李 衛(wèi)

蘇交科集團股份有限公司

1 引言

隨著社會的發(fā)展，交通路況越來越擁堵，更多的城市為了緩解城市的交通壓力，紛紛選用了地下軌道交通這一方式。而城市軌道交通的隧道多采用盾構(gòu)法進行施工，利用預(yù)制好的鋼筋混凝土管片進行拼裝成環(huán)，接縫進行防水處理從而形成隧道。因此管片施工質(zhì)量直接影響到隧道使用安全和壽命。

決定管片施工質(zhì)量因素很多，有地層條件、盾構(gòu)機、管片生產(chǎn)、掘進控制、管片拼裝控制、管片防水及管片后期處理等其他輔助工法的使用。站在施工的角度去看，就是主要控制好管片拼裝技術(shù)、管片防水技術(shù)、盾構(gòu)掘進技術(shù)等這些關(guān)鍵因素。

2 管片質(zhì)量控制技術(shù)

盾構(gòu)機在水平和垂直線路上為有一定長度的直線剛形體，隧道線路若為直線，則管片質(zhì)量較好控制，當(dāng)是曲線的時候，曲線的半徑越小，盾構(gòu)的機身就會越長，這時候，盾構(gòu)機的掘進線路和隧道軸線擬合越難，誤差也就會越大。盾構(gòu)姿態(tài)和管片姿態(tài)就極不易控制，一旦出現(xiàn)姿態(tài)的不協(xié)調(diào)就會產(chǎn)生受力不均引起管片錯臺、長期的管片拼裝質(zhì)量缺陷會造出環(huán)面不平引起管片裂紋和碎裂。

2.1 管片錯臺

在直線線路上的盾構(gòu)掘進施工，控制管片錯臺遵循以下幾條原則：（1）保證盾構(gòu)機姿態(tài)穩(wěn)定，水平姿態(tài)和垂直姿態(tài)在軸線附近成蛇形趨勢行走；（2）盾構(gòu)姿態(tài)在糾偏時采取“小糾偏、勤糾偏、提前糾偏”的原則進行糾偏，避免糾偏過快過大；（3）確保盾尾間隙穩(wěn)定，一旦出現(xiàn)盾尾間隙過小，可采取貼片對管片進行小糾偏，不可采取轉(zhuǎn)彎環(huán)進行調(diào)整；（4）定期對管片整圓度進行檢查，小幅度對失圓管片進行調(diào)整確保管片拼裝質(zhì)量。

曲線線路上的管片錯臺控制主要受以下幾個方面因素影響：在曲線段上進行盾尾間隙管片拼裝過程中，管片軸線之間的間隙總是滯后于盾構(gòu)掘進線路，這使得上下端之間管片拼裝完成后的盾尾間隙不均勻，尤其是在特急曲線段。盾尾間隙的不均勻會影嚴(yán)重響施工的質(zhì)量。例如，盾尾密封刷受到長期擠壓會降低或失去密封刷的回彈能力；盾尾間隙過大時，會發(fā)生漏漿和涌水涌砂的現(xiàn)象；管片也會壓壞，甚至出現(xiàn)差生貫通裂紋的現(xiàn)象。

做好管片超前量預(yù)控，提前貼片，合理使用轉(zhuǎn)彎環(huán)，保證管片拼裝質(zhì)量，這樣可以有效保證盾尾的間隙。

在曲線段的施工過程中，左右半部之間的推力差較大，導(dǎo)致左右半部之間的側(cè)向土壓力差較大。盾構(gòu)與各段中組裝的管片之間的角度以及掘進線路的法線方向在推力作用下產(chǎn)生一側(cè)向分力（見圖1）。管片在這兩個原因的共同作用下，會在脫離盾尾一定距離后將沿外側(cè)嚴(yán)重錯臺，向線路外側(cè)漂移。

F總——盾構(gòu)總推力；

F側(cè)——平行與管片環(huán)面的側(cè)向反作用力；

F縱——垂直于管片環(huán)面的反作用力；

l——管片寬度；

D——管片外徑；

圖1側(cè)向分力作用下管片整體向線路外側(cè)漂移側(cè)向分力的計算：

可以看出，在條件允許的情況下，可以在彎道施工階段適當(dāng)減小總推力。對于曲率半徑小的管線，應(yīng)選擇早期強度高，流動性好，填充性好的雙重漿液進行同步灌漿，以減少副反應(yīng)和管段偏離管線的漂移。

2.2 管片裂紋與碎裂

當(dāng)將防護罩從環(huán)100挖到環(huán)375時，在隧道拱頂附近的某些部分出現(xiàn)裂縫，而在環(huán)260到環(huán)330的裂縫也更多。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，在分段組裝之后出現(xiàn)了裂縫。當(dāng)盾構(gòu)隧道開始時，裂縫出現(xiàn)在組裝段的最后一個環(huán)或第二個環(huán)中，并且裂紋從該段的前部向后部延伸到段的中間。

根據(jù)盾構(gòu)掘進數(shù)據(jù)和現(xiàn)場量測，管片出現(xiàn)裂紋和碎裂的原因如下：（1）管片環(huán)面不平整：管片制作誤差、貼片的不平整、管片拼裝誤差等因素造成的管片環(huán)面不平整，使管片上部有略微突起，再拼裝下一環(huán)后在突起部位形成一懸臂梁，從而產(chǎn)生拉應(yīng)力和縱向彎矩造成管片開裂；（2）盾構(gòu)機掘進速度過快，推力過大；（3）管片養(yǎng)護問題；（4）由于區(qū)間隧道的彎曲半徑小，難以控制盾構(gòu)機的姿態(tài)，導(dǎo)致盾構(gòu)機的姿態(tài)不能令人滿意；（5）千斤頂支撐板損壞或重心偏離，造成管片偏心受壓；（6）盾構(gòu)機姿態(tài)控制與線路曲線段不匹配；（7）管片拼裝完成后，封頂塊防水橡膠條凸出，使后一環(huán)的封頂塊在此處形成一簡支梁，產(chǎn)生受拉彎矩。拉應(yīng)力與剪應(yīng)力結(jié)合，以受拉開裂為主。

根據(jù)以上原因分析，做出以下措施防止管片繼續(xù)開裂。

（1）盾構(gòu)掘進時，降低推進速度，加強盾構(gòu)機姿態(tài)的控制；（2）加強隧道管片的糾偏量，保證千斤頂與管片斷面的垂直度，減小對管片的向外彎矩；（3）管片拼裝時，控制拼裝質(zhì)量，保證最后一塊管片（封頂塊）的拼裝空間，同時在封頂塊兩側(cè)密封條及與其對應(yīng)得鄰接塊密封條上涂抹潤滑劑，減少摩阻力，防止密封條凸出環(huán)面；（4）管片拼裝完成后檢查管片的環(huán)面平整度并找平；（5）適當(dāng)減少注漿量；（6）加強對管片生產(chǎn)的管理，尤其是養(yǎng)護問題。

2.3 管片裂紋與碎裂后期處理

管片裂縫處在經(jīng)過一段時間后會發(fā)生鈣化并逐漸愈合，雖然對隧道本身強度不會有影響，但對隧道的使用年限有所影響。因此根據(jù)以往的施工經(jīng)驗、現(xiàn)場調(diào)查分析應(yīng)根據(jù)開裂管片的裂縫發(fā)展情況做出處理。

（1）對于裂縫較小的部位不做處理；（2）對于裂縫較嚴(yán)重的部位在結(jié)束施工后，使用高壓灌漿，填補內(nèi)部空隙，防止地層中水滲入腐蝕鋼筋。

隧道中開裂管片得到有效控制后，在今后施工中加強對管片生產(chǎn)質(zhì)量、原材料進廠、管片拼裝工藝、盾構(gòu)掘進、注漿等項的管理控制，嚴(yán)防類似情況的出現(xiàn)，保證施工質(zhì)量、安全。

2.4 管片破損修復(fù)處理

2.4.1 管片破損修補分類

先將破碎管片和有裂隙的松散結(jié)構(gòu)周邊鑿除，檢查破損深度和面積。

（1）對于破損深度小于20mm，面積小于200mm×200mm破損處，用鋼絲刷將表面石屑清理干凈，并用清水沖洗，表面干燥后先涂刷界面劑，再用高于管片自身強度的環(huán)氧水泥砂漿填補，修邊收面。修補砂漿干硬后，用磨光機對表面進行磨光處理。磨光后用管片同色水泥漿抹面處理，初凝后進行薄膜保濕養(yǎng)護工作。

工藝流程：防水堵漏→碎塊鑿除→碎裂處表面清理→涂界面劑→分層抹環(huán)氧修補砂漿→做標(biāo)記。

（2）對于破損深度超過20mm，面積超過200mm×200mm部位，應(yīng)先采取植筋掛網(wǎng)措施，再用高于管片自身強度的環(huán)氧水泥砂漿填充處理。表層處理及養(yǎng)護同上。

工藝流程為：防水堵漏→碎塊鑿除→鉆孔植筋→表面清理→涂刷界面劑→抹第一層環(huán)氧修補水泥砂漿→掛鋼筋網(wǎng)片→分層抹環(huán)氧修補水泥砂漿→做標(biāo)記。

2.4.2 管片修復(fù)工藝流程

（1）管片防水堵漏。施工前，先對碎裂管片進行防水堵漏處理，以防今后鋼筋的銹蝕，具體按管片防滲漏方案施工。

（2）混凝土碎塊鑿除。先對碎裂處尚未掉落或有裂縫的混凝土碎塊進行鑿除。

（3）鉆孔植筋。鉆孔用8mm的鉆頭，在管片碎裂處沿約30°角向上鉆孔，鉆孔深度約為5cm~6cm。這樣既能保持植筋的有效深度，鉆孔時也不容易碰到管片鋼筋?？着c孔之間的間距約為10cm~15cm。植筋前先把鋼筋孔內(nèi)的碎屑吹干凈，然后往孔中植入植筋膠，孔內(nèi)植筋膠應(yīng)充填密實，然后將鋼筋植入進去。在植入鋼筋的時候，進去的時候需要旋轉(zhuǎn)著，在鋼筋及混凝土上均勻的附上膠水。

（4）表面清理。用油漆刷蘸水把碎裂處表面洗刷一下，鋼筋裸露的時候，如果有銹蝕，要把鋼筋表面的銹蝕用鋼絲刷去，也要把防銹劑涂上。

（5）涂刷混凝土界面劑。界面劑選用YJ－302（雙組分）用于混凝土。其是一種雙組分的水泥砂漿黏結(jié)增強劑，是雙組份乳液以水乳環(huán)氧為基料的。

將界面劑以甲組∶乙組∶水泥=1∶3∶4的配合比例分好，將其倒入容器中進行攪拌，用軟刷將溶液刷在管片修補基面上，在未干的時候，進行管片修復(fù)。界面劑應(yīng)該按使用劑量進行攪拌，需要在兩個小時之內(nèi)用完。界面劑涂刷均勻，不少于2遍。

（6）抹第一次環(huán)氧修補水泥砂漿。等到植筋膠初凝后，在抹漿之前，需用鋼絲刷對修補處進行清洗濕潤，開始抹第一次環(huán)氧修補水泥砂漿。

（7）綁扎鋼絲網(wǎng)片。測量破碎部分，根據(jù)破碎部分的大小切割出合適尺寸的網(wǎng)片，網(wǎng)片的各邊都比碎裂處小1cm左右。必須用扎絲把植入鋼筋與網(wǎng)片連接起來，條件具備時，用電焊把植入的鋼筋、管片結(jié)構(gòu)鋼筋、鋼絲網(wǎng)片焊接牢固，防止后期修補部位掉落，保證后期運營安全。

（8）分層抹環(huán)氧修補水泥砂漿。在隨后的環(huán)氧水泥砂漿修復(fù)過程,特別要注意避免修理間附著力和相鄰段部分,然后是段應(yīng)修復(fù)層,直到段完全修復(fù),形成,并且每一層的厚度不得超過15mm。修補砂漿干硬后，用磨床打磨表面。為了使修補部分的顏色與分段表面的顏色一致，修補部分需要用水泥漿進行抹灰。

（9）對修復(fù)的管片進行標(biāo)記。最后在修補的地方做好標(biāo)記，并做好記錄備案，方便以后的跟蹤觀察。

鋼筋直徑Φ6mm，深度50mm~60mm，植筋間距15cm。植筋膠黏結(jié)強度≥15MPa，剪切鋼筋網(wǎng)片采用S:50mm×50mm、d:4mm，與植筋扎絲綁扎連接。鋼筋網(wǎng)片保護層厚度不小于20mm。

3 結(jié)束語

盾構(gòu)法隧道中管片質(zhì)量是關(guān)鍵，直接影響隧道安全和使用壽命，曲線上的盾構(gòu)施工，盾構(gòu)姿態(tài)和管片姿態(tài)極難控制，很容易產(chǎn)生連續(xù)錯臺和管片裂紋，較為嚴(yán)重時甚至?xí)斐晒芷榱?。因此要充分認(rèn)識到管片控制的重要性，從初期的管片生產(chǎn)、管片養(yǎng)護，施工期管片防水施工、盾構(gòu)掘進控制、管片拼裝控制、到后期的處理，做好每個環(huán)節(jié)的工作?？刂坪枚軜?gòu)隧道的整體質(zhì)量。此外，盾構(gòu)機的選型、管片設(shè)計、水文地質(zhì)等因素也影響著盾構(gòu)隧道管片質(zhì)量，這里就不一一贅述了?？傊?，我們應(yīng)充分了解盾構(gòu)法施工隧道的特點及難點，控制好每個工序的施工質(zhì)量，確保盾構(gòu)法隧道的安全和使用壽命。