盾構(gòu)隧道施工質(zhì)量缺陷及防水堵漏
目前國(guó)內(nèi)外盾構(gòu)工程市場(chǎng)非常活躍,前景相當(dāng)廣闊,也形成了較成熟的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算理論和工程實(shí)踐體系,但地鐵盾構(gòu)隧道施工的質(zhì)量缺陷仍存在一些尚未得到很好解決的問題,如管片的滲漏、裂紋、錯(cuò)臺(tái)、崩角、扭轉(zhuǎn)等。文中對(duì)盾構(gòu)隧道質(zhì)量缺陷的影響因素作簡(jiǎn)單分析,以期在設(shè)計(jì)與施工過程中加以防治。
1、管片滲漏水的影響因素
1.1管片的自身防水
1)管片混凝土制作方面:選定混凝土的配合比、水泥用量、入模溫度、澆搗工藝、養(yǎng)護(hù)時(shí)間和方法以及外加劑摻量等。通常采用摻外加劑的途徑來(lái)改善混凝土本身的不密實(shí)性,補(bǔ)償混凝土因徐變等原因產(chǎn)生的收縮,以增加其抗裂性和抗?jié)B性。而不是片面提高混凝土的標(biāo)號(hào)和抗?jié)B等級(jí),因?yàn)閷?shí)際上混凝土標(biāo)號(hào)越高,單位水泥用量越多,其產(chǎn)生的水化熱越高,收縮量越大,導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生。因此,必須合理地選擇混凝土的標(biāo)號(hào)、抗?jié)B等級(jí)和外加劑。
2)管片的制作精度方面:根據(jù)國(guó)內(nèi)外盾構(gòu)隧道施工實(shí)踐,采用高精度鋼模來(lái)提高管片精度是很重要的環(huán)節(jié)。如果管片制作精度差,加上管片拼裝累計(jì)的誤差,將會(huì)導(dǎo)致管片接縫不密貼而出現(xiàn)較大的原始縫隙,此時(shí)如果接縫防水材料的彈性變形量不能適應(yīng)縫隙要求就會(huì)出現(xiàn)漏水。所以要生產(chǎn)出高精度的管片就要有一個(gè)高精度的鋼模。一般鋼模的質(zhì)量比管片重,其質(zhì)量比為1~2。通常生產(chǎn)400塊~500塊管片后就要對(duì)鋼模進(jìn)行必要的檢修和保養(yǎng),而且對(duì)其使用必須有一個(gè)嚴(yán)格的操作制度來(lái)確保模具的完好和精度。
1.2管片的接縫防水制作
通常接縫防水對(duì)策是使用密封材料,以西德為代表的歐洲,采用非膨脹合成橡膠,靠彈性壓密以接觸面的壓應(yīng)力來(lái)止水,以耐久性和止水性見長(zhǎng);以日本為代表的方面,則采用水膨脹橡膠,靠其遇水膨脹后的膨脹壓力來(lái)止水,其特點(diǎn)是可以使密封材料變薄,施工方便,但耐久性尚待驗(yàn)證。實(shí)踐證明,密封墊材料性能極大的影響了接縫的防水效果,尤其是對(duì)防水功能的耐久性要使密封墊能長(zhǎng)時(shí)間保持接觸面的壓應(yīng)力不松弛,另外一點(diǎn)就是止水條的制作安裝誤差和粘貼密合程度也會(huì)影響到防水的效果。
1.3壁后注漿防水
壁后注漿實(shí)施的好與壞,直接影響到隧道的施工質(zhì)量,這已被工程實(shí)際所證實(shí)。雖然它主要用來(lái)控制地面沉降,但客觀上是隧道防水的第一道防水防線。還有一點(diǎn)就是因?yàn)樽{量不足也會(huì)引起隧道后期產(chǎn)生較大沉降變形而漏水。
1.4掘進(jìn)過程控制不當(dāng)引起漏水
1)盾構(gòu)與管片的姿態(tài)不好,影響到管片的拼裝質(zhì)量,造成管片間錯(cuò)位,相鄰管片止水帶不能正常吻合壓緊,從而引起漏水。
2)掘進(jìn)過程中推力不均勻造成管片受力不均勻而產(chǎn)生裂紋、貫穿性斷裂等而滲漏水。3)在掘進(jìn)困難時(shí)推力過大也會(huì)造成管片產(chǎn)生裂紋而滲漏水。
1.5管片選型
由于盾尾間隙不均勻,管片選型不當(dāng),造成間隙過小,使得在掘進(jìn)過程中造成管片外壁被損壞導(dǎo)致止水條漏水。所以管片的選型要抓住盾構(gòu)機(jī)依據(jù)姿態(tài)來(lái)控制掘進(jìn),管片依據(jù)盾構(gòu)機(jī)(即盾尾間隙)來(lái)選擇這一根本原則。
1.6其他操作原因
1)由于掘進(jìn)行程不足導(dǎo)致封頂塊插入困難時(shí)止水條破壞而漏水。因此拼裝封頂塊時(shí)先量寬度是否足夠,否則需要調(diào)整,不得強(qiáng)行插入。一般是掘進(jìn)到一定的行程后先量插入塊的間隙來(lái)保證足夠的空間,也不是間隙越大越好。同時(shí)在止水條上涂抹一定的潤(rùn)滑劑防止拉脫,但要注意使用的潤(rùn)滑劑不得對(duì)止水條的性能產(chǎn)生改變。
2)連接螺栓沒有擰緊在一定程度上引起接縫的擴(kuò)張(尤其在糾偏時(shí)),使得管片在掘進(jìn)停止后呈松弛狀態(tài)。所以在掘進(jìn)過程中要及時(shí)對(duì)后續(xù)幾環(huán)進(jìn)行螺栓的復(fù)緊。
3)千斤頂撐靴在頂至管片時(shí)擺放不正使得止水帶損壞而漏水。
4)管片在運(yùn)輸和吊運(yùn)過程中造成掉角損邊等。
2、管片裂紋的影響因素
2.1管片生產(chǎn)過程造成的開裂
此過程的開裂分兩個(gè)階段顯示:第一階段是管片脫模以后的養(yǎng)護(hù)階段,主要是以表面裂紋為主,能目測(cè);第二階段是28d后在出廠運(yùn)輸、吊卸及拼裝過程中發(fā)現(xiàn)的微細(xì)裂紋,這種裂紋出廠檢查不易目測(cè)到,但管片一旦受到集中應(yīng)力作用,裂紋就迅速擴(kuò)展。其養(yǎng)護(hù)分自然養(yǎng)護(hù)和蒸汽養(yǎng)護(hù),脫模后又分噴淋和蓄水養(yǎng)護(hù)。通過實(shí)踐比較得出,蓄水養(yǎng)護(hù)的管片在因推力原因而產(chǎn)生的開裂要比噴淋養(yǎng)護(hù)少很多。另管片進(jìn)場(chǎng)前的檢查和進(jìn)場(chǎng)后的保護(hù)尤顯重要。
2.2盾構(gòu)施工過程中的管片開裂
1)拼裝管片前對(duì)盾尾的清理不干凈,使得管片的環(huán)縫夾有泥砂,造成整環(huán)管片的環(huán)面不平整,掘進(jìn)時(shí)就會(huì)因不均勻受力而產(chǎn)生裂紋。
2)在拼裝過程中因拼裝順序或管片類型錯(cuò)誤使得環(huán)面不平整,導(dǎo)致受力不均勻產(chǎn)生裂紋。
3)在硬巖段或不均勻地層中因推力過大或推力不均勻?qū)е鹿芷霈F(xiàn)裂紋。
4)在進(jìn)行管片補(bǔ)漿時(shí)因壓力控制過高導(dǎo)致管片開裂。
5)在姿態(tài)較難控制時(shí),過于糾偏使得盾尾間隙過小或推力不均導(dǎo)致裂紋出現(xiàn)。
2.3盾構(gòu)隧道使用過程中的開裂
使用過程中的開裂主要表現(xiàn)為如下兩個(gè)方面:
1)在隧道附近的再次施工,如基坑開挖過程中,會(huì)導(dǎo)致隧道圍巖的位移或地下水位的降低,從而使盾構(gòu)隧道也產(chǎn)生不均勻移位后開裂。對(duì)于此類情況的處理是應(yīng)立即停止開挖施工,并進(jìn)行加固或改變施工工藝。
2)隧道內(nèi)
列車的振動(dòng)或發(fā)生地震造成隧道周圍的砂層液化也會(huì)導(dǎo)致隧道管片的開裂。此類情況一般要加固隧道圍巖來(lái)防止土壓、水位的變化或從隧道內(nèi)進(jìn)行二次注漿來(lái)增強(qiáng)隧道的穩(wěn)定性。
3、管片錯(cuò)臺(tái)的影響因素
3.1壁后注漿
這一點(diǎn)是保證管片錯(cuò)臺(tái)與否的重要原因之一。隧道是一種管片襯砌和地層一體化的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的構(gòu)造物,管片上的作用力也是在這個(gè)假設(shè)的條件下考慮的。這意味著管片背面空隙的均勻填充是確保作用外力均勻的先決條件。所以防止管片因外力作用而引起的錯(cuò)臺(tái)主要是靠壁后及時(shí)、充實(shí)的填充,但是注漿的壓力過大也會(huì)造成管片的錯(cuò)臺(tái)。
3.2管片選型
因管片的選型不當(dāng)導(dǎo)致盾尾間隙過小,在盾尾前進(jìn)的過程中會(huì)使得管片發(fā)生錯(cuò)臺(tái),甚至管片外壁遭到破壞。
3.3姿態(tài)控制
1)在不均勻地層(例如左右不均勻段)會(huì)導(dǎo)致千斤頂對(duì)管片的作用力不均勻而產(chǎn)生的錯(cuò)臺(tái);
2)在轉(zhuǎn)彎段因千斤頂?shù)牟粚?duì)稱作用力而產(chǎn)生的一個(gè)偏離軸線向外的分力導(dǎo)致錯(cuò)臺(tái)。
3.4操作不當(dāng)
1)進(jìn)行管片二次補(bǔ)漿的壓力過大導(dǎo)致錯(cuò)臺(tái)的出現(xiàn)。
2)拼裝過程中管片的連接螺栓未擰緊或及時(shí)進(jìn)行復(fù)緊。
3)在硬巖段且處于曲線段掘進(jìn)時(shí)姿態(tài)調(diào)整過急過猛易導(dǎo)致錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象。
3.5隧道上浮
當(dāng)管片一出盾尾由于浮力的作用,就與在盾殼內(nèi)的管片形成錯(cuò)臺(tái),隨著掘進(jìn)的進(jìn)行,往往還能聽到這種錯(cuò)臺(tái)的聲音,有時(shí)這種錯(cuò)臺(tái)是緩慢和逐漸的,也會(huì)形成疊瓦式或臺(tái)階式。有時(shí)左右兩側(cè)連續(xù)幾環(huán)也會(huì)出現(xiàn)如此現(xiàn)象。
4、管片破損、崩角的影響因素
管片的破損、崩角比裂隙對(duì)隧道產(chǎn)生的危害還要大,這是因?yàn)?大多數(shù)管片的破損,都傷及鋼筋,盡管這些損壞都要進(jìn)行修補(bǔ),但修補(bǔ)后的防水性能肯定不如原始混凝土,這樣在今后的使用過程中,經(jīng)過一段時(shí)間之后,管片最先損壞的應(yīng)該是這些以往受過損壞的部位,所以管片的損壞對(duì)永久結(jié)構(gòu)的使用壽命有一定的影響。管片的損壞、崩角主要有以下幾個(gè)方面的原因。
4.1操作原因
1)吊運(yùn)和拼裝過程中的碰撞。
2)吊裝孔附近混凝土被拔脫。
3)管片環(huán)發(fā)生扭轉(zhuǎn)時(shí),千斤頂頂在兩塊管片接縫處會(huì)導(dǎo)致管片端面崩角而破壞。
4)千斤頂撐靴頂在管片上不正(盾尾間隙不均勻時(shí))會(huì)使管片內(nèi)側(cè)或外側(cè)的混凝土破損。
2姿態(tài)控制
1)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)調(diào)整時(shí),急于糾偏造成受力不均勻。
2)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)調(diào)整時(shí),千斤頂行程差過大而導(dǎo)致受力不均出現(xiàn)管片損壞。
4.3管片扭轉(zhuǎn)
管片扭轉(zhuǎn)一般較易在線路轉(zhuǎn)彎段產(chǎn)生,一般因扭轉(zhuǎn)會(huì)導(dǎo)致管片端部(千斤頂?shù)淖饔妹?的受壓區(qū)混凝土開裂或相鄰兩塊管片接縫處崩角破壞;另一個(gè)不利影響就是會(huì)給預(yù)先設(shè)計(jì)的管片開口因扭轉(zhuǎn)而與聯(lián)絡(luò)通道之間發(fā)生錯(cuò)位,導(dǎo)致隧道與聯(lián)絡(luò)通道之間無(wú)法順利連接;還有就是會(huì)給安裝走道板、通風(fēng)管等帶來(lái)一定的不方便。但是扭轉(zhuǎn)并不影響到結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和使用。
通過對(duì)扭轉(zhuǎn)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)歸納得出:管片的扭轉(zhuǎn)與線路轉(zhuǎn)彎有很大關(guān)系。管片受扭轉(zhuǎn)的作用是普遍存在的,盾構(gòu)推進(jìn)千斤頂偏離管片環(huán)軸線和千斤頂對(duì)管片環(huán)不對(duì)稱的作用力是使得管片環(huán)發(fā)生扭轉(zhuǎn)的主要原因。在工程施工過程中,前兩點(diǎn)可以在施工過程中通過改變刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)和拼裝順序加以克服,另外施工過程中可以增大管片的穩(wěn)定和抗扭轉(zhuǎn)力來(lái)減少或消除扭轉(zhuǎn),其中加大環(huán)縫間連接螺栓的擰緊力和減小管片背后注漿漿液的凝固時(shí)間是最基本的,也是較好的方法。有的盾構(gòu)機(jī)盾體上安裝有穩(wěn)定器,來(lái)減小在硬巖段掘進(jìn)時(shí),因刀盤扭矩過大而引起管片的扭轉(zhuǎn)。
5、結(jié)語(yǔ)
盾構(gòu)隧道施工質(zhì)量缺陷大多數(shù)可以在施工過程中得到控制,需要建立相應(yīng)的質(zhì)量控制并嚴(yán)格執(zhí)行,以便在施工過程中力求盡量減少或避免質(zhì)量缺陷。
