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隧道施工過程中管片破碎現(xiàn)象分析及防治

   2005-12-09 網(wǎng)友推薦 未知 11720
摘要在地鐵隧道施工中,管片破碎是一個常見的現(xiàn)象,也是困擾施工單位的一個難題。根據(jù)作者在上海地鐵1號線和2號線隧道施工的經(jīng)驗,對幾種常見的管片破碎現(xiàn)象作了分析,并提出了針對性措施。

關(guān)鍵詞隧道施工管片破碎原因分析防治?

1概述?

隨著城市的日益發(fā)展和擴(kuò)大,城市交通擁擠問題也越來越突出。為緩和交通擁擠的狀況,城市的交通紛紛向空中和地下發(fā)展。地下鐵道具有快速、便利、運輸量大、無污染、無噪聲及不占用地面空間等優(yōu)點,正迅速成為緩解交通擁擠的首選方案。我國的廣州、深圳等地也在近幾年開始地鐵建設(shè)。上海地鐵1號線自1990年動工,到1995年全線正式開通。1996年地鐵2號線(一期工程)又正式開工,于1999年建成。?

在地鐵隧道施工工程中,經(jīng)常會發(fā)生管片破碎、隧道滲水、漏漿、軸線偏差超標(biāo)、地面沉降等一系列問題。管片破碎現(xiàn)象是施工中的最普遍現(xiàn)象。由于管片破碎,不僅會引起隧道滲水、漏漿,而且會影響到隧道的使用性能,因此是隧道施工過程中較棘手也是必須妥善處理的問題之一。?

 

2常見管片破碎發(fā)生部位?

管片破碎現(xiàn)象在隧道襯砌的內(nèi)外兩側(cè)均有發(fā)生。襯砌外側(cè),一般發(fā)生在管片與盾構(gòu)機(jī)外殼的接觸部位(以拱底塊、標(biāo)準(zhǔn)塊與鄰接塊接縫處、封頂塊居多);內(nèi)側(cè)一般發(fā)生在管片的角部(以標(biāo)準(zhǔn)塊、鄰接塊和封頂塊居多),管片中部少有發(fā)生。?

管片常見破碎部位分布統(tǒng)計如圖1所示。?



圖1

3管片破碎原因分析?

造成管片破碎有多種原因,筆者根據(jù)6#盾構(gòu)在地鐵1號線、2號線施工中的實際情況,分析下來主要有以下幾種:?

3.1搬運和堆放時造成的破碎?

在搬運、堆放過程中的碰磕,經(jīng)常導(dǎo)致在碰磕位置處產(chǎn)生小塊破裂。?

3.2管片拼裝操作?

3.2.1拼裝時,由于管片環(huán)面之間及相鄰兩塊管片間接觸面達(dá)不到理想的平行狀態(tài),使得襯砌角部先受力而產(chǎn)生應(yīng)力集中,導(dǎo)致管片角部破碎。

3.2.2封頂塊安裝時,由于先行安裝的5塊管片圓度不夠,兩鄰接塊間的間隙太小,把封頂塊強(qiáng)行頂入,導(dǎo)致封頂塊及鄰接塊接縫處管片破碎。有時未按設(shè)計要求在其兩側(cè)涂刷潤滑劑,亦會導(dǎo)致管片破碎,破碎部位發(fā)生在鄰接塊上部及封頂塊兩側(cè)。?

3.2.3前一環(huán)環(huán)面不平整,塊與塊間有錯位,導(dǎo)致下一環(huán)管片拼裝時易產(chǎn)生破碎。?

3.2.4拼裝時為搶進(jìn)度,管片就位速度過快而產(chǎn)生碰磕,以及存在管片錯縫時,易引起管片邊角的破碎。

3.2.5管片橫鴨蛋?

隧道襯砌共有六塊管片組成,拼裝成環(huán)后,其外徑為6200mm,內(nèi)徑為5500mm。實際拼裝成環(huán)后,襯砌的橫向、豎向直徑均有不同程度的偏差,設(shè)計允許偏差值為10mm。一般襯砌拼裝成環(huán)后,橫向直徑增大、豎向直徑減小,俗稱橫鴨蛋。相應(yīng)地,襯砌與盾構(gòu)機(jī)殼之間的空隙,橫向縮小、豎向增大。?

襯砌橫鴨蛋主要造成兩個方面的影響:?

(1)導(dǎo)致襯砌與盾構(gòu)機(jī)內(nèi)殼之間的凈距減少,特別是盾構(gòu)姿態(tài)與管片姿態(tài)不一致時,易造成推進(jìn)時盾構(gòu)機(jī)殼擦傷管片,破碎部位一般發(fā)生在管片外弧面,以標(biāo)準(zhǔn)塊與鄰接塊接縫處最為普遍。?

(2)當(dāng)管片拼裝成環(huán)后其直徑為設(shè)計直徑時,管片縱縫各槽口應(yīng)完全吻合。襯砌橫鴨蛋,造成襯砌縱縫略有張開,部分槽口已吻合,而其他槽口仍存在空隙,由于受力不均勻應(yīng)力集中,容易導(dǎo)致管片破碎。這種情況下,破碎一般集中在管片內(nèi)弧面的角部而且破碎時間發(fā)生在管片脫出盾尾后。?

3.3盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)與管片姿態(tài)相互關(guān)系不一致?

3.3.1在隧道施工過程中,為控制好隧道軸線,必須逐環(huán)測量盾構(gòu)姿態(tài)和管片姿態(tài),根據(jù)測量資料及時調(diào)整各項推進(jìn)參數(shù)。當(dāng)管片與盾構(gòu)機(jī)相對關(guān)系一致,即管片與盾構(gòu)機(jī)基本保持同心,管片法面與盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)方向基本垂直時,管片破碎較少。在實際施工過程中,管片與盾構(gòu)機(jī)的相對關(guān)系常常不能保持理想狀態(tài),當(dāng)管片的環(huán)面與盾構(gòu)推進(jìn)方向存在夾角時,其合力作用方向部位的管片容易破碎。?

3.3.2盾構(gòu)機(jī)軸線與管片環(huán)向軸線間交角偏大?

盾構(gòu)推進(jìn)過程也是不斷糾偏過程。盾構(gòu)機(jī)與管片襯砌環(huán)間的相對關(guān)系不可能總是保持理想狀態(tài),特別是轉(zhuǎn)彎、豎曲線段和糾偏量大時,管片外弧與盾尾內(nèi)壁間的距離沿環(huán)向分布不均勻,造成一側(cè)間距很小,而另一側(cè)間距較大,這時易產(chǎn)生“卡殼”現(xiàn)象,即兩者碰在一起。盾構(gòu)機(jī)一推進(jìn),就會造成管片一定部位破碎。?

3.3.3襯砌環(huán)面不佳?

造成襯砌環(huán)面不佳有多種原因,如糾偏、拼裝質(zhì)量差、環(huán)縫夾泥等。管片環(huán)面不佳,引起管片受力不均勻,從而導(dǎo)致應(yīng)力集中部位的管片破碎。?

3.4推進(jìn)時管片受力不均勻?

盾構(gòu)推進(jìn)時推進(jìn)力通過油泵襯墊傳遞到管片上,油泵襯墊與管片接觸部位是應(yīng)力集中區(qū)。如果襯墊面不平整或者襯墊面與管片環(huán)面存在夾角,就會造成管片破碎。?

3.5同步注漿漿量分布不合理?

同步注漿漿量分布不合理不會直接造成管片破碎,但會導(dǎo)致管片“卡殼”而造成破碎。同步注漿后,隧道上部的漿液會逐漸向下部流動,形成下部漿液多而上部漿液少的狀況,引起隧道上浮,上部管片(尤其是封頂塊、封頂塊與鄰接塊接縫處)與盾構(gòu)機(jī)內(nèi)殼間隙減少,推進(jìn)時造成管片破碎。?

3.6管片質(zhì)量?

運到現(xiàn)場的管片本身存在質(zhì)量問題,如管片的保護(hù)層過厚、管片養(yǎng)護(hù)時間不足、管片裂縫較多、管片修補(bǔ)部位強(qiáng)度沒有達(dá)到設(shè)計要求等,在施工時也容易造成管片破碎。?

3.7管片破碎原因統(tǒng)計(見表1)

表1

管片破碎原因
搬運和堆放
管片拼裝操作
盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)與管片姿態(tài)相互關(guān)系不一致
推進(jìn)時管片受力不均勻
同步注漿漿量分布不合理
管片質(zhì)量

百分比
5.3
38.2
21.6
18.5
6.5
9.9


4管片破碎的防治措施?

管片破碎常常是以上一種或一種以上因素綜合作用的結(jié)果,經(jīng)過仔細(xì)分析再采取針對性措施進(jìn)行處理,可以減少管片破碎現(xiàn)象的發(fā)生:?

4.1搬運堆放時的針對性措施?

4.1.1在搬運過程中輕吊慢放,著地時要平穩(wěn);堆放時不宜超過3層,并正確擺放墊木。?

4.1.2吊放管片的鋼絲繩上纏橡膠條等,在起吊時,能起到緩沖作用,或者選用尼龍繩來代替鋼絲繩。?

4.1.3選、擺放好墊木,在管片車上管片擱置部位設(shè)置橡膠條,以起到緩沖作用。?

4.2管片拼裝時的針對性措施?

4.2.1按要求貼好角部止水橡膠條、傳力襯墊、糾偏石棉橡膠板。?

4.2.2拼裝前,先測量前一環(huán)各管片之間的相互高差,包括環(huán)向和徑向。根據(jù)實測數(shù)據(jù),調(diào)整已粘貼好的糾偏鍥子,以保證拼裝后環(huán)面的平整度。?

4.2.3拼裝前清理前一環(huán)管片上的泥塊及漿液,保證環(huán)面清潔、無夾泥。?

4.2.4拼裝時保證襯砌環(huán)圓度,塊與塊不錯位。推進(jìn)油泵的伸縮順序應(yīng)與管片拼裝順序一致。兩側(cè)標(biāo)準(zhǔn)塊、鄰接塊安裝時油泵應(yīng)同時收縮及伸出,以減少環(huán)與環(huán)之間管片錯位現(xiàn)象。?

4.2.5封頂塊安裝前,實測并確保頂部兩鄰接塊間間距,并通過推進(jìn)油泵的伸縮來調(diào)整好鄰接塊間的間距,控制在比設(shè)計值大6mm左右,以便順利安裝封頂塊。?

4.2.6豎曲線段推進(jìn)時,在安裝拱底塊時根據(jù)實際情況予以落低或抬高,減少管片“卡殼”現(xiàn)象。?

4.3推進(jìn)時的針對性措施?

4.3.1推進(jìn)前檢查各油泵襯墊的完好情況,發(fā)現(xiàn)有破損的及時調(diào)換,同時應(yīng)仔細(xì)觀察襯墊與管片環(huán)面的吻合程度,對不吻合處可增設(shè)石棉或橡膠鍥子來調(diào)整,確認(rèn)吻合后再開始推進(jìn)。

4.3.2在盾構(gòu)推進(jìn)時,及時根據(jù)設(shè)計要求、盾構(gòu)穿越土層的變化、上部載荷情況以及測量資料來調(diào)整各項施工參數(shù),將盾構(gòu)姿態(tài)嚴(yán)格控制在設(shè)計允許偏差范圍之內(nèi)。同時,結(jié)合隧道襯砌的實際情況,在不超出偏差范圍的情況下,對盾構(gòu)姿態(tài)作適當(dāng)調(diào)整,使盾構(gòu)機(jī)與管片盡可能處于同心狀態(tài)。?

4.3.3當(dāng)管片與盾構(gòu)機(jī)軸線夾角較大、管片與盾構(gòu)機(jī)殼間隙較小又必須進(jìn)行盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)調(diào)整時,可以采取以下措施:?

(1)通過粘貼糾偏鍥子來調(diào)整襯砌環(huán)面;?

(2)推進(jìn)時,前半環(huán)順著管片原軸線方向推進(jìn),待管片與機(jī)殼之間的縫隙增大后,后半環(huán)推進(jìn)時再對盾構(gòu)姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整。?

以上兩種措施結(jié)合運用,可以使管片與盾構(gòu)機(jī)之間的軸線夾角變小,同時減少管片外部的破碎。?

4.3.4同步注漿時,控制好注漿量的分布和注漿壓力。管片與機(jī)殼上部無縫隙時,增大上部的注漿孔注漿量及注漿壓力,下部注漿孔不注,通過漿液將管片往下壓;如管片與機(jī)殼下部無縫隙時則反之。正常推進(jìn)時,在總注漿量不變的前提下,減少管片下部注漿孔的注漿量,可以減少管片的上浮。在曲線段推進(jìn)和糾偏時通過有目的地選擇盾尾同步注漿孔,改變各個注漿孔的注漿量分配和注漿壓力,來調(diào)整管片姿態(tài)。?

4.4把好管片質(zhì)量關(guān)?

對進(jìn)入施工現(xiàn)場的管片,應(yīng)逐塊進(jìn)行檢查。發(fā)現(xiàn)管片明顯存在質(zhì)量問題的,應(yīng)堅決退回生產(chǎn)廠家,不讓一塊不合格管片下井。同時派專人負(fù)責(zé)管片的生產(chǎn),進(jìn)駐生產(chǎn)廠家掌握管片生產(chǎn)情況,將施工中發(fā)現(xiàn)的管片質(zhì)量問題,及時向生產(chǎn)廠家反饋,督促生產(chǎn)廠家改進(jìn)生產(chǎn)工藝,提高管片質(zhì)量。管片存在小的質(zhì)量問題可以進(jìn)行修補(bǔ)處理的,應(yīng)在地面進(jìn)行修補(bǔ)、并做好標(biāo)識,養(yǎng)護(hù)到設(shè)計規(guī)定強(qiáng)度后再下井使用。?

 

5結(jié)論?

在隧道施工過程中,通過采取各種措施,特別是控制好管片拼裝操作質(zhì)量,管片破碎現(xiàn)象發(fā)生幾率較原來減少50%左右,尤其是標(biāo)準(zhǔn)塊與鄰接塊接縫部位的破碎大為減少,從而減少了由于管片破碎引起的滲水、漏漿現(xiàn)象,對于提高隧道的質(zhì)量,保證隧道的安全運行,具有一定的意義

 
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