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技术文章 |
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| 2016-7-7 点击次数：[1031] |
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引言
盾构法隧道施工技术在目前的城市地铁、轨道交通等地下隧道工程中的运用日益广泛，文章结合了深圳地铁5 号线、7 号线，台山核电站海底取水隧洞工程盾构施工，对盾构隧道施工中管片选型及管片拼装技术进行了总结和探讨。
1· 管片选型
1.1 盾构隧道管片设计
管片宽度、厚度、配筋、砼强度和抗渗等级、分块长度、楔形量、直径等，均是管片设计的要素。
（1）管片厚度和配筋、砼强度和抗渗等级要根据全线的工程地质情况、隧道覆土厚度、施工荷载状况、隧道的使用目的及管片施工条件等多种因素确定，对管片配筋要进行试算和验算。（2）管片环宽与分块设计主要由管片的制作、防水、运输、拼装、隧道总体线型、地质条件、结构受力性能、盾构掘进机选型等因素确定。衬砌管片宽度越大，隧道结构的纵向刚度越大，抗变形能力越强；衬砌环纵向接缝越少，漏水环节、螺栓数量越少，施工速度越快，费用越省。（3）管片楔形量。楔形管环中最大宽度与最小宽度的差即楔形量。楔形管片分为单面楔形、双面楔形两种，其中单面楔形又分为前楔形、后楔形两种，即通常所说的左转弯环、右转弯环。确定楔形量的因素有三个：线路的曲线中心半径R，管片宽度d，管片直径D，标准环与楔形环环数之比U（U 不小于1）。取中心弧长L=（U+1）*d，圆心角β=L/R，外弧长L1=β（R+0.5D），内弧长L2=β（R-0.5D），即可计算出管片楔形量X= L1-L2。
1.2 管片选型应用实例
每环管片均由标准块、邻接块、封顶块组成。在深圳地铁5 号线施工中，采用的管片为单面楔形，有标准环、左转弯环、右转弯环三种，外径6m，厚度30cm，宽度1.5m，楔形量38mm，每环分为6 块（A1、A2、A3、B、C、K）。台山核电站取水隧洞线性为直线，管片选用双面楔形通用环管片，外径8.7m，厚度40cm，宽度1.5m，楔形量25mm，每环分为7 块（A1、A2、A3、A4、B1、B2、K）。在深圳地铁7 号线施工中，采用的管片为双面楔形通用环管片，外径6m，厚度30cm，宽度1.5m，楔形量38mm，每环分为6 块（B1、B2、B3、L1、L2、K）。
1.3 管片点位选择
1.3.1 台山核电站取水隧洞
工程选用海瑞克泥水平衡式S551 盾构机，推进油缸共有19组，管片采取错缝拼装。根据管片分块长度及角度，可将拼装点位与油缸编号对应，共19 个点位可以选取。
拼装点位可由以下公式确定：Y=X+2+3n，n ∈{0,1,2,3,4,5}Y 是当前环可选拼装点位，X 是上一环拼装点位，X 和Y 均是1~19 之间的整数。
1.3.2 深圳地铁
深圳地铁5 号线和7 号线盾构隧道，管片拼装点位与时钟整点位置对应，有1、2、3、4、5、7、8、9、10、11 等10 个点位，采用错缝拼装（联络通道处除外），若上一环拼装在1、3、5、8、10 点位中的一个点位，当前环管片应在2、4、7、9、11 点位中选取1 个点位拼装，保证不通缝。管片拼装展开示意图如图1。
1.4 管片安装点位选择依据
管片错缝拼装点位选择主要依据：盾尾间隙，油缸行程差，盾构机姿态，隧道线型。（1）根据管片与盾尾之间的间隙大小选择点位，将宽管片拼装在间隙小的部位，利用楔形量调整盾尾间隙。（2）根据各组推进油缸的油缸行程差选择点位，将宽管片拼装在行程长的部位，以减小各组油缸的行程差，使油缸推力分布均匀、管片受力均匀；行程差以50mm 以内为宜。（3）若盾构姿态向左（右）偏移或者隧道平面曲线为左转弯，则将通用环宽管片拼装在右（左）侧以调整姿态，使管片与隧道转向一致，宽管片安装部位与隧道转弯方向相反；而非通用环管片（左转弯、右转弯环）尤其要注意管片类型和楔形方向，不得拼反。（4）管片点位选择总体上要与隧道线型拟合，及时纠偏，减少蛇形。
2 ·管片拼装过程控制
管片拼装是一道十分重要的工序，且拼装成环之后不可拆除，要保证管片拼装和成型隧道质量，必须做好拼装前、拼装过程、拼装后全过程控制。
2.1 拼装前卡控要点
管片宽1.5m，为防止安装管片时管片因与油缸撑靴或盾构机管线碰撞而破损产生质量或安全事故，每环掘进油缸行程1750～1850mm 之间拼装最佳。
管片拼装前，工程师应该根据工况，选择最佳拼装点位；并仔细检查管片质量，发现不合格的要立即更换。检查内容有：（1）下井管片种类是否齐全，有无缺少或重复（如缺少A1 块，或者有两个B1块），不可缺，不可多，不可重复。（2）管片编号、生产日期是否清楚，养护时间是否满足28d 龄期，若不满足则不能使用。（3）管片是否存在缺边、掉块、破损等情况。若存在，则更换管片，缺陷管片待修补质量达标后方可使用（4）管片止水带、遇水膨胀止水条、软木橡胶衬垫、定位橡胶棒是否粘贴牢固，若部分脱落，须重新粘贴合格后方可使用。（5）管片螺栓孔、二次注浆孔是否堵塞。若完全堵塞则管片不能使用；若部分堵塞则须清除堵孔的少量混凝土、砂、石子、橡胶套等杂物后方可使用。（6）检查管片小车上管片摆放顺序是否正确，摆放顺序即管片安装顺序，若顺序不对，须重新摆放。
2.2 管片拼装过程控制
管片安装油缸千斤顶设定的压力值适中，过大会使盾构机前移、管片不能顶紧，易造成仓内积渣、姿态失常；压力过小，则无法顶紧。管片拼装时，应确保盾尾底部无积渣、积水，以免造成拼装困难、破坏管片。
安装过程中需注意：（1） 管片拼装第一块最重要，位置准确定位，控制好平整度，防止过高或过低使相邻块之间形成喇叭口，影响拼装质量。（2）每安装一块，推进油缸只收回拼装位置处的几根千斤顶。油缸收回过多，盾构机部分或全部失去管片提供的反力，土仓内压力使盾构机后退，造成管片破损、渗水、错台，甚至损坏盾尾刷。（3）检查定位销、螺栓垫片和雨水膨胀止水垫圈是否齐全，环、纵向两种螺栓是否安装正确。定位销能够防止错台，止水垫圈能够防止螺栓孔渗水。（4）检查管片是否对齐，是否存在错台，若存在问题则要求安装司机调整。（5）管片螺栓要紧固到位，并在脱出盾尾前进行3 次复紧。 2.3 拼装完成后缺陷处理
管片拼装点位选取不当，盾尾间隙过小，推进油缸和铰接油缸行程差过大，油缸作用在管片上的力不均，地层与管片相互作用力，盾构机纠偏困难等，会造成管片局部受力过大破损、破碎甚至出现贯穿性裂纹、渗漏水。在管片生产、养护、运输过程中控制不当，也会造成管片破损、产生裂纹。
2.3.1 管片破损及裂纹处理
破损修复：先清除掉破碎的块，将裂缝处松动的混凝土凿除，然后用水冲洗破碎面，在破碎面上注混凝土修补胶以增加新旧混凝土界面的黏结力，用混凝土修补并做好养护。若露筋，还需对钢筋在钢筋上涂抹氨基甲酸乙酯树脂进行防锈处理。若管片破损面积和深度较大，还需安装膨胀螺栓或者植筋后用混凝土修补，确保修补部分和原管片的整体性。
裂缝修复：用高压水清除裂缝内的粉灰，将环氧树脂等黏结材料在一定压力下灌注到裂缝内部，表面用水泥浆抹平。
2.3.2 管片渗漏水处理
管片接缝和螺栓手孔等位置，均容易发生渗漏水。如果管片本身存在肉眼看不到的贯穿性裂纹，在安装后由于受土体和水压力作用，也会产生渗水。
在渗漏点处，一般采取通过二次注浆孔进行双液浆二次注浆封堵，或者结合环氧树脂和堵漏剂，共同使用，控制堵漏过程中的注浆和压浆压力，达到止水目的。双液浆一般采用水泥:水:水玻璃=1:1:1的比例，具体的水玻璃波美度、配合比、浆液凝结时间和注浆压力，根据具体工况可适当调整。
2.4 管片旋转
管片拼装一般采取从下到上的原则，避免长期顺时针或逆时针拼装，否则会引起油缸撑靴与管片纵缝和平面接触面不对称、管片旋转。管片旋转会造成管片拼装困难、油缸撑靴顶烂管片，也会造成盾构机VMT 导向系统转站频繁、测量偏差变大。在台山核电站取水隧洞盾构施工过程中，发现已成洞管片相邻环间发生旋转，管片相对盾构机逆时针方向旋转偏移量较大，最大旋转100mm，及时分析了原因并采取措施，通过40 环管片的调整，恢复到设计位置。
管片旋转产生原因分析：（1）在管片拼装过程，没能及时发现管片发生旋转并纠正管片安装司机的拼装方法，造成旋转量累积。（2）粘土地层容易超挖，管片与地层之间的间隙不均，作用力不平衡导致管片发生旋转。（3）掘进参数选取不恰当，为防止粘土在刀盘上结块糊刀盘，方便出渣，刀盘转速过大，刀盘旋转方向调整不及时，盾体旋转幅度增大。
调整管片旋转的办法：（1）通过降低刀盘转速，增大掘进扭矩，改变刀盘旋转方向，利用摩擦力使成环管片顺时针方向回转。（2）调整管片拼装顺序，不再先拼装底部后拼装两侧的方式安装管片，而是逆时针方向按B2→A4→A3→A2→A1→B1→K 块的顺序依次拼装，每一块安装时，待安装对齐平整、相邻环螺栓能够连接后，顺时针微调管片，然后再利用风动扳手将螺栓打紧，微调幅度约2~4mm/环。（3）每拼装一环管片，对后面两环管片螺栓进行全部复紧，以减小相邻环管片的旋转错位。（4）调整盾构姿态和盾尾间隙，使管片状态和盾构姿态相对应，盾尾间隙、管片与开挖地层间隙均匀。（5）值班工程师指导拼装司机，严格控制管片拼装质量和落实螺栓复紧情况。
3· 结束语
随着盾构法施工工法在城市地铁和轨道交通等隧道施工中应用的越来越广泛，盾构种类、机型及生产厂家逐渐增多，隧道断面类型多样、地质条件复杂、地表和地下建构筑物、管线更多的现状下，文章总结的管片选型及管片拼装技术及注意事项、处理措施，具有较大的实用性，对提高隧道工程施工功效和质量具一定实际意义。 |
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