张凌之

广东珠肇铁路有限责任公司 广东 广州 510000

1 隧道盾构隧道管片的相关研究

为了满足盾构隧道的基本施工需求，需要合理的对相关设备、设施、工器具、构件进行应用，其中，盾构隧道管片就是隧道衬砌主体，是盾构施工中的关键装配构件，其在工作中，需要发挥抵抗土层压力、地下水压力以及一些特殊荷载的作用，通过盾构隧道管片的合理使用，可以满足盾构施工中施工荷载需要，投入使用后永久衬砌结构的需求。而在具体的施工中，盾构隧道管片的质量不良直接影响盾构施工质量，不利于后期盾构隧道管片的使用功能和服务作用，甚至可能会给盾构隧道的安全系数带来不利影响。

2 盾构隧道管片开裂的原因

2.1 管片生产环节

管片加工生产时主要有两个阶段易出现开裂问题，一是蒸汽养护结束脱模后的养护阶段，容易出现肉眼清晰可见的微小龟裂，管片外弧表层生成了数量较多裂痕，裂痕宽度一般＜0.2mm，局部位置裂缝可能侵犯了保护层。第二阶段对应的管片强度水平要抵达设计要求以后，管片在转厂运送、进场检验及现场拼装时观察到局部出现了细小裂纹，在出厂外观检查环节不易被探查到，在集中应力的长时间作用下，裂纹会快速呈不规则态势向远处延展。

2.2 盾构现场掘进过程引起的开裂

现场掘进时主要是在腰部以上位置出现裂缝，拱顶处是裂缝集中出现的部位。其中又以正向裂缝为主要形式( 裂缝开口方向与盾构施工推进方向一致，两者相反时则被定义成负向裂缝) 。隧道腰部与略微偏上部位也可能存在着负向裂缝。在本项目内左线 12～28 环连续在2点以及10 点钟方向形成了贯通裂缝，2点、10 点钟方向裂缝宽度分别达到0.88mm、0.48mm，其他环管片裂缝宽度值均≤0.2mm[2]。由盾构掘进施工导致的管片开裂原因主要有如下几点：一是推力过大。盾构机推进油缸直接作用在管片之上是设备提供的推进反力，推力是导致管片局部开裂的根本原因，盾构现场掘进施工中产生过大的总推力直接造成管片发生开裂问题。既往有研究表明，当盾构机的总推力＞15000kN时，对于前期没有进行蓄水养护或者养护不到位、厚度范围30～35 cm、配筋少于150kg/m3管片构件，其发生开裂问题的概率会有所增加，后续伴随总推力的仅有不增加，管片会频繁发生开裂问题。二是千斤顶施加的推力不均，撑靴着力点位置发生偏移。现场经连续观察发现管片上出现了很多崩角破损情况，而中部之下未见崩角破损，管片的拼装错台及拼缝均偏大，管片整圆度和设计要求之间存在较大的出入。三是盾构机掘进姿势调控和线路曲线段之间的匹配度较差，造成盾壳与管片两者形成的间隙过小，进而对管片形成较大的挤压作用，使其逐渐出现开裂情况。

2.3 盾构隧道运营中的开裂

运营阶段管片开裂问题的成因主要有两点[3]：一是隧道周围土压、水位出现了不同程度的变化。本区段现场施工时受航运及水流产生的影响较大，外加工期等因素的制约而没有及时详细勘测其地质状况，但是能够确定项目完工后期周围地质、水位等客观条件均出现了不同程度的改变；二是隧道中列车运行过程中形成温度振动会使周围地层出现一定改变。

3 盾构隧道管片开裂的相应措施

3.1 加强管片构件生产质量的控制

管片生产期间，为了满足盾构施工的基本需求，应对盾构隧道管片的生产质量控制进行研究，确定管片生产关键质量控制点，在日常生产中进行有效监测管控，确保管片生产质量。

原材料质量的控制。为了保证管片生产施工质量，需要对钢筋、水泥、煤灰、矿粉、黄砂、碎石、减水剂、搅拌及养护用水、预埋件等原材料进行控制，所以在工作过程中，需要注意对原材料的选择及验收工作进行严格管理，从生产源头管控管片质量。

首先，需要做好原材料的选型分析，使得原材料能够满足实际生产需求，还应做好供应商的选择工作，建立合格供应商名录，确保供应商基本资质、信誉、供货质量等情况可以得到有效保证。

其次，建立原材料进场验收制度，由专人负责对每批次进场原材料进行取样验收，具体验收工作中，可以按照如下相关内容进行。材料入库前，由监理单位见证并由专人立即进行入库前质量预检验。由施工单位送检员取样，取样按相关标准规定进行，监理旁站见证。施工单位自行保管好进货单据及质量保证书。其中，质量保证书每月提交资料员汇总归档保存。

最后，原材料检测采用施工单位自检与委外检测双重控制，自检项目在施工单位内部试验室进行，委外检测由具备相应检测资质的第三方检测机构检测。原材料各项性能指标检验合格后，方可投入使用，对不符合相关标准的原材料在监理单位见证下作退货处理，未经检验原材料严禁直接用于管片生产。

3.2 有针对性地完善施工工艺

对于振捣工艺，运用模具振动台整体振捣工法，在这样的工况下会形成较大的振动能量，使同个浇筑层砼振捣均匀度得到保障，进行机械化施工尽管能减少人为因素带来的干扰，但可能还会带来垂直层上分布不均、上孤面或外孤面翻浆等问题。建议在螺栓孔、钢筋构件密集分布等特殊部位建议运用人工振捣法进行强化，以防因砼振捣施工不到位而在局部出现裂缝。管片养护主要由脱模前的蒸汽养护与脱模后洒水两大部分构成，前者有助于缩短脱模时长，提高钢模资源的现场周转效率，当以上过程一定要指派专人严控蒸养的最高温度、升降温梯度等参数；设定洒水养护的周期为1周，使砼材料进行十分彻底的水化作用，可以显著增加这种材料的密实度，从基础环节减少或规避局部开裂质量问题。

3.3 加强防水材料的控制

参照项目现场具体施工状况动态调控木衬垫材质类别以及实际粘贴厚度，一定要选用适用性最强的建材开展施工作业活动。按照设计图纸规范化拼装管片之前，一定要严格检查管片防水材料的使用性能，特别是要把管片上一环环面作为重点检查对象，及时清除掉杂物，特殊情况下可以对软木衬垫进行润滑处理，借此方式减少管片安装环节的摩擦力大小。

3.4 安装过程严格控制

督导参建工人严格按照管片安装规范安装管片，加强管片错台、间隙及环面平整度等指标的控制。拼装管片时不能一味地追求快速完工，要加强拼装质量的把控，特别是要加强细节性问题的把控，以防对管片外弧面保护层的施工效果产生负面影响。为达成以上目标，一定要加大拼装欧冠惊人技术培训，规避现场作业时出现错台、喇叭口、螺栓松动等问题。拼装各块管片时杜绝出现在止水条上进行挤压的操作行为，及时调整管片所处方位，规避局部止水条拉伸、翻转、脱胶等异常状况。现场拼装时一定确保拼装点位合理，确保盾尾间隙大小适宜，杜绝管片椭变形体增大、盾尾间隙过于狭窄等状况。

3.5 管片螺栓复紧

盾构现场掘进施工时，在油缸荷载作用下前期拼装好的管片位置可能会发生偏移，这种移位情况造成的直接后果是局部螺栓松动；后期伴随盾构施工活动继续进行油缸推力给后端已拼好的管片施加的荷载作用会不断降低，在这样的工况下就会凸显出螺栓的松弛效应，增加了局部管片错台、接缝处渗漏水等问题发生的风险。故而，盾构现场掘进期间工人要及时对管片螺栓进行复紧处理。

3.6 盾构现场掘进参数控制

一是在工程现场可以尝试预控盾构垂直姿态，建议把掘进姿态调控在负值，准确在区间单位中预留下一定的管片上浮量。

二是加强注浆压力大小的控制。具体是参照管片裂纹发生的具体部位、数目等动态调控砂浆的泵击频次，通过落实以上办法对管片裂纹问题能起到较好的防控作用。

3.7 为管片角部增设U形筋

因为现场检测发现管片角部砂浆厚度值相对较大，为了提高角部结构的强度水平，可以把U形筋增设到管片角部，借此方式增强其受力性能。

3.8 及时治理缺陷问题等

组织工人对管片发生开裂渗漏水范畴进行二次注浆修复，鉴于管片二次注浆孔间距相对较大这一现实状况，现场施工井中为了增加管片背后注浆扩散范畴，使补注浆成效得到更大保障，建议选择单液水泥浆作为，P.O42.5 普通水泥，设计水灰比采1：1；随后配合使用局部注改性环氧树脂材料进行堵漏施工。

4 盾构隧道管片开裂整治技术

4.1 盾构隧道管片裂缝修补措施

国内外学者将盾构隧道管片裂缝产生的原因作为依据提出多种控制裂缝的方法，但因受多种不可控性因素的影响，裂缝问题依旧愈演愈烈，使得城市中的地铁建设对于裂缝的修补提出了更高的要求。为进一步提升混凝土盾构隧道管片的运营寿命，需在不影响结构承载力的基础上，依据裂缝发展情况和渗漏表现来进行针对性修补。一般来说，可以选取P.O52.5普通硅酸盐水泥与快凝快硬水泥作为主要的修补材料，将适量的白水泥掺入到其中，可让修补部分与混凝土管片本身的颜色更为接近。针对小部分崩角破损的裂缝情况，需凿除松散部分将新鲜混凝土材料露出并作清理处理，涂刷混凝土界面剂后再进行相应的修补。针对深度较大的裂缝情况，需以裂缝为凿除方向，将其凿称宽度≥10mm，深度≥15mm的V形槽，清理之后涂刷混凝土界面剂之后实施分层修补，将修补厚度控制在20～20mm。针对存在渗漏现象的裂缝，需先使用快凝快硬水泥进行修补，接着进行钻孔，将聚氨酯或环氧树脂等堵漏材料注入其中，做好封堵工作。完成裂缝封闭之后，需要检查密封性能，可采用裂缝处涂抹肥皂水并注入压缩空气的方式进行检验，一旦发现漏气现象需要立即实施密封处理。

图1 盾构隧道管片裂缝修补示意图

4.2 盾构隧道管片钢环加固修补措施

隧道盾构隧道管片出现严重变形收敛，管片裂缝、崩角掉块、漏水漏浆。若不加以处置，后续发展会造成设备超限、隧道坍塌等严重后果，影响地铁运营，故应对管片变形区段进行加固处理。一般来说，完成隧道表面的病害处理后，在内衬进行钢环加固处理。管片加固完成前对各型缝（管片环、纵缝）进行注浆处理，管片注浆应在盾构变形趋于稳定的状态下实施，注浆材料：管片环、纵接缝采用弹性环氧树脂，道床与管片脱空处及钢环与混凝土管片背后采用亲水刚性环氧树脂。为保证注浆效果，注浆前对各型缝进行嵌缝处理，嵌缝材料采用弹性环氧胶泥，手孔用聚合物水泥防水砂浆充填。钢板及拉板表面需要作防腐蚀处理，为保证粘结效果背部不作防腐处理，防腐施工前应对钢环两面均采用进行喷砂除锈处理。

钢环一般选用Q345B钢，厚度20mm厚的钢板制作，依据钢环构件的不同弧长分成6-7块钢板，拼装之后形成封闭的圆环。钢环拼装时如管片有渗漏现象，应先进行堵漏再粘贴钢板。钢环拼装采用锚栓固定，结构用植筋胶，采用改性环氧树脂或改性乙烯基脂类胶粘剂。钢环安装时应先安装底部牛腿，然后由下往上安装，钢环接缝采用坡口焊接，焊缝位置应避开管片纵缝设置。为使钢板与管片间协同作用，待钢环完成安装之后，使用楔形橡胶条封闭钢环两侧，然后从钢环预留好的注浆孔填充钢环与管片的间隙，采用刚性环氧树脂注浆，要求浆液凝固后无收缩，钢环与管片间缝隙填充良好，无空鼓。钢环之间的连接以扁钢为主，让其端部与钢环端部保持在连接状态，完成钢环加固修补措施。

4.3 完善管片裂缝防治过程控制

为进一步提升盾构隧道管片裂缝防治效果，需重视管运营管理的过程，确保裂缝防治的质量与相关标准相符。裂缝防治质量的提升是一项系统性工程，需从多个方面来把控过程管理。首先，在日常的运营管理当中，需以相应操作手册作为主要依据，通过制定完善的操作手册内容，并对管片作业的基本要求进行关注，让整个裂缝防治工作的开展都可有所依据，并显示出足够的操作性、适用性与指导性。此外，裂缝防治管理中的程序性也是需要重点关注的内容，要以明确且详细的规定作为依据，与实际的工作情况结合在一起，充分落实好相应的技术交底工作，然后制定出统一化的质量管理要求，让裂缝防治的整个过程都可以得到有效的管理与监督，促进整个地铁运营管理系统的有效发展。

图2 管片裂缝维护示意图

5 结束语

总之，导致盾构隧道管片出现局部开裂问题的原因较多，对相关机理的研究应该是一个与现实情况持续验证的过程，应深入挖掘造成开裂问题的成因，明确其产生的危害性，是自觉树立综合治理施工理念，在具体措施应用时要追求实现针对性，要积极从源头抓起，即加强管片生产质量的控制，现场施工中加强防水材料、盾尾间隙大小等指标的控制，多管齐下，共同提高管片施工质量，延长使用寿命，为隧道工程建设与发展提供保障。