浅析城市轨道交通盾构区间管片错台成因及整治措施论文_陈广飞

佛山市轨道交通发展有限公司 广东省佛山市 528200

摘要:城市轨道交通盾构区间管片错台是影响隧道质量的关键因素,错台严重会导致隧道渗漏水加剧、环向沉降椭变超标、管片本体崩角掉块等问题,影响运营安全。本文以某地铁运营线路DY盾构区间为实例,对管片错台成因建设采取的整治措施进行总结分析,为今后类似案例提供参考。

关键词:盾构 管片 错台 分析 整治

一、概述

某地铁运营线路DY盾构区间约60米盾构管片存在管片裂纹、拼接缝较大、管片错台及管片崩角掉块问题,需要采取措施进行整治。

(一)现场情况

1、经核查此区间共16环管片存在裂纹,总计82条,裂纹最大宽度为1.2mm,位于803环管片。

2、顶部管片的环向拼接缝宽度在1cm至2.7cm之间,其中852环拼接缝宽度最大为2.7cm。

3、错台高差在2cm至5cm之间,其中804与805环、807与808环间错台最大为5cm。

(二)地质情况

DY区间主要为白垩系地层分布范围,隧道大部分地段通过强风化带(III级围岩)、岩石中风化带(IV级围岩)和微风化带(V级围岩),围岩性质较好;地下水以潜水和上层滞水为主,基岩中存在基岩裂隙水,地下水对混凝土无腐蚀性,对混凝土中钢筋有弱腐蚀性。

(三)结构情况

该区间管片采用环宽1.5m 和1.2m 两种,管环外径6m,内径5.4m,每环由6 片管片组成。管片混凝土强度等级为C50,钢筋为Ⅰ、Ⅱ级,初衬环纵、环缝采用弯螺栓连接,其中每环纵缝采用12 根M24 螺栓,每个环缝采用10 根M24螺栓。

二、管片错台原因分析

(一)建设期管片错台原因分析

1、管片拼装不规范

管片拼装过程是控制管片错台至关重要的环节,管片拼装工人的操作熟练程度及责任心直接影响管片拼装完的成型质量。例如:管片拼装前盾尾的杂物没有彻底清除;管片拼装顺序没有按照由下至上左右交叉的顺序;管片拼装没有均匀摆布,螺栓难以插入;管片拼装完成及管片脱出盾尾后没有及时将螺栓拧紧;K块强行插入;管片内翻外翻等不规范的管片拼装作业,是导致管片错台不可忽视的直接因素。

2、管片上浮

管片上浮有时可造成管片连续错台,尤其在软弱地层中。由于地层较软,有经验的盾构司机会加快掘进速度以帮助姿态控制,而壁后浆液往往因为初凝时间较长而产生大于管片自重的上浮力,此时如果没有立即采取防止隧道管片上浮的措施,隧道管片的上部就会发生连续的“叠瓦式”错台。

3、盾构机姿态控制不佳

盾构机的掘进姿态控制是盾构施工技术的重点,盾构机的姿态变化直接影响到盾尾间隙的变化。实际掘进时盾构机围绕设计轴线呈蛇形前进,如果盾构机的姿态控制不好,盾构机的运动轨迹波动幅度过大,盾尾因急纠、猛纠而产生较大的径向位移,而在连接螺栓的作用力下管片的空间形态已基本由上环管片所决定,这就必然导致管片与盾尾之间的间隙不均匀,甚至某个方向无间隙。若盾尾间隙过小,盾尾的径向运动趋势将以力的形式通过盾尾刷传递给管片,从而导致盾尾前后的管片产生错台。

4、管片法面与盾构掘进方向不垂直

在区间小半径曲线段掘进或盾构急纠转弯时,若管片楔形量不能满足管片转弯需求,会造成管片法面与盾构掘进方向不垂直。盾构机向前掘进的推力是通过千斤顶作用在刚拼好的管片衬砌横断面上,如果盾构掘进方向与管片法面之间不垂直,则其作用于管片上的巨大反推力可分解为纵向和径向两个分力,纵向分力可通过管片衬砌横断面不断传递直至消散,而径向分力大于管片间摩阻力、壁后浆液与地层作用等阻力时,造成管片环缝错台。

(二)外部施工导致管片错台分析

该线路开通运营以来,DY区段上方地表100米范围内未曾有较大型外部施工,可排除外部施工的影响。

(三)运营原因导致管片错台分析

该线路开通运营以来,DY区间轨道维修养护、结构监测、轨道振动检测均正常,未发现可能影响错台的因素,可排除运营原因导致管片错台。

(四)原因分析综述

经查阅DY区间竣工资料、监理资料、验收资料等,该区间建成初期已存在较多管片错台、裂纹、掉块问题,排除运营原因、外部施工原因,可得出该区间错台问题是由于建设期原因导致。

三、盾构管片错台应对措施

(一)加密监测

1.垂直沉降监测:包含36个测点(基准点4个、监测点32个)。

2.水平位移监测:包含20个测点(基准点4个、监测点16个)。

3.断面收敛监测:包含断面4个,每个断面5个监测点,共20个监测点,测量4条收敛线。

4.裂缝自动监测:选取该区间错台范围现状裂纹及拼装缝宽最大各5条(共10条),进行24小时裂缝自动监测。

5.断面形状测量:选取该区间错台范围两个断面,每个断面埋设40个测点,一共进行4次测量。

(二)管片裂缝修补:

采用改性环氧树脂+固化剂对裂纹处管片面进行涂抹,封堵裂纹表面,同时裂纹每隔300mm埋设高压注浆针头,埋设深度40mm,然后通过高压注浆针头压注改性环氧树脂填充裂纹,保证裂纹填充密实、裂纹处钢筋不被锈蚀、确保管片的耐久性。

(三)错台及破损局部修补

1、管片拼接缝封缝处理

采用氯丁胶乳水泥灌浆料或改性环氧化学灌浆液进行灌浆封缝。在管片接缝错台严重部位两端钻终止孔,钻至遇水膨胀橡胶层,然后填塞速凝水泥,形成两道堵头。堵头中间区域设若干注浆孔,灌注氯丁胶乳水泥浆液或改性环氧树脂液。具体处理流程如下:

(1)用钢丝刷清除环缝及纵缝缝内的浮泥、泥垢。

(2)在错台严重部位的两端各延伸0.5米钻终止孔,孔径0.6 cm,孔深至管片密封橡胶条,孔内压入速凝水泥或环氧胶泥,封闭终止孔。

(3)对管片接缝采用快干水泥进行裱糊密封。

(4)采用角向砂轮机对要进行封缝的界面进行打磨,打磨清理掉表面浮尘。

(5)打磨后的界面涂刷弹性环氧胶泥。

(6)对拼缝按35 cm 的距离布注浆孔,并插入8 mm 的铝管,铝管埋入深度20 cm,采用聚合物水泥封缝嵌缝埋管。

(7)注入改性环氧化学灌浆液或氯丁胶乳水泥浆液,注浆压力0.4~0.5 Mpa。采用电动泵由下至上,由低到高进行注浆,直至上一注浆孔出浆,依次直至顶部的出气口出浆,使浆液充填整个管片接缝。

(8)闭管待凝8~12 h 后进行检查孔口管,如孔口管不饱满时,进行二次或多次重复注浆,以确保注浆质量。

2、管片崩角掉块修补

(1)先对需要修补的基面进行浮渣的清理并用水湿润。

(2)需要修补的区域打膨胀螺栓,膨胀螺栓规格:φ10mm、L =100mm,间距200mm* 200mm梅花型布置。膨胀螺栓打入管片深度50mm,外露50mm。

(3)在膨胀螺栓20mm处采用2-3mm钢丝相连形成钢丝网片。

(4)采用高强水泥混合砂浆进行修补,配合比如下所示:丁苯乳胶:水泥:砂:水= 1:3:3:适量(以满足修补操作要求的稠度),待达到一定强度时进行面层处理。

(5)若修补位置均位于隧道顶部,地铁运营过程中由于长期振动可能会导致修补块粘接疲劳脱落,为确保地铁运营安全对修补的位置增加外贴芳纶纤维进行加固。

(四)外贴芳纶纤维加固技术

对裂纹集中位置采取粘贴芳纶纤维进行加固,施工工艺如下:

1.基面找平:管片错台出现高度差的部位应用修补剂填补,尽量减小高度差。

2.基底处理:

(1)混凝土表层出现剥落、腐蚀等劣化现象的部位应予以凿除,对于较大面积的劣质层在凿除后应用高强水泥混合砂浆进行修复。

(2)混凝土角磨机、砂纸等机具除去混凝土表面的浮浆、油污等杂质,构件基面的混凝土要打磨平整,尤其是表面的凸起部位要磨平。

(3)风机将混凝土表面清理干净,并保持干燥。

3.涂底胶:按配合比主剂:固化剂=3:1配置底胶。将主剂与固化剂先后置于容器中,用弹簧秤计量,电动搅拌器均匀搅拌。根据现场实际气温决定用量并严格控制使用时间,一般情况下2 0-5 0min内用完。将底胶均匀涂刷凝土表面,待胶固化后(固化时间视现场气温而定,以指触干燥为准)再进行下一工序施工。一般固化时间为6-24h。

4.粘贴施工:

(1)按设计要求的尺寸裁剪芳纶纤维布,纤维布抗拉强度≥2000MPA,伸长率≥1.8%。

(2)调配、搅拌粘贴材料粘结剂(使用方法与底胶相同),然后均匀涂抹于待粘贴的部位,在搭接部位要多涂刷一些。涂刷厚度要比底胶稍厚。严禁出现漏刷现象,特别注意要粘贴芳纶纤维的边缘部位。

(3)粘贴芳纶纤维布,在确定所粘贴部位无误后,用特制工具反复沿芳纶纤维方向滚压,去除气泡,并使粘结胶充分浸透芳纶纤维布;并用刮板刮涂芳纶纤维布表面粘结胶,使之均匀。根据管片受力特征,一般情况下加固芳纶纤维粘贴一层即可满足加固要求。

(4)芳纶纤维布沿芳纶纤维方向的搭接长度不得小于3 0mm。

(五)内衬钢环加固措施

对该区段大裂缝、错台严重位置采用内衬钢环进行加固。

1.管片裂缝预处理

(1)对裂缝宽度小于0.5 mm的采用灌浆法,通过埋设灌浆嘴注入环氧树脂液,达到恢复结构耐久性、防水性的目的。

(2)对裂缝宽度大于0.5mm的采用嵌填同强度环氧砂浆的方法,达到恢复结构承载力、耐久性及防水性的目的。

(3)管片破碎预处理

先清除干净混凝土管片的破碎部分,钢环安装前应对管片受损部位采用与管片混凝土同等强度环氧砂浆进行补强。

(4)管片手孔封填

钢支撑范围内管片十字缝清理干净,并用环氧粘脂填平。钢支撑范围内手孔清理干净,同时手孔进行封堵,封堵材料为修补砂浆水泥。在封堵完成后,环行钢板安装前表面涂抹环氧胶泥。

(5)管片内部清理工作

管片防水堵漏、管片修复等预处理工作完成后,及时将隧道管片内侧残余混凝土、泥浆等清除干净。衬砌内侧测量无超限方可进行钢环安装。

2.钢环材料准备

按工艺要求需提前在工厂内制作钢环片,涂装后运抵现场。要求钢板材料不低于Q345B,厚度以30mm为宜,采用锌基铬酸盐涂层防腐,涂层厚度6μm。

3.钢环安装

钢环板安装顺序由上至下。首先安装顶部块,使用冲击钻按设计间距钻孔植筋,将锚固筋先固定在管片上,采用机械手将钢环片输送到位,通过悬挂葫芦进行防护、微调,然后使植筋钢筋穿过钢板预留孔,最后采用螺母将钢环片固定在混凝土管片上,完成顶部块的安装。其它钢环片用机械手先将其安装到预定位置,然后植筋,同时相邻钢环片间用螺栓进行连接。在已安装的钢环之间采用机械千斤顶施加轴向应力,使钢环片张紧,尽量紧贴混凝土管片内侧,如下图1。

图1现场钢环安装图

4.道床上钢板安装

钢板设置在轨枕之间的间隔,每环钢环应至少设1-2 根拉板。

5.焊接与防腐

(1)焊接。在钢环板全部安装完毕后,进行整体焊接,以保证内部形成一个良好的受力整体,起到对隧道加固支撑的作用。

(2)防腐。对所有焊缝、焊点进行机械打磨,质量等级达到Sa2.5级。涂装表面无尘土、杂物、残渣等,清扫完成后方可涂装。

6.空隙注浆

安装钢环板时预留注浆管(φ10×1无缝钢管),注浆前采用水泥砂浆封闭钢环两侧,注入无溶剂亲水性型环氧树脂填充钢环背后空隙,注浆压力控制在0.05~0.5 MPa之间。整治完成效果如下图2:

图2:盾构管片错台整治完成效果图

四、结束语

盾构区间管片错台是影响隧道质量的关键因素,错台严重会导致隧道渗漏水加剧、环向沉降椭变超标、管片本体崩角掉块等问题,影响运营安全。为了避免集中严重的管片错台问题出现建设期应严格控制各环节施工质量,运营期加强外部条件检查监控。本文重点对管片错台整治措施进行了分析总结,为城市轨道交通运营期间管片错台问题整治提供思路和借鉴。

参考文献:

[1]钟志全.盾构管片错台分析及措施.建筑机械化.2006

[2]杨勇.某运营地铁隧道管片钢环加固工法介绍.现代物业.2012

[3]李云丽.盾构隧道施工过程管片结构受力特征研究.北京交通大学.2008

[4]张强.盾构隧道通缝拼装管片的上浮和错台研究.上海交通大学.2007

论文作者:陈广飞

论文发表刊物:《基层建设》2019年第19期

论文发表时间:2019/9/21

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