盾構(gòu)隧道質(zhì)量控制分析論文

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摘要:結(jié)合廣州市軌道交通四號線黃村—琶洲站區(qū)間盾構(gòu)工程實例,概括盾構(gòu)隧道施工中常見的質(zhì)量問題,統(tǒng)計分析其產(chǎn)生的原因,并提出相應的解決辦法,以保證隧道的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞:質(zhì)量,措施,隧道,裂紋

1工程概況

廣州市軌道交通四號線黃村—琶洲站盾構(gòu)區(qū)間主要由兩條圓形盾構(gòu)隧道組成。隧道雙線長度為3832.525m;隧道標稱內(nèi)徑為5.4m;埋深為9.6m~23.6m;平面最小曲線半徑為650m;最小豎曲線半徑為3km;最大坡度為28‰;最小坡度為3‰。區(qū)間隧道洞身所穿過的圍巖主要在⑥,⑦,⑧,⑨泥質(zhì)粉砂巖層中通過,工程采用日本三菱公司制造的兩臺刀盤開挖直徑為6.29m的盾構(gòu)機施工。

2施工過程中出現(xiàn)的質(zhì)量問題

右線施工自始發(fā)掘進以來,共掘進156環(huán),出現(xiàn)了管片破損、錯臺、滲水、上浮、隧道軸線偏差等諸多質(zhì)量問題。存在的主要質(zhì)量問題如下:

1)崩缺、裂紋。自右線始發(fā)掘進至今,管片出現(xiàn)的崩角、崩裂幾率較高,主要表現(xiàn)在3點,9點位置,一般在管片脫出盾尾后出現(xiàn)。共計崩角有37處,占總掘進環(huán)數(shù)的24%。裂紋主要集中在63環(huán)~72環(huán),每環(huán)5點~7點位置均有幾道裂紋,最長達到1.2m。共計裂紋18處,占總掘進環(huán)數(shù)的6.5%。

2)滲漏水。拼裝時,由于止水條被扯破或者位移,K塊容易產(chǎn)生滲漏水,在右線隧道79環(huán)~91環(huán)較嚴重。

3)錯臺。普遍出現(xiàn)了上下錯臺的情況,沿盾構(gòu)掘進方向,管片錯臺呈下臺階式,最大錯臺值達30mm。當坡度變化后,螺栓孔被拉裂,在豎曲線段錯臺呈上臺階式,兩側(cè)錯臺通常為10mm~15mm。共計錯臺18處,占總掘進的11.6%,其中,超過20mm的達11.6%。

4)上浮。在前100環(huán),共出現(xiàn)了三次隧道上浮,分別在10環(huán)~25環(huán),59環(huán)~66環(huán),78環(huán)~88環(huán)。最大超限位置在85環(huán),與設(shè)計位置垂直偏差達161mm。

3質(zhì)量問題產(chǎn)生的主要原因

3.1管片崩缺、裂紋產(chǎn)生的原因

管片的崩缺、裂紋對隧道產(chǎn)生的危害比較大,管片損壞后進行修補,修補后的防水性能比原始混凝土差,這樣在今后的使用過程中,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(jié)構(gòu)的使用壽命有一定的影響。造成管片崩缺、裂紋的主要原因如下:

1)盾構(gòu)機方面的原因,三菱盾構(gòu)機存在的主要問題。

盾尾間隙過小。盾尾與管片外表面的間隙僅35mm(而海瑞克盾構(gòu)機為70mm),管片環(huán)軸線與盾尾軸線稍有偏差,即產(chǎn)生盾尾對管片的擠壓、憋壓、拉刮等作用,易造成管片損壞。千斤頂布置不合理。千斤頂?shù)姆植寂c管片塊接縫不匹配,不管如何調(diào)整K塊位置,總出現(xiàn)千斤頂撐靴作用在接縫上(騎縫),易導致管片崩角。盾尾鉸接方面的原因,施工時主動鉸接表現(xiàn)為剛接,使盾尾與管片的適應性變差。

2)盾構(gòu)操作方面的問題。

吊運和拼裝過程中的碰撞損壞,盾構(gòu)機姿態(tài)控制不好。如蛇行或盾構(gòu)機軸線與管片軸線偏差過大,各組推進千斤頂推力相差過大等。

3)管片上浮方面的原因。

隨著盾構(gòu)推進,管片環(huán)脫出盾尾后,立刻受到漿液或地下水浮力的作用要上浮,而位于盾尾內(nèi)剛拼裝的管片則受到盾尾約束,使管狀的隧道結(jié)構(gòu)相當于懸臂梁,在盾尾附近的管片受到的彎矩最大,故管片的開裂往往在脫出盾尾后2環(huán)~3環(huán)處出現(xiàn)的概率最大。

4)管片環(huán)橢變造成裂縫。

管片環(huán)橢變可由于自重作用、浮力作用、注漿偏壓等原因造成。硬巖段管片環(huán)橢變往往表現(xiàn)為“橫鴨蛋”式,即管片環(huán)上下發(fā)生變形。發(fā)生橢變后,管片環(huán)腰部受到負彎矩作用,管片內(nèi)弧面受壓,腰部縱縫相互擠壓而易出現(xiàn)崩角、崩邊以及螺栓孔拉裂等損壞;而管片底部、拱部受到正彎矩作用,管片內(nèi)弧面受拉,頂部、底部縱縫張開,接縫外側(cè)相互擠壓而易出現(xiàn)崩角、崩邊等損壞。由于頂部、底部接縫崩裂往往出現(xiàn)在接縫外側(cè),在隧道內(nèi)難以發(fā)現(xiàn),但此類裂縫對止水槽破壞大,易產(chǎn)生漏水。故實際觀察到的現(xiàn)象是位于隧道腰部(3點,9點附近)的裂縫數(shù)量多,但漏水往往在隧道頂部居多。

5)管片扭轉(zhuǎn)。

管片扭轉(zhuǎn)后,會導致管片端部(千斤頂?shù)淖饔妹?的受壓區(qū)混凝土開裂或相鄰兩塊管片接縫處崩角破壞。

3.2管片滲漏水產(chǎn)生的原因

管片滲漏水主要表現(xiàn)為裂紋滲水,K塊漏水,接縫漏水,吊裝孔因卸水導致階段性滲水。產(chǎn)生原因有以下幾點:

1)管片本身質(zhì)量原因。管片制作和養(yǎng)護過程中出現(xiàn)的質(zhì)量問題。

2)管片壁后注漿防水。壁后注漿實施的好與壞直接影響到隧道的施工質(zhì)量,注漿的好壞影響地面沉降控制,在硬巖段,注漿不足還會導致隧道上浮。事實上,注漿也是隧道的第一道防水防線,注漿不足,直接致使接縫防水和管片防水。3)施工原因。盾構(gòu)與管片的姿態(tài)不好,影響到管片的拼裝質(zhì)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;掘進過程中推力不均勻造成管片受力不均勻而產(chǎn)生裂紋、貫穿性斷裂等而滲漏水;在掘進困難時推力過大也會造成管片產(chǎn)生裂紋而滲漏水;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。由于掘進行程不足或拼裝不當,導致封頂塊插入困難時止水條破壞而漏水;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,管片損壞、崩缺漏水。

3.3管片錯臺產(chǎn)生的原因

1)線路方面的原因。

在小曲率半徑地段,易產(chǎn)生錯臺。主要是由于在轉(zhuǎn)彎段推進千斤頂沿垂直隧道軸線方向的橫向分力引起錯臺。此類錯臺主要表現(xiàn)為左右方向錯臺,隧道腰部錯臺量最大。此外是管片擬合方面產(chǎn)生的幾何誤差,即用折線(片)擬合曲線(線路)產(chǎn)生的誤差。

2)管片上浮造成錯臺。

由于盾尾內(nèi)的管片受到約束,而脫出盾尾的管片受到向上的浮力作用,管片環(huán)之間產(chǎn)生剪力作用而錯臺。此類錯臺主要表現(xiàn)為豎向錯臺,隧道頂部、拱部錯臺量最大。目前的錯臺主要屬于此類錯臺。

3)注漿偏壓造成錯臺。

在進行管片背后二次補注漿,當壓力過大時容易出現(xiàn)錯臺。國外曾經(jīng)出現(xiàn)過在對K塊進行管片背后二次補注漿時由于壓力失控導致K塊失落并傷人的事故。此類錯臺一般表現(xiàn)為局部管片塊的向隧道內(nèi)部錯臺。

4)其他原因造成錯臺。

管片選型不當,掘進操作不當,急糾偏,盾構(gòu)姿態(tài)差等也會造成管片錯臺。

3.4管片上浮產(chǎn)生的原因

硬巖段是產(chǎn)生上浮的外部條件。由于硬巖段隧道圍巖變形小,難以對上浮管片形成頂部約束,而軟土層中洞周收斂快,限制了上浮。線路原因,下坡段導致管片上移。下坡段盾構(gòu)機推進千斤頂與水平方向產(chǎn)生夾角(等于坡度),千斤頂對管片的推力存在豎向分力。按隧道28‰線路坡度,15000kN總推力計算,豎向分力約有420kN。砂漿或地下水的浮力,流體浮力是普遍存在的,這是管片上浮最根本的原因。經(jīng)計算,砂漿密度按1.6kg/cm3考慮,在漿液注滿的情況下,每環(huán)管片受到的浮力約678kN,而每環(huán)管片自重僅200kN,兩者相差478kN,比較容易上浮。超級秘書網(wǎng)

4針對質(zhì)量問題采取的措施

1)加強管片本身生產(chǎn)質(zhì)量控制,嚴格控制管片模具精度、混凝土配比及管片的養(yǎng)護過程;

2)機器設(shè)備方面:三菱盾構(gòu)機采用主動鉸接,通過調(diào)整鉸接千斤頂行程使盾尾軸線盡可能與管片中心同心。改變千斤頂布置,使千斤頂撐靴作用不在接縫上,防止崩缺;

3)施工管理方面:制訂質(zhì)量管理措施和質(zhì)量辦法,嚴格控制管片進場、運輸、拼裝引起的質(zhì)量缺陷;

4)掘進過程中,控制好盾構(gòu)機姿態(tài),合理調(diào)整掘進參數(shù),盡可能地降低掘進推力,各組千斤頂推力差值控制在一定范圍,管片選型時盡量根據(jù)盾尾間隙來選擇,推進過程中管片螺栓的擰緊必須達到設(shè)計要求;

5)同步注漿及二次注漿。掘進時,盾尾同步均勻注漿,為注漿飽滿,保證盾尾尾刷質(zhì)量,對由于地下水引起的上浮,在管片下部砂漿未固結(jié)前及時泄水,打開下部管片注漿孔泄水。采用注雙液漿做止水環(huán),然后注漿充填,注漿過程中,嚴格控制注漿壓力。這樣可保證隧道具有良好的穩(wěn)定性,解決上浮問題。

參考文獻:

[1]秦漢禮.盾構(gòu)隧道鋼筋混凝土管片制作技術(shù)[J].隧道建設(shè),2006,26(8):36-37.