盾构隧道管片盾构成型隧道管片开裂原因分析及处理措施

时间：2019-04-01 03:16:54　来源：雅意学习网本文已影响人

　　摘要：管片作为盾构隧道的主体结构，其开裂必将造成隧道的质量问题，并最终影响隧道的使用寿命。通过对隧道管片在盾构掘进施工中产生的破损、开裂进行原因分析，提出相应的处理措施，对指导施工具有重要意义。
　　关键词：盾构隧道；管片裂损；处理措施
　　
　　中图分类号：U45文献标识码： A 文章编号：
　　
　　Abstract: of shield tunnel segment as the main body structure, and its cracking caused by the quality of the tunnel will question, and ultimately affect the service life of the tunnel. Through the tunnel segments of shield tunneling construction in from breakage, cracking reasons are analyzed, and the corresponding treatment measures, to guide the construction to have the important meaning.
　　Keywords: shield tunnel; Segment lining crack damage; Processing measures
　　
　　
　　在盾构施工中，隧道成型的管片是重要的水泥预制品，肩负着隧道成型、止水、挡土的功能。本文以地铁某区间盾构隧道出现管片开裂破损为研究对象，分析其原因，并就处理措施进行探讨。
　　1盾构成型隧道管片缺陷及原因分析
　　1.1管片缺陷种类
　　1)宽度小于0.2mm的非贯通性干缩裂缝；2)两相邻管片外表面混凝土毁损、掉角；3)管片棱角磕碰、翘曲不平；4)少量几处深度过密封槽且宽度大于0.2mm的裂缝。现场发现的管片破损、开裂的情况如图1所示。
　　
　　1.2管片缺陷产生的原因
　　经现场调查，发现破损管片主要集中在右线隧道前500m、左线隧道前200m范围内，在随后的直线段管片破碎现象非常少。根据现场情况，结合盾构施工过程中出现的一系列问题，我们分析总结了管片缺陷产生的原因，大致可分以为下几类：
　　1)浆液选用不当导致管片上浮
　　隧道掘进右线前500m、左线隧道前200m范围内，管片破损现象比例相对较高。根据研究分析，惰性浆液在黏性土层中不能快速初凝，液态浆液在重力作用下积聚于管片下部造成管片上浮，管片上部空隙减小。脱离盾尾盾壳的管片与未脱离的管片形成一定的交角，而两片管片通过螺栓刚性连接，所以在连接处形成应力集中，导致管片破损。
　　2)曲线掘进时的“卡壳”现象
　　本区间隧道掘进中，右线隧道在104环、左线隧道在92环进入缓和曲线段，跟着缓和曲线段右线隧道在154环，左线隧道在142环进入曲率半径350m的曲线段。
　　在曲线段的掘进过程中，管片环心与盾构圆心无法保持同心。当管片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。盾构推进过程也是不断纠偏过程。本区间隧道进入曲线段后，管片外弧与盾尾内壁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。盾构机一但推进，就会造成管片一定部位破碎。
　　3)管片受力不均
　　当纠偏、管片拼装质量差、环缝夹泥时，管片环面不佳，引起管片受力不均，从而导致应力集中部位的管片破碎。盾构推进时推进力通过千斤顶油泵衬垫传递到管片上。油泵衬垫与管片接触部位是应力集中区，如果衬垫面不平整或者衬垫面与管片环面存在夹角，就会造成管片破碎。
　　4)管片螺栓连接不当
　　在盾尾脱出管片，管片螺栓连接的过程中也会由于操作不当造成管片的破损，开裂。
　　2盾构隧道管片破损、开裂处理措施
　　采用拼装预制混凝土管片作为隧道衬砌的盾构隧道工程中，管片发生破损、开裂与管片拼装过程中管片错台、千斤顶推力位置以及盾构掘进过程中姿态控制等都有一定的关系，管片破损开裂破坏了管片结构，也给隧道的防水带来了隐患。
　　2.1管片上浮的处理
　　管片上浮后的处理比较难，一旦发现管片上浮超限，应立即停止盾构掘进，对已上浮的管片通过注浆孔进行二次注浆。注浆材料以双液浆为宜，注浆应顺着隧道坡度方向，从隧道拱顶至两腰，最后压注拱底。
　　本区间隧道在检测到管片上浮并查明原因后，及时更改了注浆浆液，除保证浆液具有很好的流动性、和易性、密度等要求外，必须确保其初凝时间≤5h。
　　2.2注浆浆液配比与注浆工艺
　　注浆液的配比、初凝时间、注浆量的多少等都会影响管片安装后的稳定性。管片在约束条件不好的情况下，易发生变形，会出现管片开裂。所以，应根据管片上浮规律和盾构推进姿态合理选择注浆孔位、注浆量和注浆压力。
　　本区间隧道为防止管片上浮，同步注浆浆液调整后的配比(1m3)，如表l所示。
　　表1 同步注浆浆液配比 kg
　　复合硅酸盐水泥膨润土水水玻璃
　　300 700 620 85
　　2.3盾构姿态的控制
　　本区间隧道曲线段为350m半径的曲线，盾构转弯掘进过程中，盾构姿态与曲线段不一致，使盾壳挤压管片开裂、整圆器顶压管片开裂。与此同时，推进千斤顶在管片端面作用不均匀顶力，盾壳通过盾尾刷对管片产生挤压，从而使整环总体变形；盾尾刷结块硬化、盾尾壳体椭变和隧道旋转、管片连接螺栓未拧紧等因素使盾壳挤压管片；过量的蛇形运动必然造成频繁的纠偏，纠偏的过程就是管片环面受力不均的过程。因此，必须控制好转弯地段的盾构姿态，宜缓慢掘进，慎重纠偏。
　　2.4管片环面不平和千斤顶撑靴重心偏位控制
　　1)因纠偏、管片拼装质量差、环缝夹泥、管片环面不佳等引起的环面不平整，盾构千斤顶作用于管片上产生较大的劈裂力矩造成管片开裂。因此，要严格控制管片的制作质量，减小管片制作的精度误差；施工过程中要确保管片位置的准确性，盾构掘进完成后检查上一环管片的环面平整度。
　　2)千斤顶撑靴重心与管片中心线位置不吻合时，管片由于受力不均造成管片开裂。造成千斤顶撑靴重心偏位的因素有：管片没有居中拼装、盾构姿态控制不好等。其相应对策有：更换千斤顶撑靴，使新撑靴的推力重心始终与管片中心线保持一致,同时争取做到居中拼装，如图2所示。
　　
　　图2 千斤顶撑靴重心偏位
　　
　　3结论
　　1)在掘进中进行严密的监测，发现管片上浮现象，及时更改浆液并二次注浆。
　　2)及时调整盾构姿态，使其掘进方向与隧道尽量保持一致，减少因盾构与管片拼装不同心造成的管片破损。
　　3)在曲线掘进段,由于过量的蛇形运动造成频繁的纠偏,要控制好转弯地段的盾构姿态，宜缓慢掘进，慎重纠偏。
　　4)掘进施工中,应及时矫正错误操作，严格按照操作规程施工，尽量避免由于管片安装过程中敲击螺栓等造成的管片破损、开裂。
　　参考文献：
　　[1]徐军.盾构管片开裂原因分析及应对措旋[J].交通标准化，2009.
　　[2]竺维彬，鞠世健.复合地层中的盾构施工技术[M].北京：中国科学技术出版杜，2006.
　　[3]周文波.后构法隧道施工技术及应用[M].北京：中国建筑工业出版社，2004.
　　[4]彭飞，田文杰.盾构隧道管片开裂原因分析及应对措施[J].建筑技术，2009.
　　[5]秦建设，朱伟，陈剑.盾构姿态控制引起管片错台及开裂问题研究[J].施工技术，2004.
　　注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。

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