張凌之

廣東珠肇鐵路有限責(zé)任公司 廣東 廣州 510000

1 隧道盾構(gòu)隧道管片的相關(guān)研究

為了滿足盾構(gòu)隧道的基本施工需求，需要合理的對(duì)相關(guān)設(shè)備、設(shè)施、工器具、構(gòu)件進(jìn)行應(yīng)用，其中，盾構(gòu)隧道管片就是隧道襯砌主體，是盾構(gòu)施工中的關(guān)鍵裝配構(gòu)件，其在工作中，需要發(fā)揮抵抗土層壓力、地下水壓力以及一些特殊荷載的作用，通過(guò)盾構(gòu)隧道管片的合理使用，可以滿足盾構(gòu)施工中施工荷載需要，投入使用后永久襯砌結(jié)構(gòu)的需求。而在具體的施工中，盾構(gòu)隧道管片的質(zhì)量不良直接影響盾構(gòu)施工質(zhì)量，不利于后期盾構(gòu)隧道管片的使用功能和服務(wù)作用，甚至可能會(huì)給盾構(gòu)隧道的安全系數(shù)帶來(lái)不利影響。

2 盾構(gòu)隧道管片開裂的原因

2.1 管片生產(chǎn)環(huán)節(jié)

管片加工生產(chǎn)時(shí)主要有兩個(gè)階段易出現(xiàn)開裂問(wèn)題，一是蒸汽養(yǎng)護(hù)結(jié)束脫模后的養(yǎng)護(hù)階段，容易出現(xiàn)肉眼清晰可見的微小龜裂，管片外弧表層生成了數(shù)量較多裂痕，裂痕寬度一般＜0.2mm，局部位置裂縫可能侵犯了保護(hù)層。第二階段對(duì)應(yīng)的管片強(qiáng)度水平要抵達(dá)設(shè)計(jì)要求以后，管片在轉(zhuǎn)廠運(yùn)送、進(jìn)場(chǎng)檢驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)拼裝時(shí)觀察到局部出現(xiàn)了細(xì)小裂紋，在出廠外觀檢查環(huán)節(jié)不易被探查到，在集中應(yīng)力的長(zhǎng)時(shí)間作用下，裂紋會(huì)快速呈不規(guī)則態(tài)勢(shì)向遠(yuǎn)處延展。

2.2 盾構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)掘進(jìn)過(guò)程引起的開裂

現(xiàn)場(chǎng)掘進(jìn)時(shí)主要是在腰部以上位置出現(xiàn)裂縫，拱頂處是裂縫集中出現(xiàn)的部位。其中又以正向裂縫為主要形式( 裂縫開口方向與盾構(gòu)施工推進(jìn)方向一致，兩者相反時(shí)則被定義成負(fù)向裂縫) 。隧道腰部與略微偏上部位也可能存在著負(fù)向裂縫。在本項(xiàng)目?jī)?nèi)左線 12～28 環(huán)連續(xù)在2點(diǎn)以及10 點(diǎn)鐘方向形成了貫通裂縫，2點(diǎn)、10 點(diǎn)鐘方向裂縫寬度分別達(dá)到0.88mm、0.48mm，其他環(huán)管片裂縫寬度值均≤0.2mm[2]。由盾構(gòu)掘進(jìn)施工導(dǎo)致的管片開裂原因主要有如下幾點(diǎn)：一是推力過(guò)大。盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)油缸直接作用在管片之上是設(shè)備提供的推進(jìn)反力，推力是導(dǎo)致管片局部開裂的根本原因，盾構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)掘進(jìn)施工中產(chǎn)生過(guò)大的總推力直接造成管片發(fā)生開裂問(wèn)題。既往有研究表明，當(dāng)盾構(gòu)機(jī)的總推力＞15000kN時(shí)，對(duì)于前期沒(méi)有進(jìn)行蓄水養(yǎng)護(hù)或者養(yǎng)護(hù)不到位、厚度范圍30～35 cm、配筋少于150kg/m3管片構(gòu)件，其發(fā)生開裂問(wèn)題的概率會(huì)有所增加，后續(xù)伴隨總推力的僅有不增加，管片會(huì)頻繁發(fā)生開裂問(wèn)題。二是千斤頂施加的推力不均，撐靴著力點(diǎn)位置發(fā)生偏移?，F(xiàn)場(chǎng)經(jīng)連續(xù)觀察發(fā)現(xiàn)管片上出現(xiàn)了很多崩角破損情況，而中部之下未見崩角破損，管片的拼裝錯(cuò)臺(tái)及拼縫均偏大，管片整圓度和設(shè)計(jì)要求之間存在較大的出入。三是盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)姿勢(shì)調(diào)控和線路曲線段之間的匹配度較差，造成盾殼與管片兩者形成的間隙過(guò)小，進(jìn)而對(duì)管片形成較大的擠壓作用，使其逐漸出現(xiàn)開裂情況。

2.3 盾構(gòu)隧道運(yùn)營(yíng)中的開裂

運(yùn)營(yíng)階段管片開裂問(wèn)題的成因主要有兩點(diǎn)[3]：一是隧道周圍土壓、水位出現(xiàn)了不同程度的變化。本區(qū)段現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)受航運(yùn)及水流產(chǎn)生的影響較大，外加工期等因素的制約而沒(méi)有及時(shí)詳細(xì)勘測(cè)其地質(zhì)狀況，但是能夠確定項(xiàng)目完工后期周圍地質(zhì)、水位等客觀條件均出現(xiàn)了不同程度的改變；二是隧道中列車運(yùn)行過(guò)程中形成溫度振動(dòng)會(huì)使周圍地層出現(xiàn)一定改變。

3 盾構(gòu)隧道管片開裂的相應(yīng)措施

3.1 加強(qiáng)管片構(gòu)件生產(chǎn)質(zhì)量的控制

管片生產(chǎn)期間，為了滿足盾構(gòu)施工的基本需求，應(yīng)對(duì)盾構(gòu)隧道管片的生產(chǎn)質(zhì)量控制進(jìn)行研究，確定管片生產(chǎn)關(guān)鍵質(zhì)量控制點(diǎn)，在日常生產(chǎn)中進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)管控，確保管片生產(chǎn)質(zhì)量。

原材料質(zhì)量的控制。為了保證管片生產(chǎn)施工質(zhì)量，需要對(duì)鋼筋、水泥、煤灰、礦粉、黃砂、碎石、減水劑、攪拌及養(yǎng)護(hù)用水、預(yù)埋件等原材料進(jìn)行控制，所以在工作過(guò)程中，需要注意對(duì)原材料的選擇及驗(yàn)收工作進(jìn)行嚴(yán)格管理，從生產(chǎn)源頭管控管片質(zhì)量。

首先，需要做好原材料的選型分析，使得原材料能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)需求，還應(yīng)做好供應(yīng)商的選擇工作，建立合格供應(yīng)商名錄，確保供應(yīng)商基本資質(zhì)、信譽(yù)、供貨質(zhì)量等情況可以得到有效保證。

其次，建立原材料進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收制度，由專人負(fù)責(zé)對(duì)每批次進(jìn)場(chǎng)原材料進(jìn)行取樣驗(yàn)收，具體驗(yàn)收工作中，可以按照如下相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行。材料入庫(kù)前，由監(jiān)理單位見證并由專人立即進(jìn)行入庫(kù)前質(zhì)量預(yù)檢驗(yàn)。由施工單位送檢員取樣，取樣按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行，監(jiān)理旁站見證。施工單位自行保管好進(jìn)貨單據(jù)及質(zhì)量保證書。其中，質(zhì)量保證書每月提交資料員匯總歸檔保存。

最后，原材料檢測(cè)采用施工單位自檢與委外檢測(cè)雙重控制，自檢項(xiàng)目在施工單位內(nèi)部試驗(yàn)室進(jìn)行，委外檢測(cè)由具備相應(yīng)檢測(cè)資質(zhì)的第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)。原材料各項(xiàng)性能指標(biāo)檢驗(yàn)合格后，方可投入使用，對(duì)不符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的原材料在監(jiān)理單位見證下作退貨處理，未經(jīng)檢驗(yàn)原材料嚴(yán)禁直接用于管片生產(chǎn)。

3.2 有針對(duì)性地完善施工工藝

對(duì)于振搗工藝，運(yùn)用模具振動(dòng)臺(tái)整體振搗工法，在這樣的工況下會(huì)形成較大的振動(dòng)能量，使同個(gè)澆筑層砼振搗均勻度得到保障，進(jìn)行機(jī)械化施工盡管能減少人為因素帶來(lái)的干擾，但可能還會(huì)帶來(lái)垂直層上分布不均、上孤面或外孤面翻漿等問(wèn)題。建議在螺栓孔、鋼筋構(gòu)件密集分布等特殊部位建議運(yùn)用人工振搗法進(jìn)行強(qiáng)化，以防因砼振搗施工不到位而在局部出現(xiàn)裂縫。管片養(yǎng)護(hù)主要由脫模前的蒸汽養(yǎng)護(hù)與脫模后灑水兩大部分構(gòu)成，前者有助于縮短脫模時(shí)長(zhǎng)，提高鋼模資源的現(xiàn)場(chǎng)周轉(zhuǎn)效率，當(dāng)以上過(guò)程一定要指派專人嚴(yán)控蒸養(yǎng)的最高溫度、升降溫梯度等參數(shù)；設(shè)定灑水養(yǎng)護(hù)的周期為1周，使砼材料進(jìn)行十分徹底的水化作用，可以顯著增加這種材料的密實(shí)度，從基礎(chǔ)環(huán)節(jié)減少或規(guī)避局部開裂質(zhì)量問(wèn)題。

3.3 加強(qiáng)防水材料的控制

參照項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)具體施工狀況動(dòng)態(tài)調(diào)控木襯墊材質(zhì)類別以及實(shí)際粘貼厚度，一定要選用適用性最強(qiáng)的建材開展施工作業(yè)活動(dòng)。按照設(shè)計(jì)圖紙規(guī)范化拼裝管片之前，一定要嚴(yán)格檢查管片防水材料的使用性能，特別是要把管片上一環(huán)環(huán)面作為重點(diǎn)檢查對(duì)象，及時(shí)清除掉雜物，特殊情況下可以對(duì)軟木襯墊進(jìn)行潤(rùn)滑處理，借此方式減少管片安裝環(huán)節(jié)的摩擦力大小。

3.4 安裝過(guò)程嚴(yán)格控制

督導(dǎo)參建工人嚴(yán)格按照管片安裝規(guī)范安裝管片，加強(qiáng)管片錯(cuò)臺(tái)、間隙及環(huán)面平整度等指標(biāo)的控制。拼裝管片時(shí)不能一味地追求快速完工，要加強(qiáng)拼裝質(zhì)量的把控，特別是要加強(qiáng)細(xì)節(jié)性問(wèn)題的把控，以防對(duì)管片外弧面保護(hù)層的施工效果產(chǎn)生負(fù)面影響。為達(dá)成以上目標(biāo)，一定要加大拼裝歐冠驚人技術(shù)培訓(xùn)，規(guī)避現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)、喇叭口、螺栓松動(dòng)等問(wèn)題。拼裝各塊管片時(shí)杜絕出現(xiàn)在止水條上進(jìn)行擠壓的操作行為，及時(shí)調(diào)整管片所處方位，規(guī)避局部止水條拉伸、翻轉(zhuǎn)、脫膠等異常狀況?，F(xiàn)場(chǎng)拼裝時(shí)一定確保拼裝點(diǎn)位合理，確保盾尾間隙大小適宜，杜絕管片橢變形體增大、盾尾間隙過(guò)于狹窄等狀況。

3.5 管片螺栓復(fù)緊

盾構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)掘進(jìn)施工時(shí)，在油缸荷載作用下前期拼裝好的管片位置可能會(huì)發(fā)生偏移，這種移位情況造成的直接后果是局部螺栓松動(dòng)；后期伴隨盾構(gòu)施工活動(dòng)繼續(xù)進(jìn)行油缸推力給后端已拼好的管片施加的荷載作用會(huì)不斷降低，在這樣的工況下就會(huì)凸顯出螺栓的松弛效應(yīng)，增加了局部管片錯(cuò)臺(tái)、接縫處滲漏水等問(wèn)題發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。故而，盾構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)掘進(jìn)期間工人要及時(shí)對(duì)管片螺栓進(jìn)行復(fù)緊處理。

3.6 盾構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)掘進(jìn)參數(shù)控制

一是在工程現(xiàn)場(chǎng)可以嘗試預(yù)控盾構(gòu)垂直姿態(tài)，建議把掘進(jìn)姿態(tài)調(diào)控在負(fù)值，準(zhǔn)確在區(qū)間單位中預(yù)留下一定的管片上浮量。

二是加強(qiáng)注漿壓力大小的控制。具體是參照管片裂紋發(fā)生的具體部位、數(shù)目等動(dòng)態(tài)調(diào)控砂漿的泵擊頻次，通過(guò)落實(shí)以上辦法對(duì)管片裂紋問(wèn)題能起到較好的防控作用。

3.7 為管片角部增設(shè)U形筋

因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)管片角部砂漿厚度值相對(duì)較大，為了提高角部結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度水平，可以把U形筋增設(shè)到管片角部，借此方式增強(qiáng)其受力性能。

3.8 及時(shí)治理缺陷問(wèn)題等

組織工人對(duì)管片發(fā)生開裂滲漏水范疇進(jìn)行二次注漿修復(fù)，鑒于管片二次注漿孔間距相對(duì)較大這一現(xiàn)實(shí)狀況，現(xiàn)場(chǎng)施工井中為了增加管片背后注漿擴(kuò)散范疇，使補(bǔ)注漿成效得到更大保障，建議選擇單液水泥漿作為，P.O42.5 普通水泥，設(shè)計(jì)水灰比采1：1；隨后配合使用局部注改性環(huán)氧樹脂材料進(jìn)行堵漏施工。

4 盾構(gòu)隧道管片開裂整治技術(shù)

4.1 盾構(gòu)隧道管片裂縫修補(bǔ)措施

國(guó)內(nèi)外學(xué)者將盾構(gòu)隧道管片裂縫產(chǎn)生的原因作為依據(jù)提出多種控制裂縫的方法，但因受多種不可控性因素的影響，裂縫問(wèn)題依舊愈演愈烈，使得城市中的地鐵建設(shè)對(duì)于裂縫的修補(bǔ)提出了更高的要求。為進(jìn)一步提升混凝土盾構(gòu)隧道管片的運(yùn)營(yíng)壽命，需在不影響結(jié)構(gòu)承載力的基礎(chǔ)上，依據(jù)裂縫發(fā)展情況和滲漏表現(xiàn)來(lái)進(jìn)行針對(duì)性修補(bǔ)。一般來(lái)說(shuō)，可以選取P.O52.5普通硅酸鹽水泥與快凝快硬水泥作為主要的修補(bǔ)材料，將適量的白水泥摻入到其中，可讓修補(bǔ)部分與混凝土管片本身的顏色更為接近。針對(duì)小部分崩角破損的裂縫情況，需鑿除松散部分將新鮮混凝土材料露出并作清理處理，涂刷混凝土界面劑后再進(jìn)行相應(yīng)的修補(bǔ)。針對(duì)深度較大的裂縫情況，需以裂縫為鑿除方向，將其鑿稱寬度≥10mm，深度≥15mm的V形槽，清理之后涂刷混凝土界面劑之后實(shí)施分層修補(bǔ)，將修補(bǔ)厚度控制在20～20mm。針對(duì)存在滲漏現(xiàn)象的裂縫，需先使用快凝快硬水泥進(jìn)行修補(bǔ)，接著進(jìn)行鉆孔，將聚氨酯或環(huán)氧樹脂等堵漏材料注入其中，做好封堵工作。完成裂縫封閉之后，需要檢查密封性能，可采用裂縫處涂抹肥皂水并注入壓縮空氣的方式進(jìn)行檢驗(yàn)，一旦發(fā)現(xiàn)漏氣現(xiàn)象需要立即實(shí)施密封處理。

圖1 盾構(gòu)隧道管片裂縫修補(bǔ)示意圖

4.2 盾構(gòu)隧道管片鋼環(huán)加固修補(bǔ)措施

隧道盾構(gòu)隧道管片出現(xiàn)嚴(yán)重變形收斂，管片裂縫、崩角掉塊、漏水漏漿。若不加以處置，后續(xù)發(fā)展會(huì)造成設(shè)備超限、隧道坍塌等嚴(yán)重后果，影響地鐵運(yùn)營(yíng)，故應(yīng)對(duì)管片變形區(qū)段進(jìn)行加固處理。一般來(lái)說(shuō)，完成隧道表面的病害處理后，在內(nèi)襯進(jìn)行鋼環(huán)加固處理。管片加固完成前對(duì)各型縫（管片環(huán)、縱縫）進(jìn)行注漿處理，管片注漿應(yīng)在盾構(gòu)變形趨于穩(wěn)定的狀態(tài)下實(shí)施，注漿材料：管片環(huán)、縱接縫采用彈性環(huán)氧樹脂，道床與管片脫空處及鋼環(huán)與混凝土管片背后采用親水剛性環(huán)氧樹脂。為保證注漿效果，注漿前對(duì)各型縫進(jìn)行嵌縫處理，嵌縫材料采用彈性環(huán)氧膠泥，手孔用聚合物水泥防水砂漿充填。鋼板及拉板表面需要作防腐蝕處理，為保證粘結(jié)效果背部不作防腐處理，防腐施工前應(yīng)對(duì)鋼環(huán)兩面均采用進(jìn)行噴砂除銹處理。

鋼環(huán)一般選用Q345B鋼，厚度20mm厚的鋼板制作，依據(jù)鋼環(huán)構(gòu)件的不同弧長(zhǎng)分成6-7塊鋼板，拼裝之后形成封閉的圓環(huán)。鋼環(huán)拼裝時(shí)如管片有滲漏現(xiàn)象，應(yīng)先進(jìn)行堵漏再粘貼鋼板。鋼環(huán)拼裝采用錨栓固定，結(jié)構(gòu)用植筋膠，采用改性環(huán)氧樹脂或改性乙烯基脂類膠粘劑。鋼環(huán)安裝時(shí)應(yīng)先安裝底部牛腿，然后由下往上安裝，鋼環(huán)接縫采用坡口焊接，焊縫位置應(yīng)避開管片縱縫設(shè)置。為使鋼板與管片間協(xié)同作用，待鋼環(huán)完成安裝之后，使用楔形橡膠條封閉鋼環(huán)兩側(cè)，然后從鋼環(huán)預(yù)留好的注漿孔填充鋼環(huán)與管片的間隙，采用剛性環(huán)氧樹脂注漿，要求漿液凝固后無(wú)收縮，鋼環(huán)與管片間縫隙填充良好，無(wú)空鼓。鋼環(huán)之間的連接以扁鋼為主，讓其端部與鋼環(huán)端部保持在連接狀態(tài)，完成鋼環(huán)加固修補(bǔ)措施。

4.3 完善管片裂縫防治過(guò)程控制

為進(jìn)一步提升盾構(gòu)隧道管片裂縫防治效果，需重視管運(yùn)營(yíng)管理的過(guò)程，確保裂縫防治的質(zhì)量與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)相符。裂縫防治質(zhì)量的提升是一項(xiàng)系統(tǒng)性工程，需從多個(gè)方面來(lái)把控過(guò)程管理。首先，在日常的運(yùn)營(yíng)管理當(dāng)中，需以相應(yīng)操作手冊(cè)作為主要依據(jù)，通過(guò)制定完善的操作手冊(cè)內(nèi)容，并對(duì)管片作業(yè)的基本要求進(jìn)行關(guān)注，讓整個(gè)裂縫防治工作的開展都可有所依據(jù)，并顯示出足夠的操作性、適用性與指導(dǎo)性。此外，裂縫防治管理中的程序性也是需要重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容，要以明確且詳細(xì)的規(guī)定作為依據(jù)，與實(shí)際的工作情況結(jié)合在一起，充分落實(shí)好相應(yīng)的技術(shù)交底工作，然后制定出統(tǒng)一化的質(zhì)量管理要求，讓裂縫防治的整個(gè)過(guò)程都可以得到有效的管理與監(jiān)督，促進(jìn)整個(gè)地鐵運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)的有效發(fā)展。

圖2 管片裂縫維護(hù)示意圖

5 結(jié)束語(yǔ)

總之，導(dǎo)致盾構(gòu)隧道管片出現(xiàn)局部開裂問(wèn)題的原因較多，對(duì)相關(guān)機(jī)理的研究應(yīng)該是一個(gè)與現(xiàn)實(shí)情況持續(xù)驗(yàn)證的過(guò)程，應(yīng)深入挖掘造成開裂問(wèn)題的成因，明確其產(chǎn)生的危害性，是自覺(jué)樹立綜合治理施工理念，在具體措施應(yīng)用時(shí)要追求實(shí)現(xiàn)針對(duì)性，要積極從源頭抓起，即加強(qiáng)管片生產(chǎn)質(zhì)量的控制，現(xiàn)場(chǎng)施工中加強(qiáng)防水材料、盾尾間隙大小等指標(biāo)的控制，多管齊下，共同提高管片施工質(zhì)量，延長(zhǎng)使用壽命，為隧道工程建設(shè)與發(fā)展提供保障。