盾构隧道管片破裂原因分析及预防

1、盾构隧道管片破裂原因分析及预防楼红波（Louhongbo）（中铁十六局集团有限公司）China 16th Bureau Group Limited Company post code 摘要：从盾构隧道管片生产及拼装的特点出发，结合实例，分析成型隧道管片破损原因及预防措施。关键词：管片 破裂 预防近几年，随着盾构隧道在国内城市交通、水利、国防等方面的广泛应用，盾构隧道的质量控制日益引起施工单位的重视，由于目前盾构隧道的衬砌普遍采用单层装配式管片衬砌,盾构隧道的质量控制主要是对拼装管片的质量控制，包括管片生产质量、拼装质量二个方面。下文针对深圳地铁一期工程华岗盾构区间隧道成型管片破损的原因及相应处

2、理措施进行阐述。1、工程概况深圳地铁一期工程7标段华岗区间盾构位于深圳市市中心区，起讫里程CK5+338.800CK7+108.601，右线隧道长1778.084m，左线隧道长1793.521m，最小水平曲线半径300m，最小垂直曲线半径3000m，最大坡度30。盾构隧道主要穿越砂层和粘性土层中通过，部分位于全风化强风化的花岗岩中，局部位于中风化的花岗岩中。地下水一般位于2.06.9m，以孔隙潜水为主，水位变幅0.51.0m，砂层透水性较好。区间隧道采用海瑞克6.25m土压平衡盾构机进行施工，幅宽1.2m单层通用型管片衬砌。管片厚300m，配筋率153.8Kg/m3，管片生产采用德国产进口带振

3、动器钢模，由于深圳市港创预制件公司进行管片生产。2、管片破损情况分类成型隧道内管片破损情况根据破损的位置主要可以分为四种：管片外弧面破裂、管片边角崩裂、管片环向螺栓孔处砼崩裂、管片吊装孔处砼破裂。在隧道贯通后，我们对四种破损进行了统计，共统计了破损点41处，其中5处管片外弧面破裂根据施工记录计算。3 破裂原因分析3.1 管片外弧面破裂在初始掘进100m过程中，我们发现管片在从盾尾脱离的时候，盾尾密封刷将管片弧面破裂的砼碎块带自盾构机拼装部位，碎块发现的部位大都在管片环的下部，但进一步观察发现，破裂的部位并不一定在管片环下部，而是任何一个点位，而且发生管片外弧面破裂的同时，总是在盾构机线路纠偏微

4、调的时候，有的外弧面破裂贯通了注浆孔引起渗漏水。经过对破裂点的统计分析，我们认为破裂的原因主要有以下几点：管片生产过程中，由于施工工艺的原因，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； 同时由于盾构机在姿态微调的过程中管片千斤顶与管片环之间存在一定夹角，造成应力集中导致外弧面砼块破裂，砼碎块随盾构机掘进由盾尾密封刷带入拼装位置；管片间止水密封条及软木衬垫的形式，从理论上讲，管片环向止水条在管片拼装后压缩后厚度小于管片间环向软木衬垫，但实际施工中由于软木衬垫的不均匀性，管片间压力可能局部集中在止水条上，对止水槽外侧砼形成侧压，造成管片外弧面砼沿止水槽破裂,见右图。3.2 管片边角崩

5、裂边角崩裂在整个隧道掘进中发生较少，且都发生在管片错台、拼装质量不好的管片上，见右图。通过分析，可以确定边角破裂的原因是拼装质量不好引起的，由于管片间边角吻合不好，在下一环管片拼装千斤顶施加顶推力时，在边角应力集中，造成管片砼破碎脱落。3.3管片环向螺栓孔处砼崩裂由于管片从盾尾脱离后进入土层，周边荷载模式改变，并随着时间逐步稳定。在未稳定之前，管片间剪力、拉力主要由管片间螺栓承受，并传递至螺栓孔周边的砼。在管片砼破裂统计中，管片环向螺栓孔处砼崩裂占大多数，见右图。原因分析：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，引起螺栓孔附近砼破裂；拼装质量不好造成管片错台，管片间剪应力集中

6、至螺栓孔附近造成砼破裂；3.4管片吊装孔处砼崩裂在盾构掘进中，出现管片在拼装机吊装时吊装孔处砼开裂的现象，还有拼装机在拼装完后脱出管片时将预埋件带出的现象。通过观察，发现吊装孔砼开裂的吊装孔的预埋件均没有按设计要求在圆轴线上，如下图所示。在本工程管片吊装孔预埋件采用高强度塑料制品，预埋件与管片砼间通过螺纹及绑扎钢筋连接，由于预埋件在管片砼浇筑时产生了偏移，成型时未能固定在圆轴线上，导致隧道内拼装机吊装时整块管片重量集中在预埋件一侧，超出了预埋件塑料的抗拉强度而损伤，以致被拉出破坏及砼开裂。4、处理及预防措施在盾构机掘进过程中，我们针对上述问题产生的各种原因进行了分析，采取的处理及预防措施见下表。预防措施处理措施外弧面破裂提高管片生产质量，减少外弧面浮浆厚度；增加环向管片间软木衬垫厚度；提高管片拼装质量。注浆孔二次注浆加固边角崩裂提高管片拼装质量；按设计要求在边角设置自粘性橡胶片。修补环向螺栓孔处砼崩裂提高拼装质量，控制错台；严格控制同步注浆量，确保充填率；修补吊装孔处砼开裂固定管片生产中预埋件；拼装前进行管片检查，保证管片吊装孔在拼装前的清洁。修补、注浆孔二次注浆加固5、结束语通过对成型隧道内管片破裂原因的分析，并对包括管片生产、止水条形式的选择、拼装质量控制等环节的控制，有效地减少了管片破裂的发生，提高了隧道的质量，整