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结合广州地铁谈盾构隧道质量控制
摘 要:结合广州市轨道交通四号线黄村—琶洲站区间盾构工程实例,概括盾构隧道施工中常见的质量问题,统计分析其产生的原因,并提出相应的解决办法,以保证隧道的稳定性。关键词:质量,措施,隧道,裂纹
1工程概况
广州市轨道交通四号线黄村—琶洲站盾构区间主要由两条圆形盾构隧道组成。隧道双线长度为3832.525m;隧道标称内径为5.4m;埋深为9.6m~23.6m;平面最小曲线半径为650m;最小竖曲线半径为3km;最大坡度为28‰;最小坡度为3‰。区间隧道洞身所穿过的围岩主要在⑥,⑦,⑧,⑨泥质粉砂岩层中通过,工程采用日本三菱公司制造的两台刀盘开挖直径为6.29m的盾构机施工。
2施工过程中出现的质量问题
右线施工自始发掘进以来,共掘进156环,出现了管片破损、错台、渗水、上浮、隧道轴线偏差等诸多质量问题。存在的主要质量问题如下:
1)崩缺、裂纹。自右线始发掘进至今,管片出现的崩角、崩裂几率较高,主要表现在3点,9点位置,一般在管片脱出盾尾后出现。共计崩角有37处,占总掘进环数的24%。裂纹主要集中在63环~72环,每环5点~7点位置均有几道裂纹,最长达到1.2m。共计裂纹18处,占总掘进环数的6.5%。
2)渗漏水。拼装时,由于止水条被扯破或者位移,K块容易产生渗漏水,在右线隧道79环~91环较严重。
3)错台。普遍出现了上下错台的情况,沿盾构掘进方向,管片错台呈下台阶式,最大错台值达30mm。当坡度变化后,螺栓孔被拉裂,在竖曲线段错台呈上台阶式,两侧错台通常为10mm~15mm。共计错台18处,占总掘进的11.6%,其中,超过20mm的达11.6%。
4)上浮。在前100环,共出现了三次隧道上浮,分别在10环~25环,59环~66环,78环~88环。最大超限位置在85环,与设计位置垂直偏差达161mm。
3质量问题产生的主要原因
3.1管片崩缺、裂纹产生的原因
管片的崩缺、裂纹对隧道产生的危害比较大,管片损坏后进行修补,修补后的防水性能比原始混凝土差,这样在今后的使用过程中,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有一定的影响。造成管片崩缺、裂纹的主要原因如下:
1)盾构机方面的原因,三菱盾构机存在的主要问题。
盾尾间隙过小。盾尾与管片外表面的间隙仅35mm(而海瑞克盾构机为70mm),管片环轴线与盾尾轴线稍有偏差,即产生盾尾对管片的挤压、憋压、拉刮等作用,易造成管片损坏。千斤顶布置不合理。千斤顶的分布与管片块接缝不匹配,不管如何调整K块位置,总出现千斤顶撑靴作用在接缝上(骑缝),易导致管片崩角。盾尾铰接方面的原因,施工时主动铰接表现为刚接,使盾尾与管片的适应性变差。
2)盾构操作方面的问题。
吊运和拼装过程中的碰撞损坏,盾构机姿态控制不好。如蛇行或盾构机轴线与管片轴线偏差过大,各组推进千斤顶推力相差过大等。
3)管片上浮方面的原因。
随着盾构推进,管片环脱出盾尾后,立刻受到浆液或地下水浮力的作用要上浮,而位于盾尾内刚拼装的管片则受到盾尾约束,使管状的隧道结构相当于悬臂梁,在盾尾附近的管片受到的弯矩最大,故管片的开裂往往在脱出盾尾后2环~3环处出现的概率最大。
4)管片环椭变造成裂缝。
管片环椭变可由于自重作用、浮力作用、注浆偏压等原因造成。硬岩段管片环椭变往往表现为“横鸭蛋”式,即管片环上下发生变形。发生椭变后,管片环腰部受到负弯矩作用,管片内弧面受压,腰部纵缝相互挤压而易出现崩角、崩边以及螺栓孔拉裂等损坏;而管片底部、拱部受到正弯矩作用,管片内弧面受拉,顶部、底部纵缝张开,接缝外侧相互挤压而易出现崩角、崩边等损坏。由于顶部、底部接缝崩裂往往出现在接缝外侧,在隧道内难以发现,但此类裂缝对止水槽破坏大,易产生漏水。故实际观察到的现象是位于隧道腰部(3点,9点附近)的裂缝数量多,但漏水往往在隧道顶部居多。
5)管片扭转。
管片扭转后,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。
3.2管片渗漏水产生的原因
管片渗漏水主要表现为裂纹渗水,K块漏水,接缝漏水,吊装孔因卸水导致阶段性渗水。产生原因有以下几点:
1)管片本身质量原因。管片制作和养护过程中出现的质量问题。
2)管片壁后注浆防水。壁后注浆实施的好与坏直接影响到隧道的施工质量,注浆的好坏影响地面沉降控制,在硬岩段,注浆不足还会导致隧道上浮。事实上,注浆也是隧道的第一道防水防线,注浆不足,直接致使接缝防水和管片防水。
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