尿酸高的防治

第29卷 第6期 2009年 12月 膳省建磺 Tunnel Construction V01．29 No．6 Dec． 20o9 盾构在推进时隧道管片产生裂缝、碎裂的原因及防治措施 姜敦灿 (中煤隧道工程股份有限公司，上海 201900) 摘要：在盾构推进过程中，经常会出现由于各种原因造成管片产生不同程度的裂缝、碎裂现象，进而造成隧道质量问题，甚至影响 工程验收和使用寿命。为系统解决这一质量通病，对盾构施工中出现管片产生裂缝、碎裂的原因进行详细的、研究，并提出相 应的防治措施，来指导施工，减少管片产生裂缝、碎裂现象。通过现场分析并采用相应措施后 ，管片产生裂缝和碎裂的现象明显减 少，收到良好的效果，对类似工程具有重要指导意义。 关键词：盾构；隧道；管片；裂缝；碎裂；防治措施 中图分类号：U 455．3 9 文献标志码：A 文章编号：1672—741X(2009)06—0694一O5 Causes and Countermeasures for Segment Cracks 儿ANG Duncan (Tunnel Engineering Stock Company of China National Coal Group，Shanghai 201900，China) Abstract：Segment cracks are commonly seen during shield tunneling，which can influence the tunnel quality and even jeopardize the works acceptance and service life．In order to solve this common problem，the author analyzes the causes for the cracks and proposes some countermeasures．The results of the study have been used in the engineering practice and good effects have been achieved．The paper can provide reference for similar projects in the future． Key words：shield；tunnel；segment；crack；smash；counterm easure O 引言 钢筋混凝土管片作为地铁隧道的主要受力构件， 承受隧道外部水土及盾构推力等多种荷载。在盾构推 进过程中，由于盾构推进是个动态过程，管片的受力不 均匀且不断变化，当管片受力不均匀程度超过一定的 限度时，管片就会产生裂缝或碎裂。竺维彬等分析了 管片生产、施工、使用过程中的开裂原因，并提出相应 对策 ；梁仲元等通过对突际管片破损和裂缝的分析 和有限元模拟，计算出相关的应力集中区域，推断出典 型破损和裂缝的产生原因 ；张曙辉通过隧道管片在 盾构掘进施工时产生裂缝原因的分析，并提出相应对 策 ；陈俊生等为分析在施工过程中部分管片螺栓孔 附近出现开裂或破损的原因，首先，通过了对块管 片足尺正、负弯曲试验，发现并没有出现裂缝，而通过 三维有限元模拟，分别计算 1对标准块管片在相对弯 曲和相对扭转时的应力分布，通过分析应力云图和截 面应力等值线发现，开裂和破损是由管片间相对扭转 引起的 j。通过杭州地铁 1号线彭埠站一建华站区间 工程在盾构推进过程中不同程度的出现管片裂缝、碎 裂现象，分析除在盾构法隧道施工中出现前人所论述 的管片产生裂缝的部分原因外，重点对隧道在砂性土 层条件下及盾构始发阶段等管片产生裂缝、碎裂的新 原因进行研究和分析，并提出相应的防治措施。该隧 道主要穿越土层为③ 砂质粉土、③ 粉砂夹砂质粉土、 ④层和⑥层淤泥质饱和软黏土，土层含水量较为丰富。 1 管片在盾构推进过程中产生裂缝 盾构掘进过程中隧道管片在盾构千斤顶反作用 力、盾尾压力、同步注浆压力及周围土体的压力作用下 部分管片出现裂缝。其中盾构在砂性土层中推进时千 斤顶推力较大是造成管片产生裂缝的主要原因 。 1．1 盾构始发阶段 1．1．1 主要原因 1)工程左线在盾构始发段处于曲线半径 R ： 3 000m的竖曲线内，根据推算，盾构始发坡度应 为一6．6％0，而实际盾构基座放置坡度为 +4％0，，相差 10．6％0，造成盾构始发时盾构轴线与设计轴线偏差较 大； 2)盾构始发段共设置负环管片 10环，其中7环为 开口环，在始发时使用下半部千斤顶，在始发过程中加 剧了盾构姿态继续跑高，管片轴线与隧道设计轴线偏 收稿日期：2009—07—21；修回日期：2009—10—24 作者简介：姜敦灿(1974一)，男，江苏徐州人，2005年毕业于矿业大学土木工程系工业与民用专业，本科，工程师，主要从事地铁隧道施工技术工作。 第6期 姜敦灿 ： 盾构在推进时隧道管片产生裂缝、碎裂的原因及防治措施 差继续加大； 3)始发端头井加固土体根据取芯试验显示达 1．7 MPa，大大超出设计加固强度 0．85 MPa，同时盾构4个 注浆管路设置为外凸型，增加了盾构与土体的摩擦力， 因此，在加固体推进过程中大千斤顶推力较大，达到 2 300～2 400 t，超过了正常推力 1 000～1 500 t； 4)由于始发端头井处于含水丰富的砂层，为确保 盾构始发安全，在始发时采用了9口降水井，减少了砂 性土层的含水量，大大减弱了砂层的流动性 ，因此，在 盾构穿越加固土体进入砂性土层后，刀盘扭矩和总推 力都比较大； 5)盾构在穿越砂层过程中进行纠偏，但因纠偏过 猛、过快，管片与盾尾之间没有间隙，管片受到盾尾的 挤压而产生裂缝。 1．1．2 预防对策 为避免隧道右线盾构始发时出现同样情况，经研 究采取以下措施： 1)由于盾构始发段处于竖曲线段，根据推算，盾 构出加固区时的坡度为 一8．8％o，盾构在加固区时按照 直线进行推进，因此，盾构始发基座放置坡度应适当低 于设计 一6．6％0的坡度，按 一9％v坡度放置盾构基座； 2)盾构在始发过程中，如果出现抬头现象，则停 用下部千斤顶，使用腰部千斤顶进行推进； 3)负环管片布置采用 3环开 口环，7环闭口环管 片，使盾构开始接触土体时千斤顶便能够全部使用，使 管片受力均匀，既能防止盾构抬头又可防止盾构叩头 现象； 4)盾构在加固土体推进过程中，为减少盾构与加 固土体之间的摩擦力，在盾构有同步注浆管部位适当 开启超挖刀，伸出长度不超过同步注浆管外凸高度； 5)盾构在穿越加固土体和砂性土层过程中，在刀 盘前面应加注泡沫剂，增加加固土体和砂性土体的和 易性，且推进速度不易过快，尽量使刀盘多旋转，使碴 仓的土和泡沫剂充分搅拌，减少刀盘扭矩和千斤顶总 推力； 6)在盾构纠偏的过程中，勤纠，纠偏量要小，避免 造成盾构轴线与管片轴线偏差较大。 1．1．3 治理措施 1)在盾构姿态与管片姿态偏差较小时，可以调整 盾构姿态来保持与管片姿态相一致； 2)在盾构姿态与管片姿态偏差较大时，可以使用 1～2环曲线管片来调整管片姿态； 3)管片产生较小的裂缝，由于渗漏水较小，可以 不必修补，过一段时间会自动愈合； 4)管片产生较大、较多的裂缝，渗漏水呈流线型， 可先采用聚氨酯进行堵漏，然后采用壁后注双液浆进 行加固、堵水，确保结构安全； 5)若采用4)仍然有部分渗漏的，可采用注亲 水性环氧树脂进行堵漏。 1．2 管片环面不平整 1．2．1 开裂原因 在盾构推进过程，发现多处管片腰部出现裂缝现 象，经分析，主要原因有： 1)管片采用错缝拼装，上一环相邻 2管片环面有 错台现象，下一环管片腰部正对准上一环纵缝，使后拼 上的管片受力不均匀，盾构的推力较大时，管片的表面 就会出现裂缝(见图 1)； 图1 管片表面裂缝 Fig．1 Surface clacks of segments 2)管片传力衬垫，粘贴厚度不均匀，厚薄差别较 大时，在千斤顶的较大推力下造成管片裂缝； 3)拼装时前后2环管片凸凹弧面清理不干净，有 杂物，使相邻管片环面不平整，后拼装的管片在推进的 时候就可能被顶裂。 1．2．2 预防对策 1)在每环管片拼装前，检查上一环管片的环面平 整度，发现环面不平整时，及时地加贴衬垫予以纠正， 从而使后拼上的管片受力均匀； 2)在前一环面平整的情况下，整环镶贴2 mm或 3 mm的柔性传力衬垫，保证管片环面平整，受力均匀， 从而使凸凹面有缓冲距离； 3)拼装前做好清理工作。 1．2．3 治理措施 1)在管片拼装过程中，发现局部环面不平整时， 应暂停拼装，及时调整传力衬垫量，然后再继续拼装， 确保环面平正度； 2)对于管片产生裂缝采用 1．1．3治理措施中3)、 4)、5)措施进行处理。 1．3 盾构机转弯时管片产生挤压 1．3．1 开裂原因 在盾构推进过程中管片在脱出盾尾时出现了开裂 现象，经现场分析原因如下： 1)在盾构进入左、右曲线段施工时，千斤顶推力 隧道建设 第29卷 在盾构转弯时发生了变化，千斤顶与管片产生一个夹 角，受力不均匀，盾尾挤压管片造成开裂； 2)在管片拼装之前，盾尾内的泥砂没有清理干 净，拼装时落底块拼装不到位，推进时泥砂对管片形成 集中反力，造成管片开裂； 1．3．2 预防对策 1)盾构转弯时，尽量调小每次转弯量，同时采用 粘贴传力衬垫适当增加管片左侧或右侧超前量； 2)在拼装落底块管片前，把盾尾内的泥砂水清理 干净。 1．3．3 治理措施 1)调整传力衬垫厚度，厚度一般不超过 5 Bin，在 厚度超过4 mm时，应在黑色密封圈上粘贴遇水膨胀止 水条，防止楔子量过厚，造成相邻管片密封圈挤压不密 (a)管片拼装之前管片手孔裂缝 (c)管片拼装前管片的侧面贯通裂缝 实 ； 2)调整隧道管片排序使用曲线管片来调整管片 姿态，使其管片轴线与盾构轴线尽量一致； 3)对于管片产生裂缝采用 1．1．3治理措施中3)、 4)、5)进行处理。 1．4 管片制作质量不合格 1．4．1 开裂原因 在盾构推进过程中发现部分管片裂缝沿着原有管 片细微裂缝开裂，经分析，原因如下： 1)管片养护不到位 ，造成管片表面产生较多的 细微裂缝，经过实际测量 ，许多管片部分裂缝宽度 达到 0．5 mm，还有些贯彻性裂缝 ，因此，在砂性土 层中推进时，加上推力较大，造成沿原有裂缝开裂 (见图 2)。 (b)管片拼装之前内弧面裂缝 (d)管片拼装后的内弧面裂缝 图2 管片裂缝沿原有管片细微裂缝开裂 Fig．2 Cracks developing along existing small cracks 2)管片的注浆孔采用的是塑料预埋件，造成此部 位受剪力不够，在千斤顶推进过程中，此处易变形产生 裂缝(见图3)。 1．4．2 预防对策 1)按进行养护，尽量减少表面裂缝； 2)将注浆孔更换成铸铁预埋件； 3)在进场前，加强管片的质量检验，发现不符合 质量要求的，一律不得进场。 1．4．3 治理措施 1)对表面有较多裂缝的管片(裂缝宽度不超过 第6期 姜敦灿 ： 盾构在推进时隧道管片产生裂缝、碎裂的原因及防治措施 0．5 mm)，下井前在管片外弧面增加一道防水涂层，在 较小开裂的情况下能进行防水，修补流程见图4； 图 3 管片拼装后的内弧面注浆孔、手孔裂缝 Fig．3 Cracks around grouting holes and bolt holes on intrados of erected segments 清洁微裂缝表面 (管片干燥状态下) 微裂缝处涂灌BARRAEMULSION 57原液 根据气温静停 2～5 min 用细铁砂皮对修补处打磨，使管片表面光滑 图 4 修 补流程 Fig．4 Repairing procedure 2)管片产生裂缝采用 1．1．3治理措施中3)、4)、 5)进行处理。 2 盾构推进过程中管片产生碎裂原因 2．1 纵向错台现象 2．1．1 碎裂原因 1)在拼装管片时，出现同环相邻的2片管片相互 位置发生错动，纵缝出现了前后喇叭、内外张角宽度不 一 致，形成错台，在千斤顶的推力下，受力不均匀造成 碎裂； 2)盾构轴线与管片轴线不重合，形成夹角，且夹 角较大，造成局部盾尾与管片之间没有间隙，拼装困 难，只有管片向内移动，从而产生错台(见图5)； 3)螺栓没有复紧到位，在出盾尾后出现错台。 2．1．2 预防对策 1)拼装管片时，要居中拼装，形成整圆； 2)拼装管片前，清理盾尾内的杂物，使落底块能 拼装到位； 3)推进时，千斤顶推力均匀； 4)及时复紧螺栓。 2．1．3 治理措施 1)在推进时，盾构姿态要勤纠，纠偏量要小，尽量 使盾构轴线与管片轴线相一致，并使管片拼装时周围 都有合理的间隙； 图5 管片纵向错台 Fig．5 Longitudinal offset of segm ents 2)调整管片楔子量； 3)管片出现碎裂后，及时进行修补。 2．1．4 具体修补方法 1)修补材料采用丁苯乳胶、双快水泥、PⅡ52．5普 通硅酸盐水泥，为使修补剂颜色接近混凝土管片，可掺 人适量白水泥进行调整(在修补前先进行试配，与管 片颜色相同时，再进行修补)； 2)管片拼装时造成的小部分缺角掉边的，可将碎 裂部分予以凿除(直至露出新鲜的混凝土粗骨料)后， 用不小于管片强度的混凝土或砂浆进行修补，做到边 角齐整； 3)管片碎裂深度较大时，如果采用一次修补到 位，因自质量大，修补的混凝土易脱落，且易龟裂，效果 不好，难度较大，因此采用分层修补。每层修补厚度约 2～3 cm，第二层修补在待第一层有 7—8成干的情况 下进行修补，最后压出弧度保持原管片弧度一致。 2．2 环向错台现象 2．2．1 碎裂原因 1)在管片拼装时，下一环与上一环管片出现环向 错台，在千斤顶推力下造成碎裂，碎裂形式是沿环缝方 向碎裂，一般破碎较大(见图6)； 2)管片拼装错台有 2种形式，一种是向外错台，一 种是向内错台：向内错台，在拼装时前后2管片凸凹面 没有对准，凹面管片向下移动，形成错台，上一环的凸角 点对准下一环的斜面，在千斤顶的顶力下，该点形成集 中应力而破碎；向外错台，管片拼碎形式图的内错台； 3)管片出盾尾时，管片与盾构之间有夹角，造成 盾尾挤压管片，使管片径向位移形成错台； 4)管片螺栓复紧程度不够，造成管片出盾尾后， 在外部压力下形成错台； 5)管片的环面与盾构轴线不垂直，管片拼装后与 盾尾挤压，将管片向相反方向位移，形成错台； 隧道建设 第29卷 图 6 管片环向错 台 Fig．6 Circumferential offset of segments 6)管片拼装成椭圆型，成横鸭蛋或竖鸭蛋形状， 形成错台； 7)管片在脱出盾尾后，同步注浆量不足，没有把 空隙充填密实，管片在自重的作用下下沉(或浮力作 用下上浮)，形成错台。 2．2．2 预防对策 1)管片超前量滞后或超前不大时，调整管片的楔 子量，使管片的上超量或下超量(左超或右超)符合设 计超前量，尽量保持环面与盾构轴线垂直； 2)管片环面超前量滞后或超前较大时，采用曲线 环来调整管片超前量，使管片环面与盾构轴线相垂直； 3)加强拼装质量意识，尽量使正环管片中心与盾 构轴线中心相重合，使管片周围有合理的间隙，避免把 管片拼成横鸭蛋或竖鸭蛋形状； 4)同步注浆要同推进速度相匹配，注浆压力控制 在静止水土压力的 2—3倍，注浆量一般为间隙的 180％ ～200％，并结合地面沉降监测情况，及时充填间 隙，防止管片下沉或上浮； 5)严格控制盾构推进轴线和盾构姿态，确保管片 能拼于理想的位置上。 2．2．3 治理措施 1)拼装过程中发现管片与前一块管片产生错台， 可进行增、减管片楔子量来控制管片位置； 2)采用2．1．3治理措施中的3)进行处理。 2．3 管片其他碎裂现象 2．3．1 碎裂原因 1)封顶块拼装时，由于邻接块开口量不够，强行 插入，造成封顶块管片和邻接块管片碎裂； 2)盾构姿态与管片姿态差别较大，拼装管片困 难，管片拼装成椭圆形(一般为横鸭蛋)； 3)管片脱出盾尾后，采用单一部位的注浆孔注浆 使管片集中受力，向另一侧位移； 4)在拼装管片时，由于旋转拼时速度过快、过猛， 造成管片碰撞，形成碎裂。 2．3．2 预防对策 1)在相邻块上涂刷肥皂水或液体凡士林，增加润 滑度，使封顶块能顺利地插入； 2)在推进过程中，保持盾构姿态沿设计轴线推进， 管片姿态与盾构姿态保持一致，拼装时管片能居中拼装； 3)调整管片楔形量，使管片超前量符合设计要 求，与盾构轴线相垂直，拼装时保证管片与盾尾之间有 合理的间隙； 4)注浆时采用对称注浆，使管片能够均匀受力； 5)管片拼装时，控制拼装机旋转速度，不宜过快、 过猛。 2．3．3 治理办法 1)盾构纠偏遵循勤纠、纠偏量少的原则，使盾构 沿着设计轴线； 2)管片与盾构姿态有偏差，偏差较小时，调整管 片楔形量；偏差较大时，采取曲线环管片进行调整； 3)加强管片拼装质量，减少管片碎裂； 4)采用2．1．3治理措施中的3)进行处理。 3 结束语 造成管片产生裂缝、碎裂的因素有很多，往往是由 于几种因素共同作用使管片产生裂缝、碎裂；也有是由 于某一种因素造成的。根据经验，盾构在砂性土层中 要比在黏土土层中推力大；因此，造成管片碎裂现象比 在黏土层多。盾构在砂性土层推进过程中，要优化施 工参数，同时采取必要措施，通过刀盘向土体加入泡沫 剂改良碴土，能够有效减小扭矩和盾构总推力，从而减 小管片受力，避免管片产生裂缝及碎裂。同时要加强 盾构司机的培训，提高其盾构操作水平，提高管片拼装 质量。通过现场分析及采取相应措施后，管片产生裂 缝和碎裂的现象明显减少，收到了良好的效果，这对以 后类似工程施工具有重要指导意义。在盾构实际推进 中由于每条隧道所处工程地质水文条件等环境不一 样，管片所产生裂缝、碎裂原因也不尽相同，必须根据 实际情况进行分析、研究后，才能采取针对性的措施来 控制管片产生裂缝及碎裂现象。 参考文献： [1] 竺维彬 ，鞠世健．盾构隧道管片开裂的原因及相应对策 [J]．隧道技术2003(1)：21—25． [2] 梁仲元，陈俊生，莫海鸿，等．广州地铁盾构施工阶段管片 开裂原因初探[J]．广州土木与建筑，2004(3)：23—25． [3] 张曙辉．盾构施工时管片产生裂缝的原 因及对策[J]． 建设机械技术与管理2007，20(6)：73—74． [4] 陈俊生，莫海鸿，梁仲元．盾构隧道施工阶段管片局部开 裂原因初探[J]．岩石力学与工程学报，2006，25(5)：906 — 910． [5] 周文波．盾构法隧道施工技术及应用[M]．北京：中国建 筑工业出版社 ，2004．