盾构隧道管片

盾构隧道管片（共11篇）

盾构隧道管片 篇1

0引言

地铁管片采用装配式衬砌时,衬砌结构是由圆弧形管片拼装成环,每环之间逐一连接而成的。管片与管片之间,环与环之间通过螺栓连接,对于如何估计管片接头的力学性态是一大难题[1,2,3]。

随着地铁建设的快速发展,如何准确计算装配式衬砌管片的内力,是管片设计的当务之急。

目前,在地铁管片设计中,用的较多的是惯用法模型。惯用法模型是假定接头和管片的刚度相等、土层被动抗力按照假设分布。这种模型简化显然与实际工程状况不符。在不考虑整体稳定性时,惯用法模型计算的内力偏大、变形偏小。

本文对目前广泛应用的惯用法模型的接头简化进行了改进,推导了改进惯用法模型的内力和位移求解公式;并结合北京地铁十号线亮马河站—农展馆站区间段勘测与设计资料,对惯用法模型及其改进模型进行了对比分析,与数值解法等做了综合验证分析。结果表明,本文推导的公式是可靠的,对地铁管片的设计和施工具有理论和实践意义。

1改进的惯用法模型及其内力公式推导

1.1 力学模型的建立

目前使用最多的模型是惯用修正法,见图1。本文考虑到管片接头的刚度降低,影响内力和应力,所以将接头处理方式进行了改进,改进的惯用法模型见图2。由于荷载和结构均对称,取其一半计算。内力求解模型见图3。

1.2 内力公式的推导

各种荷载情况下结构任意截面上的内力公式:

其中,

2本文改进惯用法模型推导的公式与现用惯用法公式计算结果的比较

2.1工程实例

本文以北京地铁十号线一期工程亮马河站—农展馆站区间(区间里程:K16+959.0～K17+645.3)段隧道为工程背景,地质参数如表1所示。地下水位标高为10.1 m,洞的中心距离表面土层33 m,洞口直径6.0 m。

2.2计算结果分析

本文改进惯用法模型推导的内力和位移公式与现用的惯用法公式在特殊截面处的内力值比较见图4。主要结论如下:

1)由图4a)可知,由本文推导公式计算的正弯矩值数值小于由现有公式计算的数值,说明在现用的惯用法模型的理论计算中不考虑接头影响,截面弯矩值偏大,设计偏于安全,不经济。2)由图4b)可知,本文公式计算的截面剪力绝对值大于现用设计公式计算的剪力绝对值。截面剪力相差不大,仍说明现用的惯用法模型设计偏于安全,但不经济。3)由图4c)可知,两种模型的公式计算的轴力值在衬砌的上半圆各截面处几乎完全相同,在控制截面即水平直径端点处截面轴力值一样。在与竖向夹角90°～180°范围内衬砌各截面轴力变化趋势出现分歧,现用设计公式计算结果呈继续上升趋势,而本文推导公式计算结果是呈下降趋势。

参考文献

[1]蒋洪胜.盾构法隧道管片接头的理论研究及应用[D].上海:同济大学博士学位论文,2000.

[2]胡志平,罗丽娟,蔡志勇.盾构隧道管片衬砌荷载模式比较分析[J].岩土工程技术,2004,18(1):19-22,42.

[3]龚放.浅析TBM隧道管片的结构设计[J].山西建筑,2011,37(25):173-174.

盾构隧道管片 篇2

汇报材料

二〇一五年七月

南宁川青建筑构件有限公司

汇报材料

南宁川青建筑构件有限公司是中国中铁八局集团桥梁工程有限责任公司的全资子公司，于2012年9月3日注册成立，公司坐落于南宁市武鸣县伊岭工业区城西工业园经四十路。

一、公司平面布置及生产能力

公司占地约98亩，配置职工食堂、综合办公楼、生产厂房、试验室、搅拌站、锅炉房、配件库房、成品堆场等。

1、生活办公区

生活办公区占地约3300平方米，包含综合办公楼和食堂、员工活动中心，并配备篮球场、羽毛球场、台球室等职工生活娱乐设施。

2、生产区

目前，公司生产区占地约24000平方米，包含厂区道路、生产厂房、水养池、管片检验区、产品存放区、砂石料场、搅拌站、试验室、锅炉房等。

其中生产厂房为144m×24m钢结构厂房，厂房中部夹层下设计2+4模式流水生产线，配置12套生产模型；厂房西端以及夹层顶为钢筋加工区域；厂房东端设置管片翻转区和临时存放区。按照每日三翻计，双班生产日产量36环，月产量为1000环（其中2天用于设备检修）。

水养池共设置8个，每个水养池能存放换片40环，可保证全部管片水养7天。

南宁川青建筑构件有限公司

工作。

四、资质情况 1、2013年5月15日通过土地招拍挂成功拍得我公司用地； 2、2013年6月6日通过南宁轨道交通公司专家验收组的验收； 3、2013年12月取得建设用地规划许可证； 4、2013年10月通过首次型式检验； 5、2013年12月取得混凝土预制三级资质并首次通过南宁市建委、市建管处行政监督抽检； 6、2014年10月8日取得土地使用证； 7、2013年8月完成了盾构管片试生产，同年9月正式投产。

五、生产经营情况

1、南宁地铁1号线

我公司已完成南宁地铁1号线土建02标、土建05标、土建12标、土建15标全部管片9215环的生产供应任务。

2、南宁地铁2号线

目前承担南宁地铁2号线9标3550环的管片生产任务，目前生产2880环，仅余670环，预计于8月中旬完成全部生产任务（目前单班生产）。

盾构法隧道施工管片渗漏防治浅析 篇3

【关键词】管片渗漏；防治方法；盾构法

盾构隧道渗漏是指隧道管片纵环接缝之间或结构表面出现湿渍、滴水、线漏、和泥沙等现象。地铁隧道渗漏容易导致漏电、断电、信号不稳定甚至中断等一系列问题。经研究表明，在软土中隧道渗漏导致地面和隧道沉降随隧道渗透系数比的增加而增加，在完全渗漏的情况下，衬砌渗流速度为0.15L/m2d时，隧道最大沉降约达20cm，并产生沉降槽，影响隧道内轨道平整、行车安全、乘坐的舒适性以及对地面建构筑的安全。

通常采用隧道内注浆、封堵等处理措施，可以在短时间内减少或阻止漏水，但不能保证长期安全，由于水流的渗透还会重新出现渗漏现象，或是堵塞后的水从新的地方渗透，形成新的漏点。

1.管片防水结构的设计

管片防水材料使用的是高抗渗等级的混凝土，并且采用防水材料是弹性止水条，它的耐久性和防水效果都已得到证实，管片接缝按设计要求进行嵌缝，螺栓孔采用遇水膨胀橡胶垫防水。

2.管片渗透的原因

2.1地理位置因素

地质条件是隧道施工的基础，在盾构法隧道施工过程中，我们必须要特别重视工程地质水文特征。地下水普遍存在于隧道四周，他是造成隧道管片渗漏的主要原因。不同的地质条件、承压条件和补给形式均会对隧道管片渗漏产生不同的影响。在同等条件下隧道穿越砂层比穿越淤泥层更易造成管片渗漏。总体而言，地下水量越丰富、水量越大、压力越大、腐蚀性越强，就越容易形成隧道管片渗漏。所以在盾构法隧道设计施工过程中，我们要对地质水文条件仔细研究，针对性的采用防治措施，避免因工程水文地质资料掌握不全或不准确而造成设计施工的防水方案出现问题。

2.2管片设计因素

目前我国的地铁隧道通常外径约为6m，采用钢筋混凝土管片衬砌。每一个环衬砌由六块管片组成，管片采用高精度的管模制作。地铁盾构法隧道一般采用单层预制混凝土管片拼装衬砌，为圆形断面结构，防水施工主要包括：管片衬砌结构自防水、衬砌外防水涂层、衬砌接缝防水嵌缝、螺栓孔防水、渗漏处理。

控制隧道渗漏水质量的主要施工工艺：管片衬砌结构自防水、衬砌接缝防水、盾尾充填注浆。在管片的设计上我们通常是在管片间用螺栓拉紧连接成环并拉紧，管片螺栓采用遇水膨胀橡胶圈止水，但衬砌的构造不可避免地使管片间存在缝隙，应通过相邻管片间的橡胶止水带相互挤密压实，从而阻止地下水从管片外侧进入隧道内达到止水效果。密封垫是管片接缝唯一的防水设计，管片之间必须提供足够的压力，其次密封垫的材料性能要良好，能长时间保持接触面应力不松驰，这样才能减小因管片设计出现的错误而引起渗漏。管片与管片间如用螺栓连接，在拼装中螺栓密封止水圈就会被损坏或遇水膨胀而失效，又或者因螺栓没拧紧而使渗漏水在螺栓孔内聚集并溢流。

2.3盾构法施工时的失误

⑴在盾构机推进过程中，盾构姿态较差、注浆不饱满或注浆压力过大等造成管片错台、破损、开裂，从而形成渗漏。影响盾构机姿态较差的因素有很多，例如地质条件软硬不均、过急纠偏、管片选型错误、盾构导向系统错误等。盾构机如果在姿态较差的情况下推进，盾尾与管片产生了挤压，最终就会造成管片错台、破损，严重时管片开裂形成通缝。

⑵盾构机前方压力不足、管片连接螺栓未紧固到位等均会造成管片间压紧力不足，密封垫松弛形成渗漏。当管片拼装完成后，采用管片螺栓人工锚固，此时压紧力不足以使密封垫紧密，在盾构机推进时，推进油缸对盾尾附近管片提供等量于盾构机推力的作用力，管片密封垫逐渐达到密实，此时如不对管片螺栓进行二次紧固，待盾构机推进完后，压紧力消失，管片恢复至松弛状态造成压紧力不足，施工中常常被忽视。

⑶在管片拼装过程中，管片间杂物未清理、加贴石棉楔子、密封垫脱落形成较大缝隙造成渗漏。盾构机在长距离掘进后或者盾构姿态长期处于较差状态，对盾尾密封刷造成严重损害，如不及时更换，则会引起盾尾大量漏浆，浆液聚集后不但影响管片安装效率，还会造成管片、密封垫间夹杂泥沙，形成缝隙。密封垫一般与混凝土管片进行人工粘贴，如粘贴不牢固、粘贴后遇水提前膨胀都可能造成密封条在拼装中脱落，若不及时处理，则形成缝隙，也会引起渗漏。

3.渗透的预防方法

3.1加强对管片的管理

提高管片的制作精度和质量是防治渗漏问题重要工作。控制好水平拼装环，使纵缝间隙小于2mm，确保管片密实无裂缝；采用高频振动台加强振捣，确保混凝土密实，抗渗要求达到设计标准。加强管片的起吊、运输及堆放管理，堆放时应在下方垫放枕木，避免出现贯穿性的裂缝。若损坏不严重可修补，否则重新调换后继续进行工作。

3.2合理施工

盾构姿态控制实际上就是将盾构机轴线尽量保持与设计轴线重合，避免因为姿态不好而造成盾尾间隙过小引起管片错台、破损。比如地质软硬不均、过急纠偏等都可能造成盾构姿态偏差，当盾构机遇到软硬不均地层时，需要降低掘进速度，合理调节各个千斤顶的推力，有必要时还要考虑在硬岩区使用超挖刀进行超挖。正确合理的施工是保证工程正常进行的必要因素，充分利用盾构机的铰接功能，例如进入上软下硬地层时，为了防止盾构机抬头，要启动铰接油缸，保持下俯姿态；反之则要保持上仰姿态。如果盾构姿态发生偏移、偏转和俯仰，就要进行纠偏。施工时轴线的纠偏是一个过程，可能要连续几环才能得到控制，所以在出现偏离轴线趋势时，就应该及时调整千斤顶的行程差，以免过量纠偏使环缝加大而引起漏水。

3.3正確使用止水条

选用质量合格且与管片型号匹配的止水条非常关键，粘贴须平整牢靠，冬季时还需经烘箱预热处理。使用时管片的表面要平滑，不能有孔和缺边，所以角部加贴的自粘性橡胶缓冲薄片的厚度、长度应符合设计要求。还要用稀释液清洗止水条和管片，如果用遇水膨胀橡胶止水条，它吸水后产生的膨胀压力可以抵抗水的渗透压力。由于在施工期间会常遇到下雨天或者隧道底部积水，所以操作不当会使止水带和螺栓垫圈在拼装前遇水膨胀、变形，影响止水效果。如果用加厚型氯丁橡胶止水带，其通过止水带与砼面产生一定的压紧力来止水。我们应及时对止水条进行检查，如出现损坏或脱落，要修补至达到规定要求，否则重新调换。

4.渗漏后处理措施

无论是隧道的何种渗漏，一经发现必须立即处理。堵漏的原则为大漏变小漏，缝漏变孔漏，即将大面积的渗漏水缩小为小面积或集中于一点，最后堵塞漏水。采用直接堵漏法和下管堵漏法。直接堵漏法是将制好快干水泥搓成圆锥形或条形塞入管片的漏水处，用力压实。当渗漏量较大时可采用下管堵漏法，用快干水泥塞入缝槽内，将一根直径20～30mm的铝管埋在漏水处剔好的槽内，把铝管周围的沟槽或圆槽用快干水泥灌满并压实。待水泥达到一定强度后，通过压浆机向管内压入环氧树脂砂浆直至密实，待漏水点停止渗漏后将孔进行封闭。

5.结语

盾构法地铁隧道施工渗漏处理技术是一项复杂的系统工程，主要涉及到工程材料、施工操作和管理维护等因素。在整个施工和治理的过程中，我们要因地制宜、综合处理问题。通过分析渗漏的原因，采取针对性解决方案，在地铁施工实践中取得良好效果，提高了地铁隧道工程施工质量。

参考文献

[1]吴笑伟.国内外盾构技术现状与展望[J].建筑机械，2008

大直径盾构隧道管片破损研究 篇4

关键词：盾构法施工,预防措施,破损研究

1 概述

盾构掘进、壁后注浆、管片拼装是现代盾构法施工中的主要施工内容, 其中预制钢筋混凝土管片是盾构隧道主要衬砌结构, 不仅承受地层水土压力, 同时也是隧道自防水的主要组成部分。鉴于现阶段盾构隧道设计与施工中存在衬砌分块逐渐加大的趋势[1], 同时管片常出现大面积破损、定位销控破损等影响盾构隧道成型质量的现象。

2 工程概况

北京铁路地下直径线工程 (简称ZJX) 盾构施工区段全长5 175m, 采用法国NFM公司生产的大断面泥水平衡盾构施工, 刀盘设计外径12.04 m。盾构隧道穿越的地层以圆砾、卵石土层为主, 向西卵石粒径逐渐加大, 亚圆形、中粗砂充填、砾石主要成分为辉绿岩、砂岩等。

3 预制钢筋混凝土管片破损规律分析及预防措施

3.1 管片破损规律

管片破损基本上可分为环缝破损和纵缝破损两中, 95%以上的破损管片为纵缝破损, 管片破损基本上都在管片出盾尾时或出盾尾1-2环后。管片破损严重时盾构掘进速度较快导致较多螺栓未能及时复紧。因管路阻塞等原因, 同步注浆压力有所增加, 注浆量分布不均。ZJX上下左右四部分分别分配油缸组数为:7组, 8组, 5组, 5组, 损坏管片在以上四部分中所占比例分别为34.3%, 34.3%, 14.3%, 17.1%。

3.2 管片破损原因分析

3.2.1 破损形式

盾构姿态不良引起的管片破损, 一般多发生在管片出盾尾时发生, 破损过程较缓慢, 直观上要经历管片开裂到破损区域脱落两个过程[2]。

3.2.2原因分析

(1) 盾构本身:ZJX工程泥水盾构开挖直径大, 盾体长度长, 盾尾间隙较小, 盾构自重大, 盾构掘进过程中姿态控制较困难。统计50环普遍出现管片损坏阶段的盾构姿态和纠偏数据如表1。 (2) 地质条件:ZJX工程属深埋地铁隧道, 工程所经地段多为砂卵石地层, 地层普遍较硬且常出现开挖断面软硬不均现象, 造成盾构掘进过程中蛇形运动幅度较大且纠偏较难。 (3) 设计理论不成熟:主要表现在衬砌设计过程中荷载计算及衬砌建模两方面[3]。 (4) 施工因素:主要表现在盾构掘进和管片拼装两方面。因盾构司机专业培训不足, 技术水平有限, 难以做到结合盾构本身、地质条件、等选择掘进参数及进行合理纠偏。管片选型人员应在了解管片信息、导向系统等的基础上, 切实根据油缸长度、盾尾间隙等做好管片选型工作。综合以上可能性原因, 此种管片破损的根本原因是盾构施工技术不足。在深埋卵石地层等硬质地层中, 因衬砌结构难以在地层中相对自由变形, 在外侧较大集中力或较大环向压力作用下被迫环向收缩, 管片在刚度较小的管片接头处发生相对转动而导致内表面部分区域受压, 当该区域剪切应力超过C50混凝土抗剪强度时, 管片接头处的内表面出现剪切破损现象。

3.2油缸推力过大引起管片破损

3.2.1 破损形式

与盾构姿态不良、同步注浆压力大等引起的管片破损形式不同, 盾构推力过大引起的管片破损具有三个特点:一般破损管片多出现在出盾尾前第二环 (贴近油缸处为第一环) , 部分出现在出盾尾的第三环。ZJX泥水盾构盾尾相对较长, 盾尾内最多可容纳2.5环管片, 当盾构推力超过8500t时, 常出现第二环管片破损现象。

3.2.2 原因分析

a.油缸推力产生的管片轴向压力在第二环管片内重新分布。盾体内管片主要承受油缸推力, 第一环管片主要承受其对应位置的油缸推力, 力学模式较单一。错缝拼装条件下, 轴向压力重分配后的第二环管片内压力分布不均匀现象普遍[4]。b.破损形式类似于单轴混凝土抗压试验破坏模式。将管片沿环向分割成尽量多的矩形或圆形单元, 则在油缸压力作用下, 其受力模式近似于单轴抗压圆柱体或长方体混凝土块, 另外, 结合推进油缸推力大时管片破损面积大, 破损管片经常从加保护胶垫的直角处破坏等实际情况, 分析得出油缸推力过大是管片破损的另一重要原因[5]。

3.3 盾构管片破损预防措施

结合以上理论分析和实际管片破损情况, 提出以下解决管片破损问题的初步可行性方案。 (1) 调整盾构姿态, 使盾体前后偏离设计轴线的数值之差控制在20mm以内。即盾构导向系统中应严格控制隧道设计轴线与盾构轴线间的夹角, 两轴线重合或很小的偏向角、盾构姿态纠正坚持“勤纠偏, 少纠偏”的原则, 有利于盾构管片破损量的减少。 (2) 加强盾构沿线实际地质情况的勘察, 根据沿线地质条件的变化调整盾构刀具及盾构掘进参数控制, 防止过大的盾构推力出现。另外加强盾构推进系统油压监测、推进系统维修保养工作, 防止部分区域推力压差过大现象的出现。 (3) 严格控制同步注浆过程, 实现同步注浆量、注浆压力双控, 防止同步注浆压力、注浆量严重不均匀现象的出现。 (4) 建立完善的盾构管片拼装、管片螺栓复紧等措施控制程序, 尤其是盾构管片拖出盾尾时, 必须及时检查管片螺栓的工作状态, 防止以水平方向为主的环向螺栓松动现象的出现。

结束语

本文结合工程实际, 进一步总结、分析了管片破损原因及防止措施。总结了管片发生剪切破坏及受压破坏的两种情况, 分析指出盾构隧道施工中加强盾构姿态控制、完善同步注浆技术管理、加强盾构管片拼装管理及以动态刀具配置为基础的掘进参数控制技术, 切实提高成型隧道质量控制水平, 提高我国地下工程技术发展水平。

参考文献

[1]陈馈, 洪开荣, 吴学松.盾构施工技术[M].北京:人民交通出版社, 2009.

[2]日本地盘工学会.朱清山等译.盾构法的调查设计与施工[M].北京:中国建筑工业出版社, 2008.

[3]王梦恕.中国隧道及地下工程修建技术[M].北京:人民交通出版社:582-689, 2010.

[4]殷宗泽.高等土力学[M].北京:机械工业出版社, 2006.

地铁盾构管片堵漏技术培训资料 篇5

首先认识下什么是地铁盾构管片

地铁隧洞就是由盾构机把一张张预制好的混凝土管片，拼接成一个圆型的隧洞。

用上图弧型钢螺栓，通过预留的孔，把两张管片紧紧的拼凑在一起，管片间有黑色的方形橡胶垫片，起到缓冲拼接力量和形成一定缝隙的作用，安装完毕后，就组合成一个标准圆型隧洞结构体。

管片漏水原因：就是工人在拼装过程中，密封橡胶密封条结合不紧密或者有砂粒石渣止在缝隙处形成渗漏通道，不能完全阻挡外界水源的渗入，从而导致地下水通过拼结不紧密的部位，从而渗漏进隧洞内。具体表现形式为拼接缝缝隙有漏水或湿渍现象；螺栓孔出现漏水或湿渍；吊装安装孔出现漏水或湿渍。

大家可以想像一下，渗漏水在重力作用下，穿过橡胶密封条呈垂直朝下的，穿过350MM厚的管片拼接缝，渗漏出来，在顶部12点区域，水就会直接垂直漏下来，在9点和3点以上位置，水就会顺着管片缝壁顺流而下形成一道道很长的漏水线。9点和3点以下的漏点，直接通过表面是看不见的，因为管片厚350MM，渗漏水就顺着里面的橡胶密封条直接流到底部冒出来。

如何查看渗漏点，根据下面图示大家都可以清楚的了解渗漏水的流经途径和规律。

学会如何找渗漏点，根据下图的点位我们大致可以知道水的渗漏位置。再结合电

筒照射，看缝隙内是否有水痕，具体根据现场分析寻找漏水点，确定终止孔（也叫截流孔）的位置。

何为终止孔呢？故名思意，终止孔就是把水截流、停止、阻挡在一定的范围内。因为管片拼接缝全是通缝，若只封闭表面堵漏，这样水会到处乱窜。我们就可以在渗漏水的两端，分别钻孔洞直达黑色的密封橡胶条，钻孔时一定要垂直对准缝隙钻进去，通常350的钻头刚好钻完，凭手感可以感觉至钻到软软的，钻孔有一定阻力，或钻出的渣屑有黑色状粉末出来，就表明已钻到橡胶皮的位置。

根据缝隙内干净程度、是否有残留物，以及灌注的材料不同采用不同的堵漏方式。管片底部缝隙内，安装过程中掉落很多水泥、膨润土及其它渣渍，可能剔不干净，具体堵漏常用工序：

1、仔细认真察看漏点后，确定钻终止孔的区域，切记一定要钻至黑色橡胶皮的位置，钻孔垂直沿着缝隙打钻，不能打偏。特别是上脚手架高处施工时，要先在管片拼接缝口打出一定的缺口，这样进钻时就不会卡钻，目前所配电锤全带有卡钻自动停机的功能。孔钻好后，用长弯铝管，插进孔底，闭上眼睛，用力一吹，把孔屑吹干净。

2、填充终止孔，用铁棍把快速堵漏水泥，一砣一砣的捅进去、捅紧密，这样就形成一道不透水的阻挡墙，防止渗漏水到处乱窜。终止孔捅的质量很关键，一定要捅好。

3、钻注浆孔和出浆孔，根据实际情况（如下图），缝隙内若渣渍太多，可以在中间区域适当多增加若干个注浆孔，这样灌浆时才更加饱满。接着在注浆孔内安装止水针头，外端仅留两公分。止水针头的作用是浆液在灌浆机产生的推动压力的作用下，起个送浆的功能，浆液只能前进不能后退。出浆孔安装铝管，铝管的目的是出浆时便于操作，用钳子一夹就）达到封闭作用了。缝隙清洁很关键，堵漏剂才能最佳粘结。

4、两个终止孔区域的缝隙缝口内有渣渍的时候，用铲刀或铁勾把缝隙内剔干净，用清水冲洗干净，可以增强快速堵漏水泥的粘结力。缝隙清洁很关键，堵漏剂才能最佳粘结。人工拌合快速堵漏水泥，第一遍先调软一点，用手指按进缝隙内，让堵漏水泥充填进2毫米的细小缝隙内，然后第二遍再调稍硬一点的堵漏水泥，进一步把缝口约2厘米的缝口填充紧密按压结实。这样两个终止孔和表面封缝，形成三面挡水墙（如下图所示）。这样灌浆时，浆液在灌浆机压力的作用下把水朝管片外面挤出去，直至灌浆材料填满整个缝隙。从而达到堵漏的目的。

4、灌浆，根据灌注不同的材料选用不同的堵漏工法。无收缩发泡剂，环氧树脂，水玻璃水泥，柔性粘胶超细水泥，氯丁胶水泥，丙凝等常用的材料。进浆后，待出浆管出浆时，立即夹断铝管，再适当的补灌一下，增加压力，达到灌浆紧密的作用。如果用电动高压灌浆机的时候，可以听机器的负荷声音，来判断是否还要继续灌注，若盲目的加压，可能会导致封缝材料被震爆，破裂，脱落。如果灌注发泡剂，环氧材料等材料必须用完就立即清洗，以免堵塞灌浆机管道，影响第二天操作使用。（若灌注的是环氧材料，用完就必须马上清洗，不然一两个小时后就完全凝固，导致灌浆机器直接报废）

5、用何种灌浆材料，根据公司统一安排，在此强调如何控制灌浆材料的损耗量的问题。具体根据灌浆材料的性质来决定每个止水针头的进浆量的多少。总之要在缝内

橡胶皮部位形成完整连续的灌浆体，形成紧密的一道阻水墙，从而达到堵漏水的目的。

6、一般来说，顶部和两侧的管片进浆量会填充整个缝隙。底部管片因为前期的填充物太多，再剔不干净的情况下，只要灌浆体在黑色橡胶皮的位置形成一道连续紧密的挡水墙即可达到堵漏的作用。

7、把溢出来的残余灌浆材料铲干净，表面弄干净。如果重复有漏点，就立即补灌。如果其它区域窜出来新增的渗漏点，就采取上述工法，继续堵漏施工。

8、常用工具包，常备牛油头，橡胶垫，钳子，改刀，铲刀等必备小工具。少一样就有可能工作不能正常进行。切记

9、返修问题，根据现场情况，以下几点造成返修的原因： ①终止孔和注浆针孔钻偏了;终止孔没有用堵漏水泥捅紧密； ②注浆孔打浅了，必须也要钻至黑色橡胶皮的位置；

③管片拼接缝隙没有清理干净，快速堵漏水泥不能有效粘结，注浆时注浆压力直接压爆，）导致返工；

④灌浆材料没有灌饱满，比如管片底部堵漏；

⑥终止孔范围内的螺栓孔必须全部用堵漏水泥封闭，防止灌浆时漏浆。⑦施工过程中，要善于总结经验，发现问题及时改正，提高施工技能。管片各部位堵漏工法

盾构隧道管片 篇6

关键词硬岩；曲线小半径；管片拼装；质量控制

中图分类号TU文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)012-0111-01

1工程概况

北碚段工程位于重庆市北碚区，分为三段区间，按线路前进方向依次为、北碚站～天生站区间、天生站～五路口站区间，另含5座竖井和18座联络通道，合同范围行车线路总长5811.92双延米，其中盾构掘进合计双洞单线5392.47双延米。其中，北碚站前入洞口～北碚站区间含192.07m明洞段，起止里程：K54+820.13～K55+955.302，该段区间采用复合式TBM进行施工。该区间围岩主要以砂岩、泥岩为主，砂、泥岩比例约为4:6，围岩强度为：30mp左右，强度较高，围岩整体性

好。

2工程重点及难点

由于该段正线处于圆曲线加缓和曲线的曲线上，曲线半径为700m，右偏曲线，管片主要是采用标准环+右转弯的形式进行拼装。管片的成形情况直接关系到隧道成形质量。工程重点：在曲线小半径下，管片拼装质量很难保证，因此，管片的拼装错缝控制是重点。工程难点：由于围岩强度较高，整体向好，复合式TBM开挖直径为6280mm，管片外径为6250mm，管片与围岩之间存在14mm的空隙，注浆质量的好坏是否到位，直接关系到管片的最终成形，控制在注浆过程中的管片上浮时工程难点。

3施工过程中存在的问题

1）曲线小半径条件下管片拼装错缝较大。由于北碚站前区间处于半径为700m的右偏曲线上，曲线半径较小，管片主要以标准环+右转弯形式为主，管片在盾尾拼装后成环后，由于螺栓紧固不到位、曲线因素、注浆等因素的影响，在刚进度不久出现了局部错缝较大的情况。

在施工过程中发现，管片拼装好后，进行下环掘进施工过程中，液压油缸顶在已经拼装好的管片上，管片产生的反力使其向前掘进。但是，由于油缸推力较大，管片同步注浆并不饱满，浆液凝固时间不够，管片受力不均匀，严重的将管片局部挤破。因此，管片在掘进过程中移位较严重，严重影响了管片的成形质量。

2）同步注浆过程中管片上浮严重。由于该区间围岩主要以砂岩、泥岩为主，围岩强度高，整体性较好，复合式TBM开挖断面直径为6280mm，管片外径为6250mm，因此，管片拼装后，管片与围岩之间存在14mm的空隙，在同步注浆过程中，注浆液先注满管片下部空隙，由于注浆压力较大，抵消了管片的自重，管片出现大面积上浮，管片上部直接顶到开挖轮廓顶部，造成注浆后，管片上浮严重的情况，影响了管片成形。

4主要处理措施

1）控制管片拼装各个环节，有效控制管片拼装质量。管片拼装是复合式TBM法隧道施工的一个重要工序，是用环、纵向螺栓逐块将高精度预制钢筋混凝土管片组装而成，整个工序由复合式TBM司机、举重臂操作工和拼装工等三种专业岗位工种配合完成。

2）控制控制复合式TBM掘进方向及姿态纠偏。复合式TBM姿态监控可通过ZED自动导向系统和人工测量复核进行复合式TBM姿态监测，随着复合式TBM推进，导向系统后视基准点必须前移，过程中必须通过人工测量来进行精确定位。为保证推进方向的准确可靠，施工过程中每20～25m进行一次人工测量，每个循环检查一次导向系统的数据准确性，以校核自动导向系统的测量数据并检查复合式TBM的位置、姿态，确保复合式TBM掘进方向的正确。

复合式TBM共20组推进油缸，分4区，每区油缸可独立控制推进油压。复合式TBM姿态调整与控制可通过调整各分区推进油缸压力差来实现复合式TBM掘进方向的调整与控制。在实际施工中，由于地质突变等原因复合式TBM推进方向可能会偏离设计轴线并达到管理警戒值；在稳定地层中掘进，因地层提供的滚动阻力小，可能会产生盾体滚动偏差；在线路变坡段或急弯段掘进，有可能产生较大的偏差。因此应及时调整复合式TBM姿态、纠正偏差。

3）控制同步注浆及二次注浆质量。①同步注浆。同步注浆采用复合式TBM自带的注浆泵在盾尾注入，及时填充管片与地层间环形空隙、控制地层变形、稳定管片结构、控制掘进方向，加强隧道结构自防水能力，对建筑空隙采用盾尾内置的注浆管进行同步注浆。同步注浆系统采用2台双活塞泵，4个盾尾注入管口及其配套管路，并预留4个复合式TBM尾注入管。注浆模式可根据需要采用自动控制或手动控制两种方式。②二次注浆。二次注浆采用双液浆作为注浆材料，对同步注浆起到进一步补充和加强作用。同时也是对管片周围的地层起到充填和加固作用。当地下水特别丰富时，需要对地下水封堵。为了及早建立起浆液的高粘度，以便在浆液向空隙中充填的同时将地下水疏干，获得最佳充填效果，将浆液的凝胶时间调整至1～4min，必要时二次注浆可采用水泥-水玻璃双液浆。

在施工过程中，由于同步注浆未饱满及浆液凝固收缩，管片背后存在一定的空隙，在掘进过程中，推进油缸直接顶到管片上，靠管片提供的反力向前掘进，在推进过程中，发现拼装成形的管片出现较大偏移，出现明显错台的现象。最终确定每隔60环管片进行二次补强注浆，形成二次注浆加固带，对管片起到锁定的作用，从而防止管片因油缸推力而变形。

4）调整掘进姿态，确保隧道最终成形质量。通过管片拼装完及同步注浆完两次对管片的人工复测发现，由于围岩稳定性好，管片和围岩之间的空隙不会被围岩垮塌所充填，同步注浆过程中，注浆压力较大，浆液首先将下部先注满，管片上浮严重，通过测量数据，管片最大上浮达到80mm，管片顶部已经直接顶到开挖断面围岩顶部，造成管片不均匀上浮，使管片最终成形偏离了设计轴线位置，影响了隧道的成形质量，局部管片出现明显错缝，个别管片还有被拉裂的现象。针对这种情况，在控制好同步注浆压力相对均衡的前提下，决定将复合式TBM的掘进姿态调整到低于设计标高50～70mm，除去在同步注浆过程中的管片上浮影响，最终的隧道成形刚好控制在设计允许误差范围内，有效的控制了管片成形质量。

5）加强管片错缝及破损等质量缺陷的修补。管片在拼装、同步注浆、二次注浆的过程中，都会出现不同程度的错缝合破损，针对存在的管片错缝及破损等质量缺陷必须进行修补。①管片错缝的修补。管片成型允许偏差：隧道轴线平面位置允许偏差±100mm，隧道轴线高程允许偏差±100mm，衬砌环直径椭圆度±0.6‰D，相邻管片的径向错台允许偏差10mm，相邻管片环向错台允许偏差15mm。管片错缝修补通过注浆等手段均未调整到规范要求的范围内，采用角磨机打磨的手段对错缝进行打磨处理，相邻错缝打磨平顺后，用相同标号的水泥浆对打磨砼表面进行抹面，最终将砼外观颜色调整成与管片砼外观颜色一致，尽量消除修补痕迹。②管片破损的修补。搬运和堆放时造成的破碎、管片本身质量、管片拼装操作造成的破损、复合式TBM机姿态与管片姿态相互关系不一致造成的破损、推进时管片受力不均匀、同步注浆浆量分布不合理等。针对破损的管片，必须进行外观质量修补。

5结语

重庆轨道交通六号线北碚段北碚站前区间复合式TBM隧道施工过程中，在硬岩曲线小半径的条件下出现管片错缝较大，掘进过程中管片移位严重，局部出现破损等现象，采取了加强管片拼装过程控制，管片螺栓有效复紧，准确控制掘进姿态，有效优化同步注浆，隔断进行二次注浆锁定管片等措施进行管片错太控制，对仍存在错缝，采取人工打磨修补等措施进行处理，最终有效控制了管片的成形质量。

参考文献

[1]周文波.盾构法隧道施工技术及应用[M].北京.中国建筑工业出版社,2004.

盾构隧道管片 篇7

某地铁标段盾构区间线路双线总长度为5278.52m, 该地铁盾构隧道衬砌采取C50、S12钢筋混凝土预制管片拼装成型, 采取每掘进1.5m则拼装内径为5400mm、外径为6000mm的环管片, 拼装采取“3+2+1楔形块”错缝拼装, 同时对于管片的接缝位置采取三元乙丙弹性橡胶止水条防水。

根据招标文件和设计要求, 盾构隧道防水等级为二级, 要求隧道顶部不允许滴漏, 其它不允许漏水, 结构表面可以有少量湿渍。总湿渍面积不应大于总防水面积的6/1000, 任意100m2防水面积上的湿渍不超过4处, 单个湿渍的最大面积0.2m2。渗漏水量小于0.1L/m2·d。

为了有效地确保本盾构隧道管片防水质量, 管片的安装质量是首要关键;同时对盾构掘进所产生的环形间隙采取同步注浆充填以有效地控制地层变形, 同时在施工中有必要情况下采用二次注浆以补强。

2. 管片安装来提高防水质量

从以往工程实践表米, 管片拼装质量的好坏直接影响到管片的防水、安全以及隧道的外观, 因此, 为了有效地提高管片防水质量, 在施工中应从各个方面抓好管片拼装工作。基于此, 本工程为提高隧道总体刚度, 改善管片受力状态, 管片的安装采用错缝拼装方式, 采用小封顶块, 径向先搭接2/3, 再纵向推入1/3方法施工。

2.1 管片安装精度要求

根据施工图纸的要求, 为了有效地提高隧道管片安装的精度要求, 本工程采取以下措施:

(1) 整环拼装的允许误差, 相邻环的环面间隙为1.0mm~1.5mm, 纵缝相邻块的间隙为1.5mm~2.0mm, 纵向螺栓孔孔径、孔位分别为±1mm, 衬砌外径为±3mm。

(2) 对于错缝拼装时, 单块管片的制作误差, 其宽度为±0.3mm, 整环拼装相邻环面间隙为0.6~0.8mm, 其余标准同上。

2.2 管片安装技术

本盾构隧道的管片选型是以满足隧道线型为前提, 重点考虑管片安装后盾尾间隙要满足下一掘进循环限值, 确保有足够的盾尾间隙, 以防盾尾直接接触管片。一般情况下, 管片选型与安装位置根据推进指令先行决定, 使管片环安装后推进油缸行程差较小。同时管片安装必须从隧道底部开始, 然后依次安装相邻块, 最后安装封顶块。封顶块安装前, 应对止水条进行润滑处理, 润滑剂应为水性润滑剂;安装时先径向插入, 调整位置后缓慢纵向顶推到位。管片块安装到位后, 应及时伸出相应位置的推进油缸顶紧管片, 其顶推力应大于稳定管片所需力, 然后方可移开管片安装机。在管片环脱离盾尾后要对管片连接螺栓进行二次紧固。管片安装时非管片安装人员不得进入管片安装区。

2.3 防水要求的安装管片质量保证措施

为了有效地保证本盾构隧道管片防水效果, 严格进场管片的检查, 破损、裂缝的管片不用。下井吊装管片和运送管片时应注意保护管片和止水条, 以免损坏。对于止水条及软木衬垫粘贴前, 应将管片进行彻底清洁, 以确保其粘贴稳定牢固。施工现场管片堆放区应有防雨淋设施。

在盾构机内管片安装前应对管片安装区进行清理, 清除如污泥、污水, 保证安装区及管片相接面的清洁。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。对于负环管片安装采用错缝拼装。在特殊管片安装之前, 预先调整好盾构间隙与推进油缸行程差, 以确保特殊管片能按设计类型顺利安装。

管片安装时必须运用管片安装微调装置将待装的管片块与已安装管片块的内弧面纵面调整到平顺相接以减小错台。调整时动作要平稳, 避免管片碰撞破损。同时对于同步注浆压力必须得到有效控制, 注浆压力不得超过限值。管片安装质量应以满足设计要求的隧道轴线偏差和有关规范要求的椭圆度及环、纵缝错台标准进行控制。在管片环脱离盾尾后要及时对管片连接螺栓进行二次紧固, 以免因管片脱出后受力情况改变而产生较大的变形, 同时, 对于施工同步注浆中没有达到理论注浆量的环, 要及时进行二次注浆。

3. 盾构隧道管片防水技术

根据本工程要求, 防水设计为管片砼抗渗等级S12;拼装缝采用高弹性三元乙丙橡胶密封条防水, 隧道结构上部450范围内, 下部900范围内的管片间拼装缝内侧进行嵌缝加强防水;螺栓孔及管片吊装孔采用遇水膨胀橡胶圈密封防水, 环形间隙注浆体作为隧道防水的加强层。为达到设计的防水标准, 对于管片自防水等施工环节重点采取以下措施:

3.1 管片自防水

按本标书“管片生产”章节中技术要求与措施实现管片自防水达到设计要求。选择合适的原材料、设计科学合理的配比、采取严格的生产过程控制措施、按照规定加强检测, 保证管片成品的抗渗等级、强度和各项质量指标符合设计要求。加强管片堆放、运输中的管理和检查, 防止管片开裂或在运输中碰掉边角。管片进场和下井前应作外观检查, 保证有缺陷的管片不得进工地和下井。

3.2 管片拼装缝的防水

管片拼装缝的防水是非常关键的环节, 本工程在此环节施工中主要作好以下几方面工作:选购专业厂商生产的性能优良的防水密封条、粘结剂, 并对进场的防水材料进行严格的检验, 确保其质量的合格。对于止水条采用粘贴安装, 在现场地面堆放场粘贴施工, 每环管片止水条的粘贴应在安装前12h~24h内完成。在粘贴止水条时同时进行管片衬垫的粘贴。待粘基面必须无尘、无油、无污、干燥, 以保证粘贴质量。为了提高质量, 粘贴步骤采取如下:按管片选型选择止水条→基面清理→槽内涂粘结剂→密封条涂粘结剂→粘贴→用木锤或橡胶锤打压密贴。对粘贴好止水条的管片, 在装拼前应采取措施防止雨淋、水浸;在运输和装拼中应避免擦碰、剥离、脱落或损伤。另外, 安装管片时采取有效措施避免损坏止水条, 并应保证管片拼装质量, 减少错台, 保证其密封止水效果。针对管片角部为防水的薄弱环节, 角部密封垫应铺设到位, 并在管片角部设加强密封薄片, 以加强防水密封效果。

3.3 管片拼装缝的嵌缝防水措施

根据本盾构隧道各洞段的施工及防水功能要求, 所需嵌缝范围见表1所示。对嵌缝采用聚合水泥 (如氯丁胶乳水泥) 或环氧树脂嵌缝胶作为嵌缝材料, 先将嵌缝槽洗刷干净, 然后涂刷一道基面处理剂, 再按设计置入PE薄膜, 最后用嵌缝材料嵌填密实。如果待嵌缝有渗漏水须先进行地下水的堵漏与引排后再嵌缝。

3.4 螺栓孔、吊装孔防水

本工程的螺栓孔的密封圈采用遇水膨胀橡胶材料, 利用压密和膨胀双重作用加强防水。如要通过吊装孔进行注浆, 注浆结束后将活动端头部分拆除, 清除预留孔内残余物, 填入腻子型遇水膨胀止水密封材料, 然后用防水砂浆封固孔口。吊装孔螺栓套管外侧采用遇水膨胀橡胶环形密封圈加强防水, 在管片生产时预置。

3.5 同步注浆加强防水措施

另外, 本工程采取背衬同步注浆作为外加防水层, 按本标书同步注浆章节中的有关方法, 确保同步注浆的及时性、耐久性以及密实性, 切实作到加强防水的作用。

3.6 质量保证措施

为了有效地确保本盾构隧道管片防水效果, 对于防水施工环节均由专业防水作业班组实施, 同时对防水工必须进行岗前培训经考核合格后才能上岗。各项防水作业分项工作由专业防水工程师进行指导, 并进行检查合格后才能进入下道工序。另外, 专门成立防水QC小组, 针对工程防水工艺、技术问题开展防水施工质量攻关活动, 以优良的工序质量来保证达到优良的工程防水质量。

结论

文章通过结合笔者从事高层建筑结构设计的工作经验, 分析了当前高层混凝土建筑的应用优势, 同时根据其特点, 提出设计中应当如何合理地设计, 同时就框架剪力墙的设计应用进行阐述, 为同类工程提供有价值的参考。

本文通过结合某地铁盾构隧道施工实例, 针对该隧道管片防水设计要求拼装缝采用高弹性三元乙丙橡胶密封条防水, 隧道结构上部450范围内, 下部900范围内的管片间拼装缝内侧进行嵌缝加强防水;螺栓孔及管片吊装孔采用遇水膨胀橡胶圈密封防水, 环形间隙注浆体作为隧道防水的加强层。工程实践效果明显, 满足防水设计要求, 可为同类工程提供有价值的参考

摘要：本文通过结合某地铁盾构隧道施工实例, 针对该隧道管片施工环节, 提出采取可行的防水技术措施, 从管片安装、管片自防水、环形间隙注浆体作为隧道防水的加强层等措施分别探讨管片防水的实现, 旨在能为同类工程提供有价值的参考。

关键词：地铁盾构,隧道施工,管片防水,管片安装

参考文献

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[2]朱槿平.盾构法隧道管片接缝防水橡胶密封垫研制[J].科技创新与应用, 2007, 29 (06) :101-103.

盾构隧道管片 篇8

盾构隧道管片防水技术已有百余年的发展史，自20世纪70年代始，管片接缝密封垫被确认为是接缝防水的主要防线，甚至被逐渐认知为唯一的防线。辅助防水中的嵌缝防水则逐渐被弱化，或用以发挥疏排水功效，或有取消的趋势，这是由于嵌缝要求发挥功效发生衍变的结果。

对于盾构隧道结构，在研讨嵌缝防水的功效时，首先必须确定嵌缝设计的理念。设计要明确嵌缝究竟应起到防水止水还是疏排水的功效，显然，只有嵌缝使所有环、纵向接缝全封闭，才能发挥防水止水功效，否则，局部、有限的嵌填只能发挥泄压、疏排的功效。其次，嵌缝防水应分清是迎水面防水还是背水面防水。例如，对于输水隧道构筑物而言，结构内面嵌缝主要是承受输水水压，而在施工阶段作为背水面材料也要承受地层中的水压，因而有双向防水的要求。但对于地铁区间盾构隧道的嵌缝而言，只要防止地层中的地下水渗入、漏入，因此总是进行背水面防水。

此外，地铁区间盾构隧道的嵌缝还有其结构构造和运营使用上的特点：仰拱管片上有道床混凝土及轨枕;拱顶位置悬有供电接触网，这就对它的嵌缝材料与工艺有特殊的要求。

现着重阐述地铁区间盾构隧道管片嵌缝密封防水的衍变过程，并试析其原因。

1 早期的地铁砌块嵌缝密封防水

20世纪上半叶，尤其是20世纪30年代前，地铁区间盾构隧道预制衬砌主要是钢、铸铁等金属砌块，大多仅在预制衬砌内侧留设的嵌缝槽采用填缝材料密封防水，而不依靠管片环、纵面设密封材料防水。这一时期，由于化学建材尤其高分子化工建材尚未诞生，故嵌缝密封材料多为与钢、铸铁管片对应的铅条、铝粉、铁粉;用混凝土砌块或金属混凝土复合砌块时，则采用相应的石棉水泥、膨胀水泥等无机材料，利用捣、压、击等方法嵌实，并适当借助材料的微胀机理密封止水。这在英国与西欧早期地铁建设中有不少工程实例。

此后，管片接缝防水进入粘结防水、塑性防水时期，因其防水效果有限，故还借助嵌缝防水作为重要的辅助防线，例如采用低黏度的聚氨酯化合物浸渍麻丝或黄麻嵌入嵌缝槽，其方式是对全部接缝充实密封。

2 中期的地铁管片嵌缝密封防水

本文把20世纪50年代至90年代看作为“中期”。这时期地铁盾构隧道衬砌越来越多地采用了钢筋混凝土管片，并逐步发展为高精度钢模制作的高精度管片，管片接缝防水的理念也从粘结防水、塑性防水发展为采用密封垫(弹性密封垫与遇水膨胀密封垫)压密防水，从环、纵面全断面防水方式转变到线状方式防水。与之对应的管片接缝嵌缝防水也有了较大的发展(尤其是日本、韩国、中国大陆、港、台等国家和地区的都市地铁)，显现出多样性。其前后变化总结如下。

2.1 管片嵌缝功效、嵌缝范围

随着管片接缝密封垫防水功效的提高，考虑到地铁盾构隧道的特点，管片嵌缝需针对隧道进出洞口、连接通道等隧道变形、管片接缝张开变化较大的位置起重点防范。至于其他位置，管片嵌缝仅要求起排水功效，以满足拱顶无渗漏水滴落在供电接触网、仰拱道床铁轨上，且仰拱处管片接缝也无冒水的要求。换言之，进出洞口20～25环、连接通道钢管片及前后数环需要重点防范，全封闭嵌填;其他范围只需在拱顶43°位置防止滴漏，仰拱86°位置防止冒水进行局部封闭，使渗漏水引排至排水沟中。图1为管片嵌缝作业示意图。

从上述可知，密封材料应具有下列特性：能长期保持不透水性;能长期保持粘结力或压缩应力;在嵌填作业与运营中拱顶材料不易坠落;仰拱材料适应基面潮湿，并均能适应结构接缝少量的张、缩变形。

因此，这时期的地铁盾构隧道管片嵌缝密封材料，通过嵌填密封，首先利用密封材料与嵌缝槽面粘合的原理，同时靠弹性挤密或膨胀致密的机理，达到防水与控制疏排水的目的。这时期以日本为代表的东亚地区地铁往往采用这类方式。

2.2 管片嵌缝密封材料

这时期的嵌缝密封材料可分为未定型与定型两类，在工程使用时，根据不同的衬砌材质、嵌缝材料进行嵌缝沟槽设计。

2.2.1 未定型嵌缝密封材料

顾名思义，未定型嵌缝密封材料是指非预制的、不成型的密封材料，多为建筑密封胶。

1）聚硫橡胶密封胶

聚硫密封胶系双组分制品，主剂为液态多硫聚合物，固化剂为金属氧化物，使用时将主剂和固化剂按规定比例混匀，固化反应后形成类似橡胶的高弹性密封体。由于是双组分反应型材料，又较黏稠，嵌填作业前需双组分混合，相对而言施工不太方便，也有搅拌不均之虞。因此，虽然固结体性能较好，但是施工性稍差。

2）聚氨酯密封胶

聚氨酯密封胶分双组分制品和单组分制品，前者是双组分反应固化，后者则在封闭条件下储存，用嵌缝枪注入嵌缝槽后，带有游离异氰酸根的密封胶受潮气反应固化。地铁区间隧道管片嵌缝则以单组分罐装聚氨酯密封胶为好，它以“枪”式嵌注，具有作业简便、质量稳定的优点。

3）聚氨酯遇水膨胀腻子或聚氨酯遇水膨胀密封胶

利用材料遇水膨胀达到密封原理的嵌缝材料获得开发，体现了有限膨胀、控制膨胀的思想。

聚氨酯遇水膨胀腻子由水溶性聚氨酯预聚体和丁基橡胶聚异丁烯等经橡胶炼胶机混炼，再经挤出制成，系一种具有遇水膨胀性能的橡胶腻子。它常与工字形塑料条组合使用以控制膨胀，变三向膨胀为单向膨胀，并借助环氧胶泥或聚合物砂浆封闭构成密封体系(图2左)。上海地铁1号线及其试验段就采用了这类方式，即嵌填于工字形断面塑料条中，为遇水膨胀橡胶腻子类未定型材料(利用工字形条作为控膨材料，限制膨胀应力单向发挥)，外封氯丁胶乳水泥抗裂防水，容易操作，效果尚好。

4）单组分遇水膨胀密封胶

近20年来，嵌缝材料中的遇水膨胀橡胶腻子条多为遇水膨胀密封胶所替代，并摈弃了工字条，在利用有限膨胀密封原理的基础上，用少量单组分、挤出型遇水膨胀密封胶止水，再用氯丁胶乳水泥密封。这样的施工方式，减少了膨胀密封材料的用量，简化了施工工艺(图2右)。

2.2.2 定型嵌缝密封材料

嵌缝件由三元乙丙合成橡胶制成(图3)，可以加工成各种尺寸，用于管片环纵缝、导水沟密封件的十字连接。施工时，将制件切成U形接口，用聚氨酯胶粘结在一起，使用掺有树脂的丁基水系粘合剂封涂粘结到混凝土管片嵌缝槽内。这种嵌缝件，经过试验室管片接缝嵌缝一字缝试验，证明可以承受0.1 MPa的水压而不渗漏。但从图3也可看出，十字缝处稍有错位，这种密封就会不可靠，故只能起疏导水的作用，即发挥疏导时的、不承受水压的密封，所以称为“导水沟密封件”。

德国地下交通规划研究协会试验过另一类合成橡胶嵌缝件(图4)，它仅能承受很低的水压力，且要求管片的拼装精度要精确到1 mm，同样在十字缝位置非常难以处理。在盾构隧道嵌缝工程中也只能起疏导水的作用。

图4中的嵌缝件采用“退拨”型硬橡胶芯材和带箭翼的密封件组合加强密封，试图对不同位置、大小有异的沟槽，通过硬质芯材击入深度的差别来调整、适应。但事实上，这种芯材虽可制成片状、且为弧形，但仍难适应接缝宽窄的变化，遇及十字、丁字缝等节点就更难解决，因此在实际工程中用得不多。上海地铁2号线区间隧道曾做过这方面的尝试(图5)，利用预制密封件的齿形与芯材适应接缝的大小来满足密封性，与图4止水原理一致、外形相近(但两边齿牙为遇水膨胀橡胶类的)，而击入的楔形芯材有差异(片状塑料的)。因为如上所述的原因，实际效果也不够理想。

总体而言，预制成型密封件对地铁盾构区间隧道管片嵌缝不够成功，对于拱顶、仰拱局部接缝使用更欠合适。此后，都采用了未定型材料。

2.3 管片嵌缝槽形式

管片嵌缝槽是设在管片内沿的槽口，通常分别设在管片的两侧，偶尔也有设在一侧的。

管片嵌缝槽的外形大致如图6所示，其中2#槽深而窄，适宜于承受背水压;1#、3#槽两侧平行，适宜于定型密封材料;4#槽内大外小，适合未定型密封胶，施工与运营中不易坠落。现今，作为背水面的管片嵌缝槽的构造，嵌缝槽H/D(深宽比)宜≥3.0，槽深宜为25～55 mm，单面槽宽以3～9 mm为妥。应该指出的是，其外形、尺寸除了要满足嵌填作业的需要外，还要有利于管片生产制作，尤其是管片钢模脱模板时不会损伤。

3 当前地铁管片的嵌缝密封防水

新世纪以来，随着地铁区间盾构隧道防水技术的发展，隧道渗漏水量减少，又因有拱部嵌缝材料下落的隐患，故北美、西欧的地铁率先取消了嵌缝作业。目前，东亚地区的大多数城市也取消了管片拱部嵌缝的做法。而管片环、纵缝，通过整体嵌缝作业止水的功效也受质疑，通常只在有限的部位发挥疏引作用，将渗漏水引排，以创造其他作业环境。

国内有关技术也开始有所变化，上述嵌缝的基本理念、嵌缝防水材料、施工作业方法，既有存用，也有改进。如：1)底部仅在道床混凝土86°的范围内，用快硬水泥及时嵌填，便于道床混凝土在干燥、无污泥的环境下浇筑等(仅起防止嵌缝槽内留存杂物的作用);2)进出洞及连接通道邻近范围按变形缝处理，整条环缝360°直接嵌填高模量聚氨酯密封胶，利用粘结与弹(柔)性密封原理防水，故未用膨胀类材料，更无需再用水泥封堵。

4 结语

结合以上国内技术发展趋势，笔者认为下述盾构隧道管片嵌缝技术将成为今后的主流。

1)接触网制式的地铁区间隧道拱顶部悬有机车供电接触网，机车有受电弓，一旦拱部柔性条状嵌缝材料下挂、下坠到“网”与“弓”上，会造成供电短路，危害行车安全等风险，在权衡利弊后，通常不再嵌缝。

2)管片环、纵面接缝仍必须留有嵌缝槽，除了作为渗漏水疏导、引流的备用槽外，也是接缝注浆堵水必需的封缝槽。由于现今极少采用定型嵌缝密封材料，嵌缝槽构造宜为未定型材料不易落出的外窄内宽形式，细部构造应同时满足管片制作时的脱模要求。

3)进出洞口附近20环左右的管片、连接通道前后数环管片等局部区段，因管片接缝变形量大，渗漏概率相对较高，可继续考虑采用环、纵缝全封闭嵌缝防水。

4)环、纵缝全封闭嵌缝防水时，宜采用适当模量的单组分聚氨酯密封胶嵌填。注意过高拉伸模量(>0.40 MPa)不利于适应变形，过低拉伸模量(<0.15MPa)不利于抵御水压。此外，嵌缝前应在基面涂刷密封胶底涂料，提高粘合性;也可采用单组分遇水膨胀密封胶，但应施工限制膨胀材料予以约束。

5)管片嵌缝作疏导、引流用时，因其嵌缝密封胶不承受水压，可采用单组分低模量的聚氨酯密封胶及其封闭用抗裂防水砂浆;仰拱部可直接采用氯丁胶乳水泥等亲水性聚合物抗裂砂浆。

摘要：回顾了盾构隧道管片嵌缝防水在轨道交通区间隧道工程技术发展各阶段的应用情况,通过分析其在工程施工与运营实践中的利弊,论述了嵌缝止水与嵌缝导水等技术演变的过程,并结合地铁运营特点,指出了嵌缝技术当前的发展趋势。

关键词：轨道交通,盾构隧道,嵌缝防水,受电弓,接触网

参考文献

[1]王振信.盾构法隧道的耐久性[J].地下工程与隧道,2002(2):4-7,51.

[2]朱祖熹.地下工程防水设计中的常见病——读图札记(三)[J].中国建筑防水,2007(6):32-35.

盾构隧道管片 篇9

1.1 地层与隧道线路情况

湛江湾跨海盾构隧道工程是鉴江供水枢纽工程的一部分, 位于湛江湾最窄处, 隧道长2750m, 由东海岛盾构工作井始发, 横穿海底, 到达南三岛盾构工作井解体吊出, 隧道地下埋深17~22m, 水下埋深21m~38m, 掘进地层主要为中细砂层、砂砾粘土层、全断面粘土层, 地层透水性较大, 与海水直接连通。隧道最大埋深60米, 最大坡度达4.417%。东海岛侧布置有始发井, 内径16.5m, 井深28.5m;南山岛布置有接收井, 内径16.0m, 井深47m。

1.2 盾构机基本情况

本工程采用一台三菱技术、罗宾斯生产组装的准6280mm泥水平衡盾构机单线掘进, 盾构掘进主要推进动力单元由环形等距布置的20根千斤顶提供。盾尾设计有效长度3285mm, 盾尾间隙30mm;盾尾与管片间采用四道盾尾刷 (注入油脂) 环形密封。

1.3 管片设计

隧道管片内径5.1m、外径6.0m, 环宽1.5m, 厚度450mm, 最大楔形量38mm, 管片强度等级C55, 抗渗等级P12。每环管片由一个封顶快F、两个邻接块L1、L2, 三个标准块B1、B2、B3组成, 22根直螺栓连接。管片环缝设置有凹凸键槽, 纵缝设置有Ф50定位棒, 长650mm。管片环纵缝设计宽度2mm, 接缝采用内外侧两道三元乙丙密封垫压缩止水。

2 管片安装工序和设计要求

2.1 管片构造设计

(1) 工程结构的安全等级按一级考虑; (2) 盾构隧道建筑物设计基准期为100年; (3) 结构抗震设防烈度为7度; (4) 混凝土允许裂缝开展, 钢筋混凝土管片的裂缝Wmax为迎土面0.1mm, 背土面为0.15mm; (5) 结构抗浮安全系数施工期不小于1.05;运营阶段不小于1.10; (6) 盾构法区间隧道结构防火等级为一级; (7) 盾构法区间隧道结构防水等级为二级。

2.2 管片制作要求

(1) 管片制作应符合《钢筋混凝土施工及验收规范》、《盾构法隧道施工与验收规范》及《地下防水工程质量验收规范》的有关规定。 (2) 管片生产前, 应对钢模误差进行检测, 若不合标准需进行校正。在管片生产过程中, 也应按相关规定对模具进行中检和维修保养。 (3) 为保证管片的防水、拼装及结构受力需要, 衬砌制作及拼装须达到一定的精度。单块管片制作允许误差宽度±1.0mm, 弧长、弦长±1.0, 厚度+3.0, -1.0mm, 工厂每生产100环管片应抽检三环作水平拼装检验, 三环水平拼装允许误差环缝间隙2.0mm, 纵缝间隙2.0mm, 成环后内径±2.0mm, 成环后外径±2.0mm, 环、纵向螺栓孔全部穿进D孔-d螺<2.0mm。 (4) 管片脱模后, 应在管片纵缝面易见位置印制代表生产日期、制造编号及管片分块号等不易被抹掉的标记。 (5) 管片表面应密实、光洁、平整、边棱完整无缺损;在贮存和运送过程中应对管片采取有效的保护措施;管片拼装前, 应严格检查, 确保密封垫沟槽及平面转角处没有剥落缺损。 (6) 由于工程防水要求严格, 有缺损的管片不得使用。凡修复管片须逐一检验合格后方可使用。

2.3 管片防水

2.3.1 混凝土采用添加高炉矿渣的抗海水腐蚀混凝土, 具体配合比根据试验确定。

2.3.2 本区间为地下海水环境, 管片混凝土掺入抗海水腐蚀添加剂。

2.3.3 跨海盾构管片外壁和内壁均进行涂料防护。管片外壁涂料为两层, 底层为环氧密封底漆 (1道高压无气喷涂50μm) , 加面层重防腐蚀涂料 (2道高压无气喷涂200μm) 。管片外壁包括管片背面和四个管片侧面 (环、纵缝面) 。管片内壁涂料为两层, 底层为环氧密封底漆 (1道高压无气喷涂50μm) , 加面层环氧云铁防锈漆 (2道高压无气喷涂160μm) 。涂防腐防水材料前, 需对混凝土结构表面进行清洁, 可用电动钢丝刷打磨, 以高压淡水清除疏松的混凝土、附着物和泥浆等。涂装前混凝土应充分干燥, 含水率<8%。涂装工作应在温度10~40℃下进行, 相对湿度85%以下。每道涂装后应检查涂膜外观质量, 不足处予以补涂。检验合格后出厂。

2.3.4电量指标<800库仑 (56天龄期) 。检测批次不少于三次, 测定方法按《抗海水腐蚀混凝土应用技术导则》DB44/T 566-2008中的有关规定执行。

2.3.5 每立方米混凝土中各类材料的总碱含量 (等效Na OH当量) 不得大于3.0kg。每立方米混凝土中外加剂的总碱量 (Na2O当量) 不得大于1kg。

2.3.6 按有关规定严格控制混凝土中Cl-的含量, 最大Cl-含量≤0.015%, 不应使用氯盐做外加剂, 外加剂中氯离子含量不应大于外加剂干重的0.2%。

2.3.7 胶凝材料不小于410kg/m3, 水胶比不得大于0.33。

2.3.8 防水混凝土的水、砂、石应符合《地下工程防水技术规范》第4.1.8条、第4.1.9条的相关规定。

2.3.9 管片蒸气养护的最高温度应不超过60℃。泵送混凝土入泵时的塌落度宜在120±20mm, 总塌落度损失不大于60mm, 入模温度以温差控制, 混凝土的表面温度与大气温度的差值不得大于20℃。混凝土的表面温度与中心温度的差值不得大于20℃。混凝土降温速度应低于3℃/d。非泵送混凝土的塌落度应满足相应规范。

2.4 接缝防水

2.4.1 管片采用高精度管模制作, 以确保管片环的拼装精度。

2.4.2 管片生产中可采用人工振捣, 但须确保混凝土密实, 以满足抗渗等级的要求。

2.4.3 管片在生产、运送、拼装过程中出现的大麻点、大缺角应用聚合物快凝水泥修补完好。

2.4.4 盾构机千斤顶的布置间距、施工中顶推力应尽量均匀, 管片在拼装过程中的环面应尽量平整, 且在管片背千斤顶面粘贴软木衬垫, 通过以上措施尽量减少因施工荷载产生的裂缝。

2.4.5 管片在使用期间应满足强度、抗裂要求, 最大裂缝宽度外侧不大于0.1mm, 内侧0.15mm, 且不得有贯穿裂缝。

2.4.6 为保证管片接缝拼装准确, 管片环缝设置了凹凸卡隼, 管片纵缝设置了安装定位棒。为确保接缝两侧密封垫接触宽度, 管片环缝错骒量不大于10mm, 错台率不大于10%。

2.4.7 本工程采用内外两道管片接缝防水。接缝防水采用在密封垫沟槽内设置三元乙丙橡胶密封垫, 通过被压缩挤密能实现防水。挤压后密封垫的设计压缩变形量为28%。弹性密封垫的构造形式经试验确定, 要求在张量为8mm (相对压密后) 时能抵抗0.7MPa的水压。

2.4.8 管片密封垫应满足在设计水压和接缝最大张开值下不渗漏的要求, 密封垫沟槽的截面积应不大于等于密封垫的截面积, 当环缝张开量为8mm时, 密封垫可完全压入储于密封垫沟槽内。其关系符合下式规定:

式中:A-密封垫沟槽截面积;A0-密封垫截面积

2.4.9 本隧道设计使用年限为100年, 且隧道位于海底, 水压高, 要满足100年的使用寿命, 对防水材料的耐久性要求如下:

2.4.1 0 将70℃、72h下三元乙丙橡胶拉伸强度、延伸率的变化率, 以及压缩永久变形量等材质特性通过阿累尼乌斯公式推断百年的应力松弛量, 控制应力松弛量≤25%。

2.4.1 1 以遇水膨胀橡胶及聚氨酯膨胀止水条长期浸泡水的树脂析出率 (180天2%) , 与反复干湿循环下拉伸强度、延伸率、膨胀率的变化率 (100次) 认定其耐久性。由于弹性橡胶密封垫外侧设有聚氨酯膨胀止水条作为首道防线, 使接缝主要防水线的弹性橡胶密封垫的耐久性获得了加强。

2.4.1 2 对嵌缝密封胶 (聚氨酯类、聚硫类) , 以在酸、碱液中浸泡后物理性能的变化率来控制其满足耐久性的要求。

2.4.1 3 嵌缝范围:管片接缝处嵌缝材料采用双组份聚硫密封胶。

2.4.1 4 为了确保足够的接缝受力面, 嵌缝不用被衬材料。

2.4.1 5 嵌缝作业必须在盾构千斤顶影响范围外及隧道稳定后进行。

2.4.16管片在使用期间用做注浆的吊装孔应用微膨胀水泥封堵。

2.4.17手孔采用遇水膨胀橡胶圈止水, 并用EVA微膨胀水泥砂浆封孔。

3 盾构管片接缝

3.1 各环弹性密封垫应在工厂加工成菱角分明的框型橡胶圈。

3.2 封顶快两侧的橡胶垫在拼装前需在基面涂抹润滑剂, 封顶块、邻接块纵缝弹性密封垫内需设置尼龙绳, 以限制插入时橡胶条的延伸。

3.3 在管片密封垫沟槽内涂刷单组份氯丁-酚醛粘结剂。涂刷前, 管片表面应干燥, 涂刷时粘结剂应均匀, 密封垫沟槽内应满涂。

3.4 粘结剂涂刷后, 凉置一段时间, 待手指接触不粘时, 再将加工好的框型橡胶圈套入密封垫沟槽。

3.5 密封垫 (框型橡胶圈) 粘贴后, 管片四个角部的密封垫不得出现耸肩、塌肩现象, 整个密封垫表面应在同一平面上, 严禁歪斜、扭曲。

3.6 管片在粘贴装设密封垫12h内, 不得送井下拼装。

3.7 封顶块两侧的密封垫在拼装前涂表面润滑剂, 以减少封顶块插入时密封垫间的摩擦力, 润滑剂为水性涂抹剂。

3.8 缝间软木衬垫材料为丁倩软木橡胶。软木衬垫的尺寸根据管片分块大小及螺栓孔位置确定。

3.9 在软木衬垫与管片背千斤顶面对应粘贴处分别涂刷单组份氯丁-酚醛粘结剂。涂刷前, 软木衬垫及管片表面应干燥, 涂刷时粘结剂应均匀。

3.1 0 粘结剂涂刷后, 凉置一段时间, 待手指接触不粘时, 再将软木衬垫与管片对粘。

3.1 1 管片设置有定位棒, 安装后不得出现脱胶、翘边、歪斜等现象。

3.1 2 螺孔防水:管片肋腔的螺孔应放置锥形倒角的螺孔密封圈沟槽。螺孔密封圈的外形应与沟槽相匹配, 并有利于压密止水或膨胀止水。在满足止水的要求下, 其断面宜小。螺栓密封圈应是合成橡胶, 水膨胀橡胶制品。

4 管片安装中出现的问题及对策

在盾构管片安装至10环以后, 出现了比较集中的管片崩角现象, 严重威胁到整个隧道的质量和安全。崩角情况长度在80~120mm, 宽度40~60mm, 厚度20~35mm范围, 呈现三角形状, 崩角部位无规律性, 最小间隔2环, 最大间隔14环, 破坏厚度在外部表层20~35mm范围转角处, 原因分析, 橡胶止水带在生产过程中为增大转角处拉力直径增大5~8mm, 造成受力不均匀现象, 局部应力集中, 通过研究分析, 决定通过增加管片之间的橡胶垫片的数量来解决管片崩角的问题, 经过实践, 在以后的管片安装过程中再也没有出现管片崩角的现象, 问题得到了很好的解决。

通过增加管片之间的橡胶垫片之所以能够很好的解决管片崩角的现象, 主要有: (1) 增加管片之间的橡胶垫片只是对隧道的直径产生了微小的增大效果, 对整个隧道的安全不构成威胁;同时保证止水效果。 (2) 增加管片之间的橡胶垫片的数量, 缓解了隧道掘进过程中产生的作用力对管片的压力, 局部应力集中得到释放, 从而避免了崩角现象的产生。

5 结束语

通过以上的分析, 在隧道掘进过程中产生的管片崩角现象, 通过增加管片之间的橡胶垫片膨胀系数应力集中得到可以很好的解决。框型橡胶圈的制造在生产磨具的工艺值得进一步改进探索。

参考文献

[1]钢筋混凝土施工及验收规范[S].

[2]盾构法隧道施工与验收规范[S].

浅谈盾构隧道施工管片上浮的控制 篇10

本文主要以广州轨道交通三号线地铁隧道施工过程所出现的管片上浮范例展开讨论, 其中着重以区间地层微海陆交互积平原的区间地质作为特例, 该类地质主要以砂层厚, 基岩裂隙发育为主要特征, 实际施工过程, 区间水量丰富, 并普遍受珠江水系制约影响, 均较具有代表性。

1.1 地铁隧道工程概况

广州地铁工程的盾构隧道区间采取圆形双线盾构施工, 隧道净空为5400mm, 区间采用钢筋混凝土预制管片, 管片宽度为1500mm, 厚度为300mm, 采用5+1方式拼装。

1.2 大塘站~沥滘站盾构区间工程地质概况

该工程线路长2430.079m, 采用两台德国海瑞克公司复合式盾构机施工, 隧道最小覆土厚度为6m, 最大覆土厚度为27m, 洞身穿越的地质情况为:<2-2>淤泥质砂, <3-2>冲-洪积中、细砂层, <4-1>粉质粘土, <4-2>淤泥质粘土, <5-1>可塑状或稍密状残积土, <5-2>硬塑或中密状残积土, <6>全风化泥质粉砂岩、泥岩, <7>强风泥质粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩, <8>总等风化泥质粉砂岩、粉砂岩泥岩, <9>微风化泥质粉砂岩。通过现场地质钻孔取芯岩石试验, <9>地层单轴极限抗压强度在8~31MPa, 平均单轴极限抗压强度在16.0MPa左右。

实际施工中, 在左、右线隧道内分别出现管片上浮并具有代表性区段, 根据对当时盾构机在掘进过程对渣样的分析统计, 结合原设计的地质钻探资料, 出现上浮的管片所处地质情况统计如表1所示。

该段线路间距约为18m, 根据该区间岩土工程勘查报告所作的钻孔显示, 左、右线隧道岩层基本相似, 并且变化不大。

1.3 水文地质

地下水分为第四系孔隙水及基岩裂隙水两种类型, 第四系孔隙水主要赋存于淤泥质砂及冲洪积沙层中, 为饱水层, 水量丰富, 主要由大气降水及河、涌、珠江水系补给。基岩裂隙水主要赋存于基岩强风化、中等风化岩层时, 根据施工现场洞内排水量的估算, 昼夜涌水量在500~800m3, 属强透水层。

2 工程中管片上浮情况

该区间左线盾构机较右线盾构机先进行始发掘进一个月, 但由于左线盾构机掘进过程中由于地表出现坍塌停顿, 右线盾构机先进入该区段, 故右线隧道内管片先出现上浮现象。

2003年10月30日上午, 右线盾构机正掘进405环管片, 管片姿态测量成果显示后续管片第一次出现严重的上浮超限现象。2003年12月15日左线盾构机通过该区时亦管片严重上浮超限情况。以右线R386~R405和左线R353~R368为例, 出现上浮管片的上浮量统计见表2。

从表2中数据显示, 左、右线隧道施工过程中, 在相近的地层区段中发生管片上浮情况均类似, 并出现上浮趋势较大、管片连续上浮的共性。本次取例的管片主要为上浮至超限位置管片区段, 上浮趋势呈曲线形式发展, 但并不是单纯一单峰值形式出现, 在为及时处理或采取处理措施不当未能抑制上浮继续发生的情况下, 上浮趋势会呈连续波浪形式发展, 左线隧道管片侵限量虽比右线隧道少, 但由于虽发现后采取措施处理, 但未能抑制上浮趋势, 而导致出现波浪形式变化。

(单位:mm)

3 隧道管片上浮现象及原因分析

3.1 管片上浮现象

自盾构掘进起, 由于是隧道穿越<8>中风化、<9>微风化岩层, 基岩裂隙水发育的地段隧道管片均会出现由于管片上浮而造成不同程度的环、纵缝错台现象。尤其是纵缝错台较为普遍, 错台量有时会达到30~50mm, 大大超过规范规定的误差值。严重的管片错台会导致相邻管片出现应力集中而开裂、破损, 直接影响管片质量和使用寿命。

而最大的问题是, 管片上浮会直接导致管片中心位移偏差, 按现行广州市轨道交通施工规范要求, 对盾构隧道管片位移的规范要求为±100mm, 而管片的严重上浮往往高程偏移峰值会达到130~140mm。

3.2 管片上浮的外部空间条件

该工程所选用的海瑞克盾构机刀盘开挖直径为6280mm, 盾尾外径6230mm, 管片外径为6000mm, 盾构在掘进过程中, 盾构通过铰接由中体拖动向前移动, 所以盾尾上部的外壳与围岩约有50mm的间隙, 而下部盾尾外壳与围岩的间隙为零。在盾构机的结构设计上, 管片与盾尾的设计间隙量为△D=75mm (35mm+40mm) , 所以管片与围岩的理论间隙量为:

如图1所示。

就工程地质方面, 在隧道穿越自稳性较好的<8>中风化层、<9>微风化地层时, 由于自稳性好的围岩开挖后的拱效应作用, 管片背后的建筑空隙是一直存在的。只要此间隙未能及时被同步注浆所封闭并具有一定的强度, 管片脱出盾尾后就有位移错台的外部空间条件。但在软弱地层中, 由于围岩的自稳性差, 管片脱出盾尾后, 管片背后的建筑孔隙立即被变形沉降的土体所填充并约束管片。

隧道所在围岩自稳性较好, 如<8>、<9>号地层中, 在围岩拱效应作用下, 管片背后与围岩间的间隙相对稳定, 而在围岩自稳性的情况下, 由于隧道开挖过程中, 刀盘在土体间剪切错动, 围岩应力释放, 管片背后的建筑空隙立即被变形沉降的土体所填充而减少, 故管环在浮力的作用下发生竖向上浮量在自稳性较好的地层中明显较在围岩自稳性较差地层 (<6>、<7>号地层) 大, 如右线隧道386~405环管片上浮量可达141mm (见表2) 。

3.3 管片出现严重上浮原因分析

但问题关键就在这里, 左、右线盾构机通过出现管片上浮区段的岩层主要为<6>、<7>、<8>层, 为何仍会出现如此严重的上浮现象?本人对此有如下的几点见解:

3.3.1 千斤顶分区油缸推力分部不均

根据地质勘察报告及实际施工中渣样分析, 在出现管片上浮区段, 隧道开挖断面内岩土软硬不均, 左、右线盾构机当时均在上软下硬的地层中掘进, 端口掘进过程中既要克服下部硬岩阻力, 需加大底部C区千斤顶推力, 同时, 盾构机整体重约350T, 总量主要集中在刀盘和前体上, 尤其是在软弱地层中掘进, 盾构机姿态极易发生整体姿态现下的现象, 即“栽头”现象。盾构栽掘进过程中, 其姿态也要求有向上的趋势。因此, 在操作要求上应加大底部C区千斤顶推力, 这样就形成了上部A区千斤顶和下部C区千斤顶的推力差。

由于千斤顶分区油缸的压力差, 管片受到偏心压力, 在已安装的环面上受到一力矩Mx的作用, 如图2所示。压力差越大, 力矩值越大。力矩值越大管环与管环间竖直方向的剪力越大, 但环面间的摩阻力小于因力矩作用产生剪力, 导致管片出现错台的情况。

综合先前施工经验, 在推进时推进千斤顶上下部压力差应尽可能小, 避免过大的推力差使管片发生偏移现象, 从而减弱管片的自稳性。通过施工数据显示, 当盾构机推进千斤顶上下部压力差达100Bar, 管片向上位移现象明显。在施工过程中, 宜将上下千斤顶压力差控制在80Bar内, 而当时根据现场施工记录, 在掘进过程中经常出现压力差超过100Bar的情况。

一般情况下为保持盾构机的姿态平稳, 在盾构推进过程中, C区情景顶油缸压力应大于A区千斤顶油缸压力才能使得盾构机部“栽头”, 并保持一直具有向上的趋势。随着每环的推进千斤顶油缸不断的伸长, 图5中的Lx不断的增大, Mx也不断的增大。这样, 在掘进过程中, 管环间的剪力是随着掘进而增大的。经长期施工观察, 在硬岩含水层, 当同步注浆量不足, 同步注浆浆液初凝时间较长的情况下, 盾构顶进千斤顶顶伸至1300mm左右时, 刚脱出盾尾的那环管片高程方向的千斤顶推力, 因为B、D区的千斤顶推力, 因为B、D区千斤顶沿水平中性轴成轴对称, B、D区推力竖向不产生力矩, 加大B、D区千斤顶推力就加大管环间摩擦力, 抵抗剪力防止管环间的错台。

3.3.2 地下水浮力和同步注浆液的作用

本人推论盾构机无论在<8>中风化、<9>微风化岩层中又或者在<6>全风化、<7>强风化岩层中掘进, 地下水对管片管片时候会产生上浮起着关键性作用。

由于广州地区的地下水比较丰富, 根据区间地质勘查报告显示, 地下水主要赋存有两种:一为第四系孔隙水, 主要赋存于中~粗砂层中, 由大气降水和珠江水系补给;二为基岩裂隙水, 主要赋于强风化、中风化泥岩中, 裂隙发育, 属中~强透水层, 而左、右线隧道管片出现严重上浮区段正处于强风化和中风化层中, 地下水较为丰富, 并水头压力随着地层的加深而增大。

本人认为在基岩裂隙发育、地下水丰富地段, 注入衬背同步注浆的浆液长期被地下水稀释不能在短时间内凝固, 更严重可认为, 连续掘进数环、甚至数十环所注入的同步注浆基本已被有压地下水冲刷至不能正常凝固, 甚至被冲刷无踪, 因此而形成一道带压水通道。并且水压随着隧道的深入而不断增加, 整个上浮管环可视为浸泡在地下水和浆液的混合物之中, 当管环脱出盾尾后就立即受到浮力的作用。以一环管环为单元计算, 管环排开水的总量为:F浮=p V排=1.0×103×π×1.5×3.02=42.4t, 而1环管片重量约为20t, 所以1环管片受到向上的作用力为22.4t, 就以左线隧道出现上浮 (353~369) 16环管片为例, 该16环管片所承受的连续浮力为:16×22.4t=358.4t, 如此的浮力足以令连续16管环产生上浮。

3.3.3 盾构机蛇形产生运动

由于盾构机在掘进过程中始终是沿隧道轴线做空间连续的蛇形运动, 为避免过大的蛇形运动量, 在盾尾间隙允许的条件下, 必须选用一定的楔形环或转弯环来调节盾尾间隙和调整推进千斤顶的行程差, 以免盾尾与缓缓的间隙过小, 盾尾钢板挤压管环导致管片破损。当选用弯环调节上、下部位的盾尾间隙时, 必使得与之相接触的上一环管环法线在竖向存在夹角, 在推力作用下将产生管环间的竖向分力, 相邻管环间环面将产生剪力, 易造成管片环缝竖向错台, 并导致管片间应力释放, 其受力情况如图3所示。

在出现连续上浮区段, 左右线盾构机掘进时姿态控制较差, 从盾构机上的VMT测量计算机上显示当时盾构机掘进时, 水平及垂直控制均存在较严重蛇行情况, 故根据本人分析, 盾构机姿态及管片的选型对管片出现上浮亦起明显控制作用。

3.3.4 控制隧道上浮的建议

⑴盾构机管片选型

在推进千斤顶形行程差较小的情况下, 解决的办法是多用直环调节竖向盾尾间隙, 采用直环在拼装时整环朝盾尾间隙大的方向移动, 移动量在5MM内时可行的, 这样环与环间轴线就成空间平行, 就不存在相邻管环间的竖向轴线夹角。相邻管环间就不存在竖向剪力, 实践经验证明施工过程中采用此方法是可行的, 虽管环拼装具有一定的难度, 当控制管片蛇行超挖减少出现管片上浮有明显功效。

⑵同步注浆

该区间所选用的盾构机进行同步注浆时, 是在盾构机掘进的过程中, 采用管片衬背同步注浆方式来填充管片与围岩间的间隙, 从而达到减少地层的沉降, 限制管片位移和变形、提高结构的稳定性、加强隧道的防水的目的。浆液的初凝时间为10H, 24H抗压强度为0.5MPa, 28填抗压强度为4MPa。

该区间隧道内径Φ=5400mm, 管片厚1=300mm, 每环管片宽度T=1500mm, 选用盾构机刀盘外径为6280MM, 每环同步注浆需求量为:

Q=K×V (K为注浆率, 取1.3~1.8)

V=π× (D2-d2) ×T/4

D为盾构机的切削外径 (D=6280mm) d为管片外径 (d=6000mm)

则V=4.0m3Q=6.0m3 (K取1.5)

同时考虑到注浆过程呈的施工损耗、超挖、浆液的渗透等因素, 注浆填充率取K=1.5, 每环同步注浆所需要的浆量约为6.0m3, 但由于浆液通过盾尾渗漏, 实际注入量却大于6.0m3, 并且实际施工中, 往往同步注浆量无法达到需要量, 在左、右线出现管片连续上浮的区间内, 盾构机同步注浆量不足6m3, 并在有压水通道地下水冲刷下, 注浆效果根本无法保证。本人认为在盾构掘进施工中, 盾构机同步注浆对控制管片上浮所起的作用是至关重要的。保证同步注浆的效果及填充量, 是控制管片上浮的关键。

⑶二次注浆

当管片姿态检测资料显示后续管片出现上浮超限后, 现场盾构机立即停止掘进, 采取对后续上浮管片进行补注浆施工。现场分别先对出现上浮管片吊装孔开孔防水泻压, 再进行二次补注浆。

在现场采取了二次注浆措施以后, 管片上浮趋势明显减缓, 并趋于稳定, 由此可见二次注浆对控制及减缓管片上浮有显著作用, 但缺点是大多数施工单位在采取二次补注浆措施时, 均不同程度地造成盾构机停止掘进, 均存在耽误施工时间过长情况, 直接影响掘进进度, 这是由于采取二次同步注浆措施时, 注浆设备及浆液均要重新准备, 多由地面准备完毕后运至注浆位置, 盾构机在正常掘进循环过程中, 难以配合注浆施工进行, 故导致盾构机仅能停止掘进配合注浆施工。

目前在广州地铁建设施工中, 有个别单位自行研究对盾构机所配备的同步注浆系统进行改良, 着重针对采取二次补注浆双液浆影响盾构机正常掘进的问题优化, 将同步注浆设备改造为可同步注入双液混乱浆液 (水泥浆液+水玻璃溶液) , 并设计合适配比, 在实际掘进过程中同步注入双液浆, 有效地提高同步注浆凝固效果, 能有效地控制管片应地层影响而造成的上浮问题, 值得各方盾构施工建设者参考及研讨。

4 结束语

综上所述, 盾构机在富水地层掘进, 无论在围岩自稳性较好的地层或者在自稳性较差地层中掘进施工, 盾构机参数的控制及确保同步注浆效果对有效控制管片上浮起着关键作用。为有效预防管片出现上浮, 对此本人提出几点建议以作为预防措施供各位同仁参考:

⑴严格控制推进千斤顶油缸的压力控制, 确保各千斤顶对管片均匀受压;

⑵定期对管片衬背进行二次补充注浆, 形成止水分区的作用, 确保同步注浆效果;

⑶严格控制盾构机掘进姿态, 尽量减少盾构机蛇行超挖量;

⑷科学管片选型, 必须严格结合实际情况及盾构机体态对管片进行选型;

⑸保证同步注浆量, 确保管片衬背填充密实度。

参考文献

[1]广州市轨道交通三号线大塘至沥滘区间岩土工程勘查报告，铁道第二勘查设计院, 2002年4月

[2]盾构机在不同地层掘进姿态控制, 中铁二局, 李建国, 2003年6月

盾构隧道管片 篇11

1 工程概况

深圳某地铁工程位于深圳市市中心区, 起讫里程CK5+338.800～CK7+108.601, 右线隧道长1 778.084 m, 左线隧道长1 793.521 m, 最小水平曲线半径300 m, 最小垂直曲线半径3 000 m, 最大坡度30‰。盾构隧道主要穿越于砂层和黏性土层中, 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2.0 m～6.9 m, 以孔隙潜水为主, 水位变幅0.5 m～1.0 m, 砂层透水性较好。

区间隧道采用海瑞克6.25 m土压平衡盾构机进行施工, 采用幅宽1.2 m单层通用型管片衬砌。管片厚300 m, 配筋率153.8 kg/m3。

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3种:管片外弧面破裂、管片边角崩裂、管片环向螺栓孔处混凝土崩裂, 在隧道贯通后, 管片破裂形式分布如图1所示。

3 破裂原因分析

3.1 管片外弧面破裂

在初始掘进100 m过程中, 管片在从盾尾脱离时, 盾尾密封刷将管片弧面破裂的混凝土碎块带至盾构机拼装部位, 碎块发现的部位大都在管片环的下部, 进一步观察发现, 破裂的部位并不一定在管片环下部, 而是某一个点位, 且发生管片外弧面破裂的同时, 总是在盾构机线路纠偏微调的时候, 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, 认为破裂的原因主要有以下几点:

1) 管片在生产过程中, 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。

2) 盾构机千斤顶总推力较大, 对于养护不到位并且配筋小的管片则有可能开裂。

3) 盾构纠偏不及时, 使累计偏差较大, 导致管片环面与隧道设计轴线不垂直, 使后面拼上的管片受力不均匀, 管片的表面会出现裂缝 (见图2) 。

4) 盾构的推力较大时, 会顶断管片。

5) 当拼装时管片在盾尾的偏心量太大, 管片与盾尾发生磕碰现象以及盾构推进时盾壳卡环管片。

3.2 管片边角崩裂

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, 见图3。

通过分析, 边角破裂的原因有以下几点:1) 管片在脱模、储存、运输过程中发生碰撞, 致使管片的边角缺损。2) 管片拼装时互相位置错动, 管片与管片间没有形成面接触, 在接触点处产生应力集中而使管片边角碎裂 (见图4) 。3) 拼装好的邻近块开口量不够, 在插入封顶块时间隙偏小, 如强行插入, 则导致封顶块管片或邻近块管片的角崩落 (见图5) 。

3.3 管片环向螺栓孔处混凝土崩裂

管片从盾尾脱离后进入土层, 周边荷载模式改变, 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混凝土, 局部区域产生应力集中 (见图6) 。

原因分析:

1) 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, 引起螺栓孔附近混凝土破裂;2) 拼装质量不好造成管片错台, 管片间剪应力集中至螺栓孔附近造成混凝土破裂;3) 千斤顶撑靴损坏或重心偏位造成管片局部压力过大, 出现裂缝。

4 预防及处理措施

1) 在管片运输过程中, 使用弹性的保护衬垫将管片与管片之间隔离开, 以免发生碰撞而损坏管片。在起吊过程中要小心轻放, 防止磕坏管片的边角。2) 提高管片拼装的质量, 及时纠正环面不平整度, 环面与隧道设计轴线不垂直度, 纵缝偏差等质量问题。拼装时将封顶块管片的开口部位留得稍大一些, 使封顶块能顺利地插入。3) 发生管片与盾壳相碰, 应在下一环盾构推进时立即进行纠偏, 特别是在曲线地段, 盾构机应缓慢掘进, 控制盾构机的纠偏量, 防止盾构机轴线与隧道管片轴线间的夹角过大和管片四周盾尾间隙不均匀。4) 对于管片上翘或下翻的情况, 在局部加贴楔子进行纠正。随时检查千斤顶撑靴, 对出现损坏的应及时更换。5) 盾构机在砂层掘进时, 应加注泡沫剂, 防止土仓内积“泥饼”, 减小推进扭矩和总推力, 同时防止推进速度过快。

5 结语

通过对成型隧道内管片破裂原因的分析, 提出了几点预防及处理措施, 有效地减少了管片破裂的发生, 提高了隧道的施工质量, 希望对今后的施工有一定的指导意义。

参考文献

[1]张曙辉.盾构施工时管片产生裂缝的原因及对策[J].施工技术, 2007 (3) :76-77.

[2]钟长平.广州地铁盾构隧道管片开裂的原因分析[J].广东土木与建筑, 2000 (4) :16-17.

[3]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, 34 (17) :325-326.

[4]赵运臣.盾构隧道曲线段管片破损原因分析[J].西部探矿工程, 2002 (7) :34-35.