错台由于管片错台造成相邻环管片之间剪应力过大，引起螺栓孔附近管片破损。（2）管片拼装由于拼装过程中管片接触面不平整，在千斤顶作用下形成局部应力集中，造成管片破损。封顶块安装时，先安装好的管片圆度不够、邻接块间的间隙太小、未按要求在其两侧涂刷润滑剂，会导致封顶块及邻接块接缝处管片破碎，破碎部位发生在邻接块上部及封顶块两侧；（3）姿态控制盾构掘进过程中由于姿态控制不佳，导致盾构与管片相对位置不好（盾尾间隙变小）时，常常会使管片发生碎裂。（4）螺栓紧固

螺栓初紧、复紧不及时或者螺栓拧的不够紧，管片受力后产生错台，从而出现边角部位的破碎以及裂缝等问题。

管片边角破损管片螺栓孔破损2.3管片渗漏原因分析（1）管片错台造成止水条接触面积变小由于管片错台造成相邻管片止水条接触面积变小，止水条的防水效果降低，不能有效的阻水。（2）止水条粘贴不牢固由于止水条粘贴不牢固，导致相邻管片之间存在缝隙漏水。（3）管片拼装刮碰由于管片拼装过程中刮碰造成止水条破损，使相邻管片间防水措施失效，导致管片渗漏水。（4）同步浆液同步浆液凝固后是成型隧道的第一层防水体系，注浆量不足将导致管片上部存在无浆液的现象，使管片外部直接与地层相联，致使隧道第一道防水体系失效从而产生渗漏。压浆内水泥含量少，浆液凝结后强度不高且阻水效果较差。（5）姿态控制盾构掘进过程中由于自在控制不佳，导致盾构与管片相对位置不好（盾尾间隙变小）时，常常会使管片发生碎裂，发生止水带掉落情况，使得相邻止水带不能正常吻合压紧，从而引起漏水。

管片环间渗漏管片块间渗漏三、成型管片质量问题防控措施调整泥岩地层盾构掘进参数刀盘转速控制在1.0~1.5r/min；推进速度控制在30~45mm/min；1号土仓压力值控制在0.8~1.3bar；推力一般控制在900~1100t之间；滚动角控制在±20mm/m以内。盾构姿态控制及纠偏实际掘进时盾构机围绕设计轴线呈蛇形前进，姿态控制应做到勤纠、缓纠，在隧道轴线控制在设计允许偏差范围内前提下，尽量使盾构机掘进轨迹保持平顺，避免盾构机姿态突变。盾构机姿态水平方向上前点控制在+20~-20之间、垂直方向上前点控制在-30~-50之间（管片依然存在上浮现象）；在直线段掘进时水平趋向值控制在±4mm/m，垂直趋向值控制在±3mm/m。同步浆液调整确保管片脱出盾尾时形成的空隙量与注浆量平衡，尽量避免壁后浆液被地层水稀释而降低浆液性能。注浆压力控制在1、4号注浆管路1.5~2.0bar，2、3号注浆管路2.0~2.5bar。通过调整粉煤灰、砂、膨润土和水泥等的拌合比例，将浆液的初凝时间控制在4~5h内。

同步注浆浆液配合比（kg/m3）水泥细砂粉煤灰膨润土水减水剂200650300605002

二次注浆二次注浆采用水泥、水玻璃双浆液，水灰比1：1水泥浆搅拌而成，水泥浆：水玻璃为3:1，初凝时间调为10~20s。管片脱出盾尾第2环位置注入水泥、水玻璃双浆液，注浆点位选择在管片上半部分吊装螺栓孔位置，要避开K块的吊装螺栓孔，每2环注1环，注浆压力控制在3bar以下。管片拼装

（1）管片拼装前必须清理盾尾拼装部位的污泥与污水，并清理干净前一环管片迎水面与盾尾间隙中的杂物。（2）管片拼装应遵循由下至上、左右交叉、最后封顶的顺序，将待装的管片块与已安装管片块的内弧面调整到平顺相接，螺栓孔位置对正，螺栓穿插容易。（3）管片拼装时，严禁非管片安装位置的推进油缸与管片安装位置的推进油缸同时收缩。安装管片到位时，动作应平缓，避免撞击已定位管片。（4）封顶块安装前应对止水条进行润滑处理，调整位置后缓慢纵向顶推，严禁借用推进千斤顶强行顶推。（5）每环管片拼装完成后进行第一次螺栓紧固才可掘进；掘进开始后进行第一次复紧，掘进200mm内复紧完成；推进油缸行程800mm时开始第二次螺栓复紧；掘进完成前进行第三次螺栓复紧；K块在三次复紧期间增加两次复紧；所有螺栓紧固使用风动扳手。做好管片选型工作在盾构施工过程中要保持管片前端面与盾构掘进方向垂直几乎不可能，每环掘进完成后应及时量测管片前端面并调整。使盾构机推力反作用于管片上的径向分力尽可能减小，进而有效减少、减小管片环缝错台。掘进前依据设计轴线做好管片排版，通过管片排版计算公式确定出最合理的标准环与转弯环比例，并在实际施工过程中及时根据环面超前量差值调整标准环与转弯环比例，以使管片前端面与盾构机掘进方向趋近垂直。

管理措施（1）健全质量管理体系、明确质量管理职责、落实质量管理制度、加强过程监控。（2）对项目全体人员进行教育培训，明确各岗位质量职责、各工序质量控制标准，增强质量意识。（3）加强管片拼装实名制管理的执行力度，落实、奖罚到位。（4）全面实行成型管片自检制度，自检制度分三级管理，分别为班组自检、质量工程师检查、项目部检查。详见附件（成型管片质量自检表格）。（5）制定新的奖罚机制，奖罚分明。四、采取措施后成型管片质量情况通过调整同步浆液的配合比，增加水泥、水玻璃双液注浆的措施，管片上浮得到明显控制，管片上浮量由6~10cm降低至0.5~2cm，详见下图：

右线406环管片姿态垂直偏差变化趋势图在地铁公司、监理单位、中铁成投公司各级领导的帮助下，通过健全质量管理体系、细化质量管理制度、提高质量监管力度、严格执行成型管片质量控制措施、根据实际地质情况调整掘进参数等方法，成型管片质量有了较大提高，区间管片错台、破损、渗漏水现象得到有效控制。五、管片破损修补及渗漏水处理

5.1管片拼装后成型管片修补方法（1）现场破损情况调查由质检工程师进行管片破损统计，将统计结果报送监理工程师复核，将真实结果报送业主代表备案。

（2）判定修复方式 根据现场统计的破损部位及破损形式分为管片剥落和大于0.2mm宽的裂缝两种，确定相应的处理方式。对于裂缝大于0.2mm的，直接按照修补流程进行即可；管片剥落的修补方式根据破损位置有稍微区别，对于破损发生在上部的，根据破损面积、深度的实际情况打膨胀螺栓、挂网后修补；破损发生在下部的，按照修补流程进行便可。（3）管片表面清理 破损部位清理主要分为三步： 第一步：对破损周边和已经破损但未剥落处进行凿除清理，如破损部位有渗漏水，必须先堵漏后修补；用钢刷清除修补处松动混凝土块及粗骨材；其清除效果，应以目视检查混凝土与粗骨材间无缝隙及指触无混凝土块及粗骨材松动。对于存在裂缝的管片修补同渗漏水一样进行处理，以保证混凝土的耐久性。 第二步：修补前应使用高压水或轻度打磨处理表面，然后冲洗洗掉尘土颗粒，保证修补表面无杂物、无粉细残留料。 第三步：采用蒸汽清洁剂清除油脂，用清洁剂或专用脱脂剂擦洗，确保清洁效果。（4）修补施工 管片正式修补前，进行原材料的性能试验，待强度、新旧接合面粘结强度、耐久性等经过相关检测，满足要求后进行正式修补作业。 第一步：按照清理干净的修补部位确定材料用量，用耐涂砂浆按确定用量标准现场拌制材料，实际拌制配合比为（重量比）基料：固化剂：骨料=3.7：1.75：17。拌制过程中要确保充分搅拌耐涂砂浆，获得完全均匀、可镘抹施工的砂浆。

第二步：用搅拌均匀的耐涂砂浆披刮清理干净的破损部位，披刮要压实顺滑，对成型隧道顶部管片破损大于30mm深度的部位要分两次披刮，对潮湿度较高的破损部位需要吹风机降低其潮湿度后进行修补，对修补部位进行压密处理；管片破损在上半部位的修补方法如下：①破损深度大于30mm或破损面积大于200cm²的处理方法 用冲击钻以5*5cm间距梅花形钻孔，钻孔深度4cm，钻孔直径10.5mm，待眼打好后将3~5根M6*50~100mm（视破损深度而定）膨胀螺丝植入管片内，膨胀螺丝上端头应低于管片表面1cm以下。待膨胀螺栓植完后挂钢丝网片，然后使用高强砂浆分两次披刮填补。

②破损深度小于30mm，且破损面积小于200cm²的处理方法 待破损面凿除清理后用清水冲洗干净，先刷一层水泥砂浆，然后使用高强砂浆填补。（5）表面修饰及整平 待耐涂砂浆干硬一天后，用打磨机磨顺表面，指派有经验的修补工人进行调色抹平，保持修补处的颜色与管片原表面颜色基本一致。（6）养护、硬化 修补处的养护采用自然养护，指定专人每天进行2次巡查，及时清理修补处沾染的杂物，并对过程中发现的修补缺陷进行记录、反馈。（7）清理及复原 在达到养护日期后，进行修补效果的最终检查，对表面不平整、有杂物、颜色不协调的修补处，最后进行打磨处理以保证新旧混凝土面的色差基本保持一致。5.2管片修补材料按照施工方案，管片破损修补材料选用耐磨型环氧树脂衬里砂浆，该砂浆具有以下特点：（1）固化迅速、抗压强度高。该种材料28天强度91.3Mpa，远远满足混凝土材料本身抗压强度（C50）的要求。（2）力学性能好，抗垂落、粘结性能好，有很好的保水性，7d与混凝土的正拉粘结强度为8.1Mpa，且为混凝土破坏，同时7d的砂浆粘结抗拉强度为10.2Mpa，远大于结构混凝土本身的抗拉强度2.64Mpa。（3）能够抵抗各种酸、碱、工业化学品影响，操作简单，现场搅拌后即可使用。（4）具有早强性，减少对施工进度的影响。

5.3管片渗漏水处理

（1）现场渗漏水调查 由项目部对现场渗漏水情况进行统计，统计渗漏水部位、渗漏形式，做好详细记录并分析原因。（2）选择处理方案 根据现场统计的渗漏水部位及渗漏形式，确定不同的处理方式：管片环纵缝、螺栓孔渗漏水采用灌注环氧树脂灌浆材料进行治理；管片注浆孔渗漏采用壁后注浆或环氧树脂灌浆材料进行治理。（3）渗漏水部位清理 管片环纵缝渗漏水部位清理：使用钢丝刷清除拼装缝周边积水和碳酸钙等粘附物，检查渗漏源，标上记号，清孔、清槽要求无浮尘、泥垢。 管片螺栓渗漏水部位清理：首先卸掉对拉螺栓孔的螺帽，清除螺栓孔中的浮泥、泥垢、锈迹，采用阻塞球堵塞螺栓孔的一端出口，并从另一端出口插入小铝管。（4）钻孔埋设注浆管 采用小型电钻在管片拼缝处打孔，采用速凝水泥嵌缝、埋管，要求与管片拼缝压贴紧密。钻孔孔径6mm，孔深约50mm，孔间距约300～500mm，根据现场实际情况进行适当调整。（5）注入环氧树脂化学浆液 管片拼缝渗漏水治理：注浆浆液采用环氧树脂化学浆液，注浆压力0.2～0.4MPa，达到压力后，闭管待凝。 螺栓孔渗漏水治理：拆除螺栓的螺母，对损坏的遇水膨胀止水圈进行更换，按照要求拧紧螺母。如还存在渗漏则压注环氧树脂灌浆材料止水。 注浆按照从拱底到拱顶、从渗漏水部位向两侧的顺序进行，当观察到临近注浆嘴出浆时，可终止从该注浆嘴注浆并封闭注浆嘴，并从下一注浆嘴开始注浆。