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盾構隧道施工質量缺陷
發布時間：2014-08-09
盾構隧道施工質量缺陷摘 要:介紹了地鐵盾構隧道施工中出現的主要質量缺陷,對影響地鐵盾構隧道質量缺陷的因素進行分析,提出預防和克服質量缺陷的措施,最終保證盾構隧道施工質量。
關鍵詞:盾構隧道,地鐵施工,質量缺陷
目前國內外盾構工程市場非常活躍,前景相當廣闊,也形成了較成熟的結構設計計算理論和工程實踐體系,但地鐵盾構隧道施工的質量缺陷仍存在一些尚未得到很好解決的問題,如管片的滲漏、裂紋、錯臺、崩角、扭轉等。文中對盾構隧道質量缺陷的影響因素作簡單分析,以期在設計與施工過程中加以防治。
1 管片滲漏水的影響因素
1.1 管片的自身防水
1)管片混凝土制作方面:選定混凝土的配合比、水泥用量、入模溫度、澆搗工藝、養護時間和方法以及外加劑摻量等。通常采用摻外加劑的途徑來改善混凝土本身的不密實性,補償混凝土因徐變等原因產生的收縮,以增加其抗裂性和抗滲性。而不是片面提高混凝土的標號和抗滲等級,因為實際上混凝土標號越高,單位水泥用量越多,其產生的水化熱越高,收縮量越大,導致裂紋的產生。因此,必須合理地選擇混凝土的標號、抗滲等級和外加劑。
2)管片的制作精度方面:根據國內外盾構隧道施工實踐,采用高精度鋼模來提高管片精度是很重要的環節。如果管片制作精度差,加上管片拼裝累計的誤差,將會導致管片接縫不密貼而出現較大的原始縫隙,此時如果接縫防水材料的彈性變形量不能適應縫隙要求就會出現漏水。所以要生產出高精度的管片就要有一個高精度的鋼模。一般鋼模的質量比管片重,其質量比為1~2。通常生產400塊~500塊管片后就要對鋼模進行必要的檢修和保養,而且對其使用必須有一個嚴格的操作制度來確保模具的完好和精度。
1.2 管片的接縫防水制作
通常接縫防水對策是使用密封材料,以西德為代表的歐洲,采用非膨脹合成橡膠,靠彈性壓密以接觸面的壓應力來止水,以耐久性和止水性見長;以日本為代表的方面,則采用水膨脹橡膠,靠其遇水膨脹后的膨脹壓力來止水,其特點是可以使密封材料變薄,施工方便,但耐久性尚待驗證。實踐證明,密封墊材料性能極大的影響了接縫的防水效果,尤其是對防水功能的耐久性要使密封墊能長時間保持接觸面的壓應力不松弛,另外一點就是止水條的制作安裝誤差和粘貼密合程度也會影響到防水的效果。
1.3 壁后注漿防水
壁后注漿實施的好與壞,直接影響到隧道的施工質量,這已被工程實際所證實。雖然它主要用來控制地面沉降,但客觀上是隧道防水的第一道防水防線。還有一點就是因為注漿量不足也會引起隧道后期產生較大沉降變形而漏水。
1.4 掘進過程控制不當引起漏水
1)盾構與管片的姿態不好,影響到管片的拼裝質量,造成管片間錯位,相鄰管片止水帶不能正常吻合壓緊,從而引起漏水。
2)掘進過程中推力不均勻造成管片受力不均勻而產生裂紋、貫穿性斷裂等而滲漏水。3)在掘進困難時推力過大也會造成管片產生裂紋而滲漏水。
1.5 管片選型
由于盾尾間隙不均勻,管片選型不當,造成間隙過小,使得在掘進過程中造成管片外壁被損壞導致止水條漏水。所以管片的選型要抓住盾構機依據姿態來控制掘進,管片依據盾構機(即盾尾間隙)來選擇這一根本原則。
1.6 其他操作原因
1)由于掘進行程不足導致封頂塊插入困難時止水條破壞而漏水。因此拼裝封頂塊時先量寬度是否足夠,否則需要調整,不得強行插入。一般是掘進到一定的行程后先量插入塊的間隙來保證足夠的空間,也不是間隙越大越好。同時在止水條上涂抹一定的潤滑劑防止拉脫,但要注意使用的潤滑劑不得對止水條的性能產生改變。
2)連接螺栓沒有擰緊在一定程度上引起接縫的擴張(尤其在糾偏時),使得管片在掘進停止后呈松弛狀態。所以在掘進過程中要及時對后續幾環進行螺栓的復緊。
3)千斤頂撐靴在頂至管片時擺放不正使得止水帶損壞而漏水。
4)管片在運輸和吊運過程中造成掉角損邊等。
2 管片裂紋的影響因素
2.1 管片生產過程造成的開裂
此過程的開裂分兩個階段顯示:第一階段是管片脫模以后的養護階段,主要是以表面裂紋為主,能目測;第二階段是28d后在出廠運輸、吊卸及拼裝過程中發現的微細裂紋,這種裂紋出廠檢查不易目測到,但管片一旦受到集中應力作用,裂紋就迅速擴展。其養護分自然養護和蒸汽養護,脫模后又分噴淋和蓄水養護。通過實踐比較得出,蓄水養護的管片在因推力原因而產生的開裂要比噴淋養護少很多。另管片進場前的檢查和進場后的保護尤顯重要。
2.2 盾構施工過程中的管片開裂
1)拼裝管片前對盾尾的清理不干凈,使得管片的環縫夾有泥砂,造成整環管片的環面不平整,掘進時就會因不均勻受力而產生裂紋。
2)在拼裝過程中因拼裝順序或管片類型錯誤使得環面不平整,導致受力不均勻產生裂紋。
3)在硬巖段或不均勻地層中因推力過大或推力不均勻導致管片出現裂紋。
4)在進行管片補漿時因壓力控制過高導致管片開裂。
5)在姿態較難控制時,過于糾偏使得盾尾間隙過小或推力不均導致裂紋出現。
2.3 盾構隧道使用過程中的開裂
使用過程中的開裂主要表現為如下兩個方面:
1)在隧道附近的再次施工,如基坑開挖過程中,會導致隧道圍巖的位移或地下水位的降低,從而使盾構隧道也產生不均勻移位后開裂。對于此類情況的處理是應立即停止開挖施工,并進行加固或改變施工工藝。
2)隧道內
列車的振動或發生地震造成隧道周圍的砂層液化也會導致隧道管片的開裂。此類情況一般要加固隧道圍巖來防止土壓、水位的變化或從隧道內進行二次注漿來增強隧道的穩定性。
3 管片錯臺的影響因素
3.1 壁后注漿
這一點是保證管片錯臺與否的重要原因之一。隧道是一種管片襯砌和地層一體化的結構穩定的構造物,管片上的作用力也是在這個假設的條件下考慮的。這意味著管片背面空隙的均勻填充是確保作用外力均勻的先決條件。所以防止管片因外力作用而引起的錯臺主要是靠壁后及時、充實的填充,但是注漿的壓力過大也會造成管片的錯臺。
3.2 管片選型
因管片的選型不當導致盾尾間隙過小,在盾尾前進的過程中會使得管片發生錯臺,甚至管片外壁遭到破壞。
3.3 姿態控制
1)在不均勻地層(例如左右不均勻段)會導致千斤頂對管片的作用力不均勻而產生的錯臺;
2)在轉彎段因千斤頂的不對稱作用力而產生的一個偏離軸線向外的分力導致錯臺。
3.4 操作不當
1)進行管片二次補漿的壓力過大導致錯臺的出現。
2)拼裝過程中管片的連接螺栓未擰緊或及時進行復緊。
3)在硬巖段且處于曲線段掘進時姿態調整過急過猛易導致錯臺現象。
3.5 隧道上浮
當管片一出盾尾由于浮力的作用,就與在盾殼內的管片形成錯臺,隨著掘進的進行,往往還能聽到這種錯臺的聲音,有時這種錯臺是緩慢和逐漸的,也會形成疊瓦式或臺階式。有時左右兩側連續幾環也會出現如此現象。
4 管片破損、崩角的影響因素
管片的破損、崩角比裂隙對隧道產生的危害還要大,這是因為,大多數管片的破損,都傷及鋼筋,盡管這些損壞都要進行修補,但修補后的防水性能肯定不如原始混凝土,這樣在今后的使用過程中,經過一段時間之后,管片最先損壞的應該是這些以往受過損壞的部位,所以管片的損壞對永久結構的使用壽命有一定的影響。管片的損壞、崩角主要有以下幾個方面的原因。
4.1 操作原因
1)吊運和拼裝過程中的碰撞。
2)吊裝孔附近混凝土被拔脫。
3)管片環發生扭轉時,千斤頂頂在兩塊管片接縫處會導致管片端面崩角而破壞。
4)千斤頂撐靴頂在管片上不正(盾尾間隙不均勻時)會使管片內側或外側的混凝土破損。
2 姿態控制
1)盾構機姿態調整時,急于糾偏造成受力不均勻。
2)盾構機姿態調整時,千斤頂行程差過大而導致受力不均出現管片損壞。
4.3 管片扭轉
管片扭轉一般較易在線路轉彎段產生,一般因扭轉會導致管片端部(千斤頂的作用面)的受壓區混凝土開裂或相鄰兩塊管片接縫處崩角破壞;另一個不利影響就是會給預先設計的管片開口因扭轉而與聯絡通道之間發生錯位,導致隧道與聯絡通道之間無法順利連接;還有就是會給安裝走道板、通風管等帶來一定的不方便。但是扭轉并不影響到結構的質量和使用。
通過對扭轉的實測數據統計歸納得出:管片的扭轉與線路轉彎有很大關系。管片受扭轉的作用是普遍存在的,盾構推進千斤頂偏離管片環軸線和千斤頂對管片環不對稱的作用力是使得管片環發生扭轉的主要原因。在工程施工過程中,前兩點可以在施工過程中通過改變刀盤轉動和拼裝順序加以克服,另外施工過程中可以增大管片的穩定和抗扭轉力來減少或消除扭轉,其中加大環縫間連接螺栓的擰緊力和減小管片背后注漿漿液的凝固時間是最基本的,也是較好的方法。有的盾構機盾體上安裝有穩定器,來減小在硬巖段掘進時,因刀盤扭矩過大而引起管片的扭轉。
5 結語
盾構隧道施工質量缺陷大多數可以在施工過程中得到控制,需要建立相應的質量控制并嚴格執行,以便在施工過程中力求盡量減少或避免質量缺陷。
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