浅谈地铁盾构工程施工质量问题及对策

　　【中文摘要】根据深圳地区4个标段盾构施工实践经验，就管片抗裂性和耐久性、管片的安装质量、管片的成品保护及盾构防水质量等问题进行分析，提出处理办法和建议。
　　【关键词】地铁盾构；施工质量；问题及对策
　　盾构工法是在地面下暗挖隧道的一种施工方法，在大中城市里建造隧道，由于地面交通繁忙，采用明挖法，则很难实现，这种条件下，采用盾构法具有明显有点，近年来发展很快，但盾构施工的质量问题仍有一些未得到很好的解决，如管片的渗漏、裂纹、错台等。盾构隧道的设计使用年限是100年，百年大计、质量第一，为使隧道在施工中出现的质量问题得到重视和解决，结合深圳地铁一期工程7标（华强—岗厦）和25标段（华侨城—世界之窗）盾构工程，深圳地铁1号线续建工程试验段土建2标（白石洲—科技园）和深圳地铁4号线402标（莲花北站—上梅林站）等盾构区间隧道施工实践经验，对盾构工程施工质量问题进行一些探讨。
　　1管片的抗裂性和耐久性
　　近年来，随着盾构工程的施工，越来越多的工程技术人员和管理人员认识到管片混凝土抗裂性的重要。尤其在地下水具有腐蚀的地区，裂缝改变了结构的整体性和受力状态，威胁到耐久性。管片之所以产生裂缝是因为砼的拉伸变形超过砼的极限拉伸值，管片开裂在施工阶段有以下两部分组成：
　　1.1管片生产过程产生的开裂
　　管片生产过程的开裂分为两个阶段，首先是管片脱模以后的养护阶段，此阶段产生的裂纹主要以表面裂纹为主，且能目测；其次是管片完成28天后在出厂运输、吊卸及管片在洞内拼装过程中发现的微细裂纹，这种裂纹出厂检查不能轻易目测到，但一遇到集中荷载作用下，裂纹就会迅速扩展。管片养护分为自然养护和蒸汽养护，脱模后又分喷淋和蓄水养护。通过我们在深圳几个标段盾构管片生产实践比较得出，蓄水养护的管片因推力原因而产生的开裂要比喷淋养护少很多。
　　1.2盾构施工过程产生的开裂
　　⑴管片拼装前，盾尾清理不干净，使得管片环缝加有泥砂，从而造成整环管片的环面不平整，盾构掘进时因其不均匀受力而产生裂纹；
　　⑵拼装过程中环面不够平整，导致已拼管片受力不均匀产生裂纹；
　　⑶盾构在硬岩段或不均匀地层中掘进，因推力过大或推力不均匀导致管片出现裂纹；
　　⑷管片补浆时，压力控制过高导致管片开裂；
　　⑸姿态较难控制时，过于纠偏使得盾尾间隙过小或推力不均匀导致管片开裂。
　　2管片拼装质量
　　2.1壁后注浆
　　盾构隧道是一种管片衬砌和地层一体化的结构稳定的构造物，管片上的作用力也是在这个假设下考虑的，因此，管片背面空隙的均匀填充是确保作用力均匀的前提条件，防止管片拼装产生错台主要靠壁后及时充实的填充，注浆压力过大亦会造成管片的错台。
　　注浆压力的分布对衬砌管片内力等有较大影响，确定注浆压力时应避免过大，过大的注浆压力会产生“劈裂现象”，即造成注浆层切入地基的情况，特别是在深圳软粘土地层中，劈裂允许压力值较低，注浆压力的非均匀分布容易引起地表有害隆起或破坏管片衬砌。
　　2.2姿态控制
　　盾构在不均匀地层中掘进，会导致千斤顶对管片的作用力不均匀而产生错台，在转弯段因千斤顶不对称作用力而产生的一个偏离轴线向外的分力，导致错台发生。
　　2.3操作不当
　　管片二次补浆的压力过大导致错台的出现；拼装过程中管片的连接螺栓未拧紧或未及时进行复紧；在硬岩地段且处于曲线段掘进时，姿态调整过急过猛容易导致错台现象。
　　2.4隧道上浮
　　当管片一出盾尾由于浮力的作用，就与在盾壳内的管片形成错台，随着掘进的进行，往往还能听到这种错台的声音，有时这种错台是缓慢和逐渐的，也会形成叠瓦式或台阶式。有时左右两侧连续几环都会出现这种现象。
　　3管片成品保护
　　管片的破损、崩角比裂隙对隧道产生的危害还要大，大多数管片的破损都不可避免的伤及到钢筋，尽管这些破损都要进行修补，但修补后的防水性能不如原始混凝土，这样在使用过程中，经过一段时间之后，管片最先损坏的应该是这些以往受过损坏的部位，所以管片的损坏对永久结构的使用寿命存在一定影响。管片的损坏、崩角主要有以下几个方面的原因：
　　3.1操作原因
　　吊运和拼装过程中的碰撞；吊装孔附近混凝土被拔脱；管片环发生扭转时，千斤顶在两块管片接缝处导致管片端面崩角而破坏；千斤顶撑靴顶在管片上不正（盾尾间隙不均匀时）会使管片内侧或外侧的混凝土破损。
　　3.2姿态控制
　　盾构机姿态调整时，以下两个因素都可造成管片损坏；⑴急于纠偏造成受力不均匀；⑵千斤顶行程差过大而导致受力不均匀出现管片损坏。
　　3.3管片扭转
　　管片扭转一般在线路转弯段产生，扭转会导致管片端部（千斤顶的作用面）的受压区混凝土开裂或相邻两块管片接缝处崩角破坏；另一个不利影响就是预先设计的管片开口因扭转而与联络通道之间发生错位，导致隧道与联络通道之间无法顺利连接；还有就是会给安装走道板、通风管等带来一定的不方便，但是扭转并不影响到结构的质量和使用。
　　管片的扭转与线路转弯有很大关系，管片受扭转是普遍存在的，盾构推进千斤顶偏离管片轴线和千斤顶对管片环不对称的作用力是使得管片环发生扭转的主要原因。在施工过程中通过改变刀盘转动和拼装顺序可以减少或克服扭转对管片的影响，同时施工过程中增大管片的稳定和抗扭转力来减少或消除扭转，其中加大环缝间连接螺栓的拧紧力和减小管片背后注浆的凝固时间是最基本的，也是较好的方法。有的盾构机盾体上安装有稳定器，来减小在硬岩段掘进时因刀盘扭矩过大而引起管片的扭转。
　　4盾构隧道防水质量
　　4.1管片自防水
　　管片预制前，选定混凝土的配合比、水泥用量、入模温度、浇捣工艺、养护时间和方法以及外加剂掺量等。通常采用掺外加剂来改善混凝土本身的不密实性，补偿混凝土因徐变等原因产生的收缩，以增加管片的抗裂性和抗渗性。不能片面提高混凝土的标号和抗渗等级，因为混凝土标号越高，单位水泥用量越多，水化热越高，收缩量越大，导致裂纹的产生，必须合理选择混凝土的标号、抗渗等级和外加剂。
　　根据国内外盾构隧道施工实践，采用高精度管模来提高管片精度是很重要的环节，如果管片制作精度差，加上管片拼装累计的误差，将会导致管片接缝不密贴而出现较大的原始缝隙，此时如果接缝防水材料的弹性变形量不能适应缝隙要求就会出现漏水。因此，要生产出高精度的管片就要有一个高精度的钢模。按照施工经验，通常生产400-500环管片后就应对钢模进行必要的检修和保养。要建立一个严格的操作制度来确保模具的完好和精度。
　　4.2管片接缝防水
　　管片接缝防水材料主要有两种：一种是以日本为代表的遇水膨胀橡胶，另一种是多孔弹性橡胶（EPDM）。实践证明，密封垫材料性能极大的影响了接缝的防水效果，尤其是对防水功能的耐久性，要使密封垫能长时间保持接触面的压应力不松弛，另外一点就是止水条的制作安装误差和粘贴密合程度也会影响到防水效果。
　　盾构隧道的防水方式不同于矿山法隧道，管片间隙为2-4mm，缝隙间的防水是靠遇水膨胀橡胶止水条。每环管片内表面积约为20.3m2，横纵缝总量约27m，遇水膨胀橡胶止水条的质量就显得极为重要。目前管片的外弧面钢筋混凝土的保护层厚度为50mm,止水槽外缘距外弧面也是50mm，在管片拼装过程中，止水条粘贴槽外缘附近很容易产生应力集中，从而使该范围内素混凝土产生楔块状破裂，对管片受力状态、防腐、防水均有不利影响。另外，止水条位置距离管片外弧面太近，在止水条与管片间粘结不牢固的情况下，管片拼装时的错动容易使止水条被挤到管片外侧。
　　根据施工经验，建议管片止水槽的位置内移20-30mm，止水条内移后，可以在很大几率上避免管片外弧面得楔状破损和因破损对管片防水造成的影响，同时也能防止止水条被轻易挤出管片外。
　　4.3壁后注浆和注浆孔封堵
　　注浆作用是填充围岩与管片之间的间隙，并具有一定强度，从而防止地层的沉降。但注浆实际上也起到了第一道外防水措施的作用，饱满、密实的浆体可以消弱地下水的渗透压力，对管片防渗有利。一旦管片间的橡胶止水条失效，由于有注浆体的保护，堵漏维修工作的难度大大降低。
　　浆体材料的质量、注浆的及时性和注浆的饱满密实性的好与坏，直接影响到盾构隧道的施工质量，这一情况已被诸多工程实际所证实。虽然它主要用来控制地面沉降，但客观上是隧道防水的第一道防水防线，同时，由于注浆量不足也会引起隧道后期产生较大沉降变形而漏水。
　　注浆孔的渗漏水是盾构隧道防水中的一个薄弱环节。为有效封堵注浆孔处的渗漏水，建议在封堵塞前端增设一道遇水膨胀条沟槽，在管片所有补压浆结束后并确认不再拆卸堵头后，将遇水膨胀橡胶止水条安装上，止水条的材质与管片止水条相同。
　　4.4姿态控制不当引起漏水
　　盾构与管片的姿态不好，影响到管片的拼装质量，造成管片间错位，相邻管片止水带不能正常吻合压紧，从而引起漏水；掘进过程中推力不均匀造成管片受力不均匀而产生裂纹、贯穿性断裂等渗漏水；在掘进困难时推力过大也会造成管片产生裂纹而漏水。
　　4.6其他操作原因
　　⑴盾构掘进行程不足导致封顶快插入困难时止水条破坏而漏水。因此拼装封顶块时先量宽度是否足够，否则需要调整，不得强行插入。一般是掘进到一定的行程后先量插入块的间隙来保证足够的空间，也不是空间越大越好。同时在止水条上涂抹一定的润滑剂防止拉脱，但要注意使用的润滑剂不得对止水条的性能产生改变。
　　⑵连接螺栓没有拧紧在一定程度上引起接缝的扩大，使得管片在掘进停止后呈松弛状态，在掘进过程中要及时对后续几环进行螺栓的复紧。
　　⑶千斤顶撑靴在顶至管片时摆放不正使得止水带损坏而漏水。
　　⑷管片在运输和吊运过程中造成掉角损边等。
　　5结语
　　盾构隧道施工的质量问题大多数可以在施工过程中得到控制，需要采取相应的质量控制措施并严格执行，针对每一盾构工程的具体特点制定有针对性的技术措施，研究针对可能出现的质量问题的对策，以便在施工过程中确保工程质量。
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