城市地铁管片错缝拼装施工技术
2011-07-28 19:42
城市地铁管片错缝拼装施工技术
【摘 要】在盾构掘进过程中，管片拼装质量直接影响盾构隧道的受力状况，影响整个工程的好坏。本文以深圳地铁5号线长龙－布吉盾构区间为研究背景，分析了拼装时的主要技术难点，对拼装出现的问题做了重点介绍，希望在以后的工程中能起到一定借鉴作用。
【关键词】隧道管片；拼装；质量控制
随着国内各大城市地铁交通的不断兴建，盾构技术日臻成熟和普及，其安全、经济的掘进方式受到越来越多的重视。而管片拼装是盾构中一项重要的分项工程，在盾构掘进过程占据很特殊的位置，对整个工程起着至关重要的作用。本文以深圳地铁5号线长龙——布吉盾构区间隧道工程为例，浅述了管片错缝拼装在施工中的应用。
1、工程管片和主要技术难点
管片生产投入模具6套，其中左弯环1套，右弯环1套，标准环4套，每天每套模具生产2环管片。管片长1.5m，厚0.3m，每环由6片管片拼装而成，分别为3块标准块、2块邻接块及1块封顶块。拼装的误差采用转弯环来调整，曲线段采用专门设计的转弯环与直线环搭配，管片楔形量为38mm，楔形角为1.451 2，在曲线布置上从直线过渡到圆曲线布设，保证其不同的曲率。管片混凝土强度等级C50，抗渗级别S12。
管片拼装是项重要的分项工程，本项目的管片拼装主要有以下技术难点。
1）掘进参数的适当选择和正确的纠偏 在整个管片拼装中，掘进参数的选择极大地影响了管片拼装，特别是千斤顶对管片的反作用力对管片拼装起到很大的影响；不恰当的纠偏不但不会使盾构回归设计轴线，还会出现更加严重的偏离。
2）工程地质条件多变，拼装难度大 由于本工程地质条件复杂，软硬不均地层分布明显，管片受力不均衡，拼装时容易造成管片碎裂、错台等现象；另外，丰富的地下水对整个盾构掘进产生了很大影响，极易造成管片上浮。
3）地面管线错综复杂，穿越难度大 工程下穿广深铁路、布吉河和诸多重要地面建筑，盾构穿越时需要实时控制地面隆沉。
2、拼装方式
管片拼装采用错缝拼装。由于错缝比通缝拼装最大正、负弯矩增加，对应的轴力则减少，单点变形量比通缝拼装减少。并且错缝拼装由于纵向接头引起衬砌圆环的咬合作用，刚度增强而产生的变形被相邻管片约束，内力加大，空间刚度加大，衬砌圆环变形量减小，对隧道防水有利。管片拼装采用先纵后环法，错缝安装管片。错缝方式示意图如图1所示。
底部为标准环A1、A2、A3，中间为邻接块B、C，顶部为封顶管片K。管片安装顺序为先拼标准块，再装邻接块，最后安装封顶块。安装时由下至上左右对称进行，环与环之间前后错缝向前推进，管片平面展开排列顺序始终为K、B、A1、A2、A3、C。过曲线时设计了左、右转弯楔形环，通过与标准环的各种组合来拟合不同半径的曲线或纠偏。
3、拼装过程中的关键问题
3.1 圆环管片环面不平整
主要原因：①拼装时前后两环管片间夹有杂物；②千斤顶的顶力不均匀，使环缝间的止水条压缩量不相同；③止水条粘贴不牢，拼装时翻至槽外，使与前一环的环面不密贴，引起管片凸出；④成环管片的环、纵向螺栓没有及时拧紧及复紧。
解决方法：①拼装前检测前一环管片的环面情况，清除环面和盾壳内的各种杂物，决定本环拼装时纠偏量及纠偏措施；②控制千斤顶推力，使千斤顶推力分布均匀；③检查止水条的粘贴情况，保证粘贴可靠。
3.2 管片环面与隧道设计轴线不垂直
主要原因：①拼装时前后两环管片间夹有杂物，使相邻块管片间的环缝张开量不均匀；②千斤顶的顶力不均匀，使止水条压缩量不相同，累计后使环面与轴线不垂直；③前一环环面与设计轴线不垂直，没有及时采用楔形环纠正；④盾构推进单向纠偏过多，使管片环缝压密量不均匀而使环面与轴线不垂直。
解决方法：①尽量多开启千斤顶，使盾构纠偏的推力均匀；②在施工中经常测量管片环面的垂直度，并与轴线相比较，发现误差，根据需要纠偏的量在管片上适当的部位加贴厚度渐变的传力衬垫形成楔子环对环面进行纠正，一般一次加贴衬垫的厚度不超过6mm，偏差大时可连续多环纠偏；③合理地修改管片的排列顺序，充分利用曲线管片来纠偏。
3.3 圆环整环旋转
主要原因：①千斤顶编组不合理，使管片受力不均匀而产生相对转动；②管片环面不平，千斤顶的顶力方向与环面不垂直，盾构推进时就会产生使管片转动的力矩导致管片旋转；③管片螺栓孔和螺栓之间一般留有3～5mm的间隙，拼装时管片的位置安放不准确，造成两环管片之间相互错动引起旋转偏差；④后拼装的管片与已就位的管片发生碰撞，使已拼装的管片发生移位。
解决的办法：①控制好盾构推进的姿态，千斤顶编组情况要使推力的变化均匀，调整好管片环面的角度，减小推进过程中产生的转动力矩；②拼装管片时管片要放置正确，千斤顶要有足够的顶力使管片不发生相对滑动；③经常变换管片拼装的顺序。
3.4 管片碎裂
主要原因：①管片环面不平整，相邻管片迎千斤顶面有交错现象，使后拼的管片受力不均匀，管片的表面会出现裂缝，盾构的推力较大时会顶断管片；②拼装时前后两环管片间夹有杂物，使相邻块管片环面不平整，后拼装的管片在推进的时候就可能被顶断；③管片有上翘或下翻，使管片局部受力不匀，造成破碎；④封顶块管片插入时，由于管片开口不够而使管片受挤压产生碎裂。
解决办法：①每环管片拼装时都对环面平整情况进行检查，发现环面不平应及时加贴衬垫予以纠正，使后拼上的管片受力均匀；②及时调整管片环面与轴线的垂直度，使管片在盾尾内能居中拼装成环；③对于管片存在上翘或下翻的情况时，在局部加贴楔子进行纠正，发现环面严重不平的管片应立即拆下，重新制作楔子后再拼装。
3.5 管片环高差过大，形成错台
主要原因：①盾尾间隙环向不均匀，管片拼装的中心与盾尾中心不同心，管片与盾尾相碰，为了将管片拼装在盾尾内，将管片径向内移，造成过大的环高差；②管片拼装的椭圆度较大，造成环高差过大；③管片的环面与隧道轴线不垂直，如继续上一环的方向拼装将会与盾尾相碰，将管片向相反方向移动，造成过大的环高差；④管片在脱出盾尾后，空隙没有及时填充，管片受自重的作用，造成环高差过大。
解决办法：①将管片在盾构内居中拼装，使管片不与盾壳相碰；②纠正管片环面与隧道轴线的不垂直度；③及时、充足地进行同步注浆，用同步注浆的浆液将管片托住，减少环高差；④拼装过程中发现新拼装的管片与前一环管片的环高差过大，采取松开连接螺栓，逐块调整管片的位置。
3.6 管片椭圆度过大
主要原因：①管片的拼装位置中心与盾尾的中心不同心，管片无法在盾尾内拼装成正圆，只能拼装成椭圆形；②管片的环面与盾构轴线不垂直，使管片与盾构的中心不同心；③单边注浆使管片受力不均匀。
解决办法：①采用楔子环管片调整隧道的轴线，使管片的拼装位置处在盾尾的中心；②控制盾构纠偏，使管片能在盾尾内居中拼装；③待管片脱出盾尾后，由于四周泥土的挤压力近似相等，使椭圆形管片逐渐恢复圆形，此时对管片的环向螺栓进行复紧，使各块管片的连接可靠；④注浆时注意注浆管的布置，使管片均匀受力。
4、管片接缝渗漏与处理措施
管片拼装完成后，往往有地下水从已拼装完成管片的接缝中渗漏进入隧道，主要表现为管片接缝漏水、管片破损处漏水。如果对渗漏问题处理不当，将会使管片受到地下水的长时间冲刷作用，使钢筋混凝土管片受到电化学腐蚀。
主要原因：①管片拼装的质量不好，接缝中有杂物，管片纵缝有内外张角、前后喇叭等，管片之间的缝隙不均匀，局部缝隙太大，使止水条无法满足密封的要求，周围的地下水就会渗漏进入隧道；②管片碎裂，破损范围达到粘贴止水条的止水槽时，止水条与管片间不能密贴，水就从破损处渗漏进隧道；③止水条粘贴不牢固、提前粘贴遇水膨胀，使止水条在拼装时松脱、变形、提前膨胀，无法起到止水作用。
主要解决方法：①可以加大衬垫的厚度，在贴过衬垫处的止水条上按规定加贴一层遇水膨胀橡胶条，并且要在清理止水槽、胶水不流淌后才能粘贴止水条；②对渗漏部分的管片接缝进行注浆，利用水硬性材料在渗漏点附近进行壁后注浆；③对管片的纵缝和环缝进行嵌缝，嵌缝一般采用遇水膨胀材料嵌入管片内侧预留的槽中，外面封以水泥砂浆以达到堵漏的目的。
5、拼装质量控制
为了对管片拼装质量进行有效控制，应该做好以下几方面工作。
1）控制盾构掘进姿态，使盾构的中心与设计中线误差控制在允许范围内。
2）注浆采取对称进行，防止在同步注浆时由于不对称注浆使管片偏压造成错台。
3）由于地表沉降，使管片受压造成错台，应重视管片背注浆压力和注浆量，使管片与土体间的空隙填充密实，减少沉降量。
4）盾构在到达掘进中，由于要控制掘进速度和盾构姿态，使千斤顶的推力减小，造成安装的管片松弛，每环管片需要采用角钢相互拉在一起加固。
5）管片拼装完毕后，及时将推进油缸顶紧管片以防盾构在工作面土压的作用下后退。同时利用整圆器对已安装成形的管片进行整圆，及时拧紧连接管片的纵、横向螺栓，在管片脱出盾尾后再次拧紧纵横向连接螺栓。
6）结合本工程实际情况应该对管片拼装误差进行控制，如表1所示。
6、结 语
拼装工作是整个盾构掘进过程中重要的组成部分，采用正确的方法进行拼装，不仅能够快速完成任务，而且能够保证施工的质量。本文主要讨论了拼装时管片遇到的几类主要实际问题，希望对今后实际工作有所裨益。
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