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結(jié)合廣州地鐵談盾構(gòu)隧道質(zhì)量控制論文
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(shí)例,概括盾構(gòu)隧道施工中常見的質(zhì)量問題,統(tǒng)計(jì)分析其產(chǎn)生的原因,并提出相應(yīng)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(biāo)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(jī)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(jìn)以來,共掘進(jìn)156環(huán),出現(xiàn)了管片破損、錯(cuò)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(jìn)至今,管片出現(xiàn)的崩角、崩裂幾率較高,主要表現(xiàn)在3點(diǎn),9點(diǎn)位置,一般在管片脫出盾尾后出現(xiàn)。共計(jì)崩角有37處,占總掘進(jìn)環(huán)數(shù)的24%。裂紋主要集中在63環(huán)~72環(huán),每環(huán)5點(diǎn)~7點(diǎn)位置均有幾道裂紋,最長達(dá)到1.2m。共計(jì)裂紋18處,占總掘進(jìn)環(huán)數(shù)的6.5%。
2)滲漏水。拼裝時(shí),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(yán)重。
3)錯(cuò)臺。普遍出現(xiàn)了上下錯(cuò)臺的情況,沿盾構(gòu)掘進(jìn)方向,管片錯(cuò)臺呈下臺階式,最大錯(cuò)臺值達(dá)30mm。當(dāng)坡度變化后,螺栓孔被拉裂,在豎曲線段錯(cuò)臺呈上臺階式,兩側(cè)錯(cuò)臺通常為10mm~15mm。共計(jì)錯(cuò)臺18處,占總掘進(jìn)的11.6%,其中,超過20mm的達(dá)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(jì)位置垂直偏差達(dá)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(jìn)行修補(bǔ),修補(bǔ)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(yīng)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(jī)方面的原因,三菱盾構(gòu)機(jī)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(jī)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(dǎo)致管片崩角。盾尾鉸接方面的原因,施工時(shí)主動鉸接表現(xiàn)為剛接,使盾尾與管片的適應(yīng)性變差。
2)盾構(gòu)操作方面的問題。
吊運(yùn)和拼裝過程中的碰撞損壞,盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)控制不好。如蛇行或盾構(gòu)機(jī)軸線與管片軸線偏差過大,各組推進(jìn)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(jìn),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(dāng)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(fù)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(shí)際觀察到的現(xiàn)象是位于隧道腰部(3點(diǎn),9點(diǎn)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(dǎo)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(dǎo)致階段性滲水。產(chǎn)生原因有以下幾點(diǎn):
1)管片本身質(zhì)量原因。管片制作和養(yǎng)護(hù)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(shí)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(dǎo)致隧道上浮。事實(shí)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(cuò)位,相鄰管片止水帶不能正常吻合壓緊,從而引起漏水;掘進(jìn)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(jìn)困難時(shí)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(dāng),造成間隙過小,使得在掘進(jìn)過程中造成管片外壁被損壞導(dǎo)致止水條漏水。由于掘進(jìn)行程不足或拼裝不當(dāng),導(dǎo)致封頂塊插入困難時(shí)止水條破壞而漏水;千斤頂撐靴在頂至管片時(shí)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(cuò)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(cuò)臺。主要是由于在轉(zhuǎn)彎段推進(jìn)千斤頂沿垂直隧道軸線方向的橫向分力引起錯(cuò)臺。此類錯(cuò)臺主要表現(xiàn)為左右方向錯(cuò)臺,隧道腰部錯(cuò)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(管片)擬合曲線(線路)產(chǎn)生的誤差。
2)管片上浮造成錯(cuò)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(cuò)臺。此類錯(cuò)臺主要表現(xiàn)為豎向錯(cuò)臺,隧道頂部、拱部錯(cuò)臺量最大。目前的錯(cuò)臺主要屬于此類錯(cuò)臺。
3)注漿偏壓造成錯(cuò)臺。
在進(jìn)行管片背后二次補(bǔ)注漿,當(dāng)壓力過大時(shí)容易出現(xiàn)錯(cuò)臺。國外曾經(jīng)出現(xiàn)過在對K塊進(jìn)行管片背后二次補(bǔ)注漿時(shí)由于壓力失控導(dǎo)致K塊失落并傷人的事故。此類錯(cuò)臺一般表現(xiàn)為局部管片塊的向隧道內(nèi)部錯(cuò)臺。
4)其他原因造成錯(cuò)臺。
管片選型不當(dāng),掘進(jìn)操作不當(dāng),急糾偏,盾構(gòu)姿態(tài)差等也會造成管片錯(cuò)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(dǎo)致管片上移。下坡段盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)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(jì)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(jì)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。
4 針對質(zhì)量問題采取的措施
1)加強(qiáng)管片本身生產(chǎn)質(zhì)量控制,嚴(yán)格控制管片模具精度、混凝土配比及管片的養(yǎng)護(hù)過程;
2)機(jī)器設(shè)備方面:三菱盾構(gòu)機(jī)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(yán)格控制管片進(jìn)場、運(yùn)輸、拼裝引起的質(zhì)量缺陷;
4)掘進(jìn)過程中,控制好盾構(gòu)機(jī)姿態(tài),合理調(diào)整掘進(jìn)參數(shù),盡可能地降低掘進(jìn)推力,各組千斤頂推力差值控制在一定范圍,管片選型時(shí)盡量根據(jù)盾尾間隙來選擇,推進(jìn)過程中管片螺栓的擰緊必須達(dá)到設(shè)計(jì)要求;
5)同步注漿及二次注漿。掘進(jìn)時(shí),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(shí)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(yán)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(xiàn):
[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.
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