結合廣州地鐵談盾構隧道質量控制
摘 要:結合廣州市軌道交通四號線黃村—琶洲站區間盾構工程實例,概括盾構隧道施工中常見的質量問題,統計分析其產生的原因,并提出相應的解決辦法,以保證隧道的穩定性。關鍵詞:質量,措施,隧道,裂紋
1工程概況
廣州市軌道交通四號線黃村—琶洲站盾構區間主要由兩條圓形盾構隧道組成。隧道雙線長度為3832.525m;隧道標稱內徑為5.4m;埋深為9.6m~23.6m;平面最小曲線半徑為650m;最小豎曲線半徑為3km;最大坡度為28‰;最小坡度為3‰。區間隧道洞身所穿過的圍巖主要在⑥,⑦,⑧,⑨泥質粉砂巖層中通過,工程采用日本三菱公司制造的兩臺刀盤開挖直徑為6.29m的盾構機施工。
2施工過程中出現的質量問題
右線施工自始發掘進以來,共掘進156環,出現了管片破損、錯臺、滲水、上浮、隧道軸線偏差等諸多質量問題。存在的主要質量問題如下:
1)崩缺、裂紋。自右線始發掘進至今,管片出現的崩角、崩裂幾率較高,主要表現在3點,9點位置,一般在管片脫出盾尾后出現。共計崩角有37處,占總掘進環數的24%。裂紋主要集中在63環~72環,每環5點~7點位置均有幾道裂紋,最長達到1.2m。共計裂紋18處,占總掘進環數的6.5%。
2)滲漏水。拼裝時,由于止水條被扯破或者位移,K塊容易產生滲漏水,在右線隧道79環~91環較嚴重。
3)錯臺。普遍出現了上下錯臺的情況,沿盾構掘進方向,管片錯臺呈下臺階式,最大錯臺值達30mm。當坡度變化后,螺栓孔被拉裂,在豎曲線段錯臺呈上臺階式,兩側錯臺通常為10mm~15mm。共計錯臺18處,占總掘進的11.6%,其中,超過20mm的達11.6%。
4)上浮。在前100環,共出現了三次隧道上浮,分別在10環~25環,59環~66環,78環~88環。最大超限位置在85環,與設計位置垂直偏差達161mm。
3質量問題產生的主要原因
3.1管片崩缺、裂紋產生的原因
管片的崩缺、裂紋對隧道產生的危害比較大,管片損壞后進行修補,修補后的防水性能比原始混凝土差,這樣在今后的使用過程中,管片最先損壞的應該是這些以往受過損壞的部位,所以管片的損壞對永久結構的使用壽命有一定的影響。造成管片崩缺、裂紋的主要原因如下:
1)盾構機方面的原因,三菱盾構機存在的主要問題。
盾尾間隙過小。盾尾與管片外表面的間隙僅35mm(而海瑞克盾構機為70mm),管片環軸線與盾尾軸線稍有偏差,即產生盾尾對管片的擠壓、憋壓、拉刮等作用,易造成管片損壞。千斤頂布置不合理。千斤頂的分布與管片塊接縫不匹配,不管如何調整K塊位置,總出現千斤頂撐靴作用在接縫上(騎縫),易導致管片崩角。盾尾接方面的原因,施工時主動接表現為剛接,使盾尾與管片的適應性變差。
2)盾構操作方面的問題。
吊運和拼裝過程中的碰撞損壞,盾構機姿態控制不好。如蛇行或盾構機軸線與管片軸線偏差過大,各組推進千斤頂推力相差過大等。
3)管片上浮方面的原因。
隨著盾構推進,管片環脫出盾尾后,立刻受到漿液或地下水浮力的作用要上浮,而位于盾尾內剛拼裝的管片則受到盾尾約束,使管狀的隧道結構相當于懸臂梁,在盾尾附近的管片受到的彎矩最大,故管片的開裂往往在脫出盾尾后2環~3環處出現的概率最大。
4)管片環橢變造成裂縫。
管片環橢變可由于自重作用、浮力作用、注漿偏壓等原因造成。硬巖段管片環橢變往往表現為“橫鴨蛋”式,即管片環上下發生變形。發生橢變后,管片環腰部受到負彎矩作用,管片內弧面受壓,腰部縱縫相互擠壓而易出現崩角、崩邊以及螺栓孔拉裂等損壞;而管片底部、拱部受到正彎矩作用,管片內弧面受拉,頂部、底部縱縫張開,接縫外側相互擠壓而易出現崩角、崩邊等損壞。由于頂部、底部接縫崩裂往往出現在接縫外側,在隧道內難以發現,但此類裂縫對止水槽破壞大,易產生漏水。故實際觀察到的現象是位于隧道腰部(3點,9點附近)的裂縫數量多,但漏水往往在隧道頂部居多。
5)管片扭轉。
管片扭轉后,會導致管片端部(千斤頂的作用面)的受壓區混凝土開裂或相鄰兩塊管片接縫處崩角破壞。
3.2管片滲漏水產生的原因
管片滲漏水主要表現為裂紋滲水,K塊漏水,接縫漏水,吊裝孔因卸水導致階段性滲水。產生原因有以下幾點:
1)管片本身質量原因。管片制作和養護過程中出現的質量問題。
2)管片壁后注漿防水。壁后注漿實施的好與壞直接影響到隧道的施工質量,注漿的好壞影響地面沉降控制,在硬巖段,注漿不足還會導致隧道上浮。事實上,注漿也是隧道的第一道防水防線,注漿不足,直接致使接縫防水和管片防水。
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