謝 曉 利

(中鐵十五局集團(tuán)有限公司，河南 洛陽 471013)

盾構(gòu)管片破損錯(cuò)臺(tái)修復(fù)技術(shù)

謝 曉 利

(中鐵十五局集團(tuán)有限公司，河南 洛陽 471013)

結(jié)合具體施工情況，分析了盾構(gòu)掘進(jìn)過程中管片出現(xiàn)破損、崩角、錯(cuò)臺(tái)等現(xiàn)象的主、客觀原因，并根據(jù)破損部位、面積、深度情況的不同，探討了管片輕微破損、較大破損與嚴(yán)重破損時(shí)所應(yīng)采取的具體修復(fù)方法，以供參考。

盾構(gòu)管片，錯(cuò)臺(tái)，破損，修復(fù)技術(shù)

在地鐵盾構(gòu)隧道施工中，盾構(gòu)隧道經(jīng)常會(huì)發(fā)生管片受到外力或者其他原因造成縱縫、環(huán)縫產(chǎn)生錯(cuò)臺(tái)、管片崩角、破損等現(xiàn)象。如果管片出現(xiàn)崩角、破損未能采取較好的修補(bǔ)措施，不僅會(huì)引起隧道漏漿、滲水，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)影響到地鐵隧道的使用功能。因此如何防止盾構(gòu)施工過程中產(chǎn)生破損、崩角、錯(cuò)臺(tái)，是盾構(gòu)施工過程中較棘手也是必須妥善處理的問題之一。

1 盾構(gòu)管片破損及錯(cuò)臺(tái)原因分析

地鐵隧道的管片一般采用一環(huán)6塊的分塊方案。一環(huán)管片由1塊封頂塊(F塊)，3塊標(biāo)準(zhǔn)塊(B1,B2,B3)和2塊鄰接塊(L1,L2)組成。管片一般采用錯(cuò)縫拼裝，環(huán)、縱縫采用螺栓連接。管片分塊見圖1。

根據(jù)施工情況分析，造成管片破損錯(cuò)臺(tái)主要有以下幾種原因：

1)管片搬運(yùn)。

在搬運(yùn)、堆放過程中由于起吊的不穩(wěn)定造成管片與管片間或者管片與其他物體的碰撞，導(dǎo)致在碰撞位置處產(chǎn)生小塊破裂。

2)管片拼裝。

a.封頂塊安裝時(shí)，由于先行安裝的5塊管片圓度不夠，兩鄰接塊間的間隙太小，把封頂塊強(qiáng)行頂入，導(dǎo)致封頂塊及鄰接塊接縫處管片錯(cuò)臺(tái)或破損。有時(shí)未按設(shè)計(jì)要求在其兩側(cè)涂刷潤滑劑，亦會(huì)導(dǎo)致管片破損，破損部位發(fā)生在鄰接塊上部及封頂塊兩側(cè)。b.前一環(huán)環(huán)面不平整，塊與塊間有錯(cuò)位，導(dǎo)致下一環(huán)管片拼裝時(shí)易產(chǎn)生錯(cuò)臺(tái)及破損。c.拼裝時(shí)為搶進(jìn)度，管片就位速度過快而產(chǎn)生碰磕，以及存在管片錯(cuò)縫時(shí)，易引起管片邊角的破損。d.管片受力不均。盾構(gòu)管片實(shí)際拼裝成環(huán)后，襯砌的橫向、豎向直徑均有不同程度的偏差。一般襯砌拼裝成環(huán)后，橫向直徑增大、豎向直徑減小，俗稱橫鴨蛋。相應(yīng)地，管片拼裝成環(huán)后與盾構(gòu)機(jī)機(jī)體之間的空隙，橫向縮小、豎向增大。橫鴨蛋易造成管片縱縫略有張開，由于受力不均勻應(yīng)力集中，容易導(dǎo)致管片破損。這種情況下，破損一般集中在管片內(nèi)弧面的角部(3，9點(diǎn)位)而且破損時(shí)間發(fā)生在管片脫出盾尾后。

3)盾構(gòu)與隧道軸線不平行。

盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)糾偏時(shí)，姿態(tài)與隧道軸線形成較大夾角，管片環(huán)面之間及相鄰兩塊管片間達(dá)不到平行狀態(tài)，使得管片產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致管片嚴(yán)重破損，見圖2。

4)管片背填注漿。

a.在盾構(gòu)掘進(jìn)速度快，管片注漿未同步進(jìn)行，地下水量大的情況下，造成管片連續(xù)上浮錯(cuò)臺(tái)。b.當(dāng)采用隧道管片上部進(jìn)行注漿時(shí)，由于對(duì)注漿壓力未有效控制，造成管片局部壓力過大而錯(cuò)臺(tái)，見圖3。

2 管片破損錯(cuò)臺(tái)修復(fù)

管片破損錯(cuò)臺(tái)修復(fù)根據(jù)破損部位、面積、深度情況分為輕微破損、較大破損和嚴(yán)重破損修復(fù)方法。

2.1 輕微破損錯(cuò)臺(tái)修復(fù)法

輕微破損一般是指小于15 mm的表面破損，輕微錯(cuò)臺(tái)一般是指管片環(huán)、縱縫小于15 mm的錯(cuò)臺(tái)。其修復(fù)方法為：

1)把崩角、破損處的殘余混凝土清理干凈，崩角邊緣地帶盡量清理順直。把管片上的破損面用鋼絲刷清理干凈，并用清水沖冼干凈。2)分層分塊填補(bǔ)環(huán)氧砂漿，每次填補(bǔ)不超過10 mm。分層分塊交叉錯(cuò)縫填補(bǔ)，最后用抹刀找平、收光。3)拌和填料應(yīng)控制水泥的摻合量，修補(bǔ)后的表面顏色與管片表面相匹配。4)修補(bǔ)完成后，需及時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

2.2 較大破損錯(cuò)臺(tái)修復(fù)法

當(dāng)管片破損較大、較深超過規(guī)范和設(shè)計(jì)要求時(shí)，首先通過設(shè)計(jì)人員核算管片的受力是否影響結(jié)構(gòu)的安全，若經(jīng)計(jì)算不影響結(jié)構(gòu)安全，則采用以下分層方法進(jìn)行修復(fù)：

1)內(nèi)層修補(bǔ)方法：通過對(duì)破損面植入螺栓，以增加對(duì)修補(bǔ)填料的拉結(jié)力，提高修補(bǔ)強(qiáng)度。其步驟：a.基面進(jìn)行浮渣清理并用水濕潤；b.修補(bǔ)區(qū)域打膨脹螺栓，膨脹螺栓規(guī)格：φ=10 mm,L=100 mm，間距200 mm×200 mm梅花形布置。膨脹螺栓打入管片深度50 mm，外露50 mm；c.在膨脹螺栓20 mm處采用2 mm～3 mm鋼絲相連形成鋼絲網(wǎng)片；d.采用高強(qiáng)水泥混合砂漿進(jìn)行修補(bǔ)。待達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)進(jìn)行面層處理；e.配合比為：丁苯乳膠∶水泥∶砂∶水=1∶3∶3∶適量(以滿足修補(bǔ)操作要求的稠度)。

2)外層修補(bǔ)方法：為防止地鐵在運(yùn)營過程中，長期振動(dòng)造成修補(bǔ)塊疲勞脫落，采用外層貼芳綸纖維進(jìn)行加固處理。

芳綸纖維全稱為“聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺”，英文為Aramid fiber，是一種新型高科技合成纖維，具有超高強(qiáng)度、高模量和耐高溫、耐酸耐堿、重量輕等優(yōu)良性能。

粘貼芳綸纖維施工工藝：

a.基面找平：管片錯(cuò)臺(tái)出現(xiàn)高度差的部位應(yīng)用修補(bǔ)劑填補(bǔ)，盡量減小高度差。b.基底處理：第一，混凝土表層出現(xiàn)剝落、腐蝕等劣化現(xiàn)象的部位應(yīng)予以鑿除，對(duì)于較大面積的劣質(zhì)層在鑿除后應(yīng)用高強(qiáng)水泥混合砂漿進(jìn)行修復(fù)。第二，混凝土角磨機(jī)、砂紙等機(jī)具除去混凝土表面的浮漿、油污等雜質(zhì)，構(gòu)件基面的混凝土要打磨平整，尤其是表面的凸起部位要磨平。第三，風(fēng)機(jī)將混凝土表面清理干凈，并保持干燥。c.涂底膠：按配合比主劑∶固化劑=3∶1配置底膠。將主劑與固化劑先后置于容器中，用彈簧秤計(jì)量，電動(dòng)攪拌器均勻攪拌。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際氣溫決定用量并嚴(yán)格控制使用時(shí)間，一般情況下20 min～50 min內(nèi)用完。將底膠均勻涂刷于混凝土表面，待膠固化后(固化時(shí)間視現(xiàn)場氣溫而定，以指觸干燥為準(zhǔn))再進(jìn)行下一工序施工。一般固化時(shí)間為6 h～24 h。d.粘貼：第一，按設(shè)計(jì)要求的尺寸裁剪芳綸纖維布(見圖4)。第二，調(diào)配、攪拌粘貼材料粘結(jié)劑(使用方法與底膠相同)，然后均勻涂抹于待粘貼的部位，在搭接部位要多涂刷一些。涂刷厚度要比底膠稍厚。嚴(yán)禁出現(xiàn)漏刷現(xiàn)象，特別注意要粘貼芳綸纖維的邊緣部位。第三，粘貼芳綸纖維布，在確定所粘貼部位無誤后，用特制工具反復(fù)沿芳綸纖維方向滾壓，去除氣泡，并使粘結(jié)膠充分浸透芳綸纖維布；并用刮板刮涂芳綸纖維布表面粘結(jié)膠，使之均勻。根據(jù)管片受力特征，本次加固芳綸纖維粘貼一層，滿足加固要求。第四，芳綸纖維布粘貼后表面均勻涂抹粘結(jié)膠。用工具反復(fù)沿芳綸纖維方向滾壓，并用刮板刮涂芳綸纖維布表面粘結(jié)膠，使之均勻。第五，芳綸纖維布沿芳綸纖維方向的搭接長度不得小于300 mm。

芳綸纖維配套樹脂見圖5，粘貼好的芳綸纖維見圖6。

2.3 嚴(yán)重受損管片修補(bǔ)

對(duì)于受損嚴(yán)重、變形較大的管片，在隧道內(nèi)部采用鋼環(huán)對(duì)管片進(jìn)行加固，以改善隧道的受力性能，控制隧道結(jié)構(gòu)變形。鋼環(huán)施工工藝如下：

1)鋼環(huán)選擇：根據(jù)國內(nèi)鋼環(huán)加固管片隧道經(jīng)驗(yàn)，要達(dá)到增加襯砌整體性、又要利于安裝，選擇厚度為20 mm的鋼板加工鋼環(huán)。鋼環(huán)采用分塊制造，現(xiàn)場進(jìn)行安裝和焊接。

2)為保證鋼環(huán)的整體剛度，在鋼環(huán)端部設(shè)置3道20 mm厚20×85的加勁板(見圖7)。

3)安裝時(shí)放置20 t千斤頂并對(duì)鋼板施加預(yù)應(yīng)力，使鋼板與管片混凝土面緊貼，同時(shí)在管片相應(yīng)的位置鉆孔打入M16化學(xué)錨栓。

4)為使鋼環(huán)與襯砌之間形成一個(gè)整體結(jié)構(gòu),在兩者之間壓注親水性低粘度環(huán)氧漿液。每個(gè)鋼環(huán)兩端在壓漿前應(yīng)先用專用密封膠作封堵密閉處理,鋼環(huán)頂部及底部應(yīng)預(yù)設(shè)壓注環(huán)氧樹脂的進(jìn)漿孔、出漿孔(包括觀察孔、備用注入孔)。

5)鋼環(huán)安裝完成后鋼環(huán)分塊之間的焊縫經(jīng)超聲波探傷應(yīng)符合2級(jí)焊縫標(biāo)準(zhǔn)。鋼環(huán)內(nèi)表面在焊接施工結(jié)束后采用環(huán)氧瀝青涂層做防腐蝕處理。涂層厚度均勻分兩層進(jìn)行噴涂，總厚度不少于1.2 mm。

3 結(jié)語

在盾構(gòu)施工中盡量減少對(duì)管片的損壞，在各個(gè)環(huán)節(jié)做到仔細(xì)、認(rèn)真、科學(xué)、合理才能保證管片的完好無損，減少因損壞帶來的修補(bǔ)工作。修補(bǔ)施工中我們采用了合理的修補(bǔ)技術(shù)、措施及嚴(yán)格的安全、質(zhì)量控制措施，修補(bǔ)后的管片顏色與原色基本一致，且表面的光潔度與原管片也基本一致，確保了隧道內(nèi)管片的整體效果。對(duì)于較大錯(cuò)臺(tái)的修補(bǔ)一定要慎重考慮，因?yàn)樵谲囕v運(yùn)營中反復(fù)振動(dòng)會(huì)使修補(bǔ)部位產(chǎn)生疲勞，從而導(dǎo)致脫落，而且其工藝復(fù)雜需要專業(yè)隊(duì)伍施工方可保證質(zhì)量。破碎管片采用圓環(huán)鋼襯支護(hù)后一定要確保鋼板內(nèi)表面的防腐及絕緣，確保運(yùn)營中的安全。

[1] GB 50446-2008,盾構(gòu)法隧道施工與驗(yàn)收規(guī)范[S].

[2] GB 50550-2010,建筑結(jié)構(gòu)加固工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].

The repair technology of shield segments damage slab staggering

XIE Xiao-li

(ChinaRailway15thBureauGroupLimitedCompany,Luoyang471013,China)

Combining with specific construction condition, this paper analyzed the subjective and objective reasons of damage, chipping, slab staggering and other phenomena in shield tunneling process, and based on the different of damaged position, area, depth situations, discussed the specific repair methods should be taken in segment slightly damaged, largely damage and seriously damaged, for reference.

shield segment, slab staggering, damage, repair technology

1009-6825(2014)30-0174-02

2014-07-28

謝曉利(1981- )，女，經(jīng)濟(jì)師

U455.43

A