地铁盾构管片破损原因分析及防治技术.doc

地铁盾构管片破损原因分析及防治技术 张映根 （中铁隧道股份有限公司，郑州 450003） 摘要：地铁盾构隧道普遍采用管片衬砌，针对施工中出现的管片破损现象分析其原因，并提出应对措施以及可靠的修复技术，为类似工程提供参考。 关键词：盾构隧道，管片破损，管片修复。 0引言 截止2010年底，全国拥有地铁城市25个，运营线路42条，运营线路总长度达到1217公里。但随着早期已通车地铁盾构隧道情况运营来看，由于施工过程中出现的管片破损修复未得到足够的重视，而引发的安全问题凸显，如运营中出现原修补水泥块坠落对列车和人员造成了极大的安全风险。本文针对这一现象，根据目前国内地铁施工的经验，对管片破碎现象进行了分析，并提出了针对性预防措施和可靠的破损修复技术。 1管片破损现象[1] 盾构隧道管片破损外观上直接显现的主要有管片崩角、崩边、裂纹等几种现象，在隧道衬砌的内外两侧均有发生；衬砌外侧，一般发生在管片与盾构机外壳的接触部位，以拱底、上腰部、拱顶居多；内侧一般发生在管片的角部。 2管片破损原因及主要影响因素 钢筋混凝土管片作为盾构隧道最基本的结构单元，其破损的根本原因是管片结构受力超出其承载能力而导致沿砼结构内剪应力面出现的破损；施工过程中主要为局部应力集中。 根据盾构施工工艺，成型隧道结构管片主要经历管片生产、管片运输、管片拼装几个主要阶段；由于目前管片生产大多采用标准化工厂制作，其破损主要是工厂内搬运时发生的角部缺角，破损面积及体积均较小且一般均采用了同配比的砼进行了修补，在此不做讨论。 2.1管片运输 在管片从工厂到施工场地拼装前的过程中一般要进行水平运输和垂直搬运以及堆放过程，由于操作原因常会造成管片的磕碰导致产生小块破碎。其主要原因是在运输和排放过程中操作工人不熟练、搬运吊装过程中摆放力度不适，属管理不当而人为导致的。 2.2管片拼装 2.2.1管片接触面不平整造成破损 （1）拼装时，由于管片环面之间及相邻块间接触面不平整，使得衬砌角部产生应力集中而导致管片角部破碎。 （2）拼装时，前一环环面不平整，块与块间有错位，导致下一环管片拼装时出现环面纵向错台。当为通缝拼装时易出现错台处应力集中导致角部破损；当为错缝拼装时由于推进过程中管片中间部位应力集中出现纵向裂纹，一般出现受盾构推力作用较大的拱底块。 2.2.2管片失圆造成破损 （1）拱顶块安装时，由于先行安装管片圆度不够，拼装间隙太小，强行顶入拱顶块导致其与邻接块接缝处管片破碎。破碎部位多发生在邻接块及封顶块接缝两侧。 （2）隧道管片实际拼装成环后，衬砌的横向、竖向直径均有不同程度的偏差。一般表现为横向直径增大、竖向直径减小，俗称横鸭蛋。相应地，衬砌与盾构机壳之间的空隙，横向缩小、竖向增大，其引起的破损有两个方面。一是由于横向间隙变小，当盾构姿态与管片姿态不一致时，易造成推进时盾构机壳擦伤管片，破碎部位一般发生在管片外弧面；二是理论上管片拼装成环后其直径为设计直径时，管片纵缝各槽口应完全吻合，当衬砌出现横横鸭蛋时，竖向纵缝内槽口张开外槽口闭合，而横向相反，当管片拖出盾尾受地层应力作用时由于受力不均槽口密贴处应力集中，导致管片破碎。 2.2.3盾构轴线与管片轴线不吻合造成破损 在隧道施工过程中，为控制好隧道轴线，必须逐环测量盾构姿态和管片姿态，根据测量资料及时调整各项推进参数。当管片与盾构机基本保持同心推进时，管片法面与盾构机推进方向基本垂直时，管片破碎较少。在实际施工过程中，管片与盾构机的相对关系常常不能保持理想状态，当管片的环面与盾构推进方向存在夹角时，其合力作用方向部位的管片容易破碎[1~2]。 特别是当转弯、竖曲线段和纠偏量大时，管片外弧与盾尾内壁间的距离沿环向分布不均匀，造成一侧间距很小，而另一侧间距较大，这时易产生“卡壳”现象，即两者碰在一起。盾构机一推进，就会造成管片一定部位破碎[1~2]。 2.3其他原因造成的管片破损 盾构隧道施工时由于风险失控造成管片破损。隧道施工中出现大面积的渗漏险情造成管片损坏，若上海、南京等地出现过的盾构始发到达渗漏险情造成的管片破损；成型隧道周边其他工程的建设对隧道结构的保护若出现不当，易造成隧道成型管片的大面积的损坏。如上海轨道交通11号线安亭支线区间隧道被京沪高铁施工管桩击穿、南京明故宫站旋喷施工损坏相邻隧道管片等。 3管片破损应对措施 通过管片破损现象、破损部位及破损原因的分析，采取有针对性的措施才能有效的预防管片破损。根据上海、南京等地盾构施工经验，采取的管片破损预防措施如下： （1）管片运输不当照成的管片破损现象主要为明显碰撞痕迹，管片角部碎裂、长短边局部撞击碎裂。其主要应对措施是加强吊装运输人员管理、吊装运输技能培训。层间设置堆放缓冲垫木 （2）管片拼装失圆造成的破损现象显现为管片崩角、纵向裂纹，施工过程中需加强人员管理和培