盾構(gòu)管片力學(xué)性能及抗?jié)B性試驗(yàn)

王 飛

(中鐵十二局集團(tuán)第二工程有限公司，山西太原 030032)

1 概述

管片是盾構(gòu)施工的主要裝配構(gòu)件，是隧道的最外層屏障，承擔(dān)著抵抗土壓力、地下水壓力及一些特殊荷載的作用。管片質(zhì)量直接關(guān)系到隧道的整體質(zhì)量和安全，影響隧道的防水性及耐久性。

隨著廣深港客運(yùn)專線獅子洋SDⅡ標(biāo)的施工建設(shè)，大直徑水下盾構(gòu)管片的生產(chǎn)應(yīng)運(yùn)而生，管片生產(chǎn)技術(shù)也日趨成熟和完善。

2 試驗(yàn)方法、步驟及結(jié)果

檢驗(yàn)管片結(jié)構(gòu)性能的試驗(yàn)一般通過(guò)管片抗彎試驗(yàn)及抗?jié)B試驗(yàn)兩個(gè)試驗(yàn)來(lái)進(jìn)行。

廣深港客運(yùn)專線獅子洋隧道SDⅡ標(biāo)生產(chǎn)的管片外徑10 800mm，內(nèi)徑9 800mm，環(huán)寬2000mm，厚500mm，混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C50，抗?jié)B等級(jí)為P12。與國(guó)內(nèi)其他盾構(gòu)隧道管片比較，管片混凝土耐久性設(shè)計(jì)，抗?jié)B要求均達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。

2.1 管片抗彎試驗(yàn)

2.1.1 管片抗彎試驗(yàn)?zāi)康?/p>

通過(guò)分析模擬管片環(huán)在隧道土體中的受力情況，用來(lái)檢驗(yàn)管片的極限抗裂強(qiáng)度及抗破壞能力是否能滿足或承受起隧道土體的土壓及地下水壓的作用。廣深港客專獅子洋SDⅡ標(biāo)每生產(chǎn)600環(huán)管片，作一次管片抗彎試驗(yàn)。

2.1.2 抗彎試驗(yàn)設(shè)備

抗彎試驗(yàn)使用的主要設(shè)備:門式起重機(jī)1臺(tái)，抗彎試驗(yàn)架1臺(tái)，液壓千斤頂1臺(tái)，百分表7塊，塞尺1把等。

2.1.3 抗彎試驗(yàn)方法

1)采用簡(jiǎn)支兩分點(diǎn)對(duì)稱集中加荷的方法(見(jiàn)圖1)。

2)隨機(jī)抽取一塊28 d以上齡期標(biāo)準(zhǔn)塊對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)前檢查管片外觀是否有裂紋、破損等缺陷。檢查試驗(yàn)設(shè)備、儀表等是否完好。

3)在管片上布設(shè)測(cè)點(diǎn)，共有D1～D7七個(gè)百分表，其中D1位于管片內(nèi)弧跨中，D2，D3位于兩荷點(diǎn)正下管片內(nèi)弧面，D4，D5位于管片左端水平和豎向，D6，D7位于管片右端水平和豎向。

4)初始荷載為0，加荷共分八級(jí)。當(dāng)加荷至一定值時(shí)，開(kāi)始觀察管片裂縫，以取得管片初始裂縫荷載值及破壞荷載值。

2.1.4 試驗(yàn)結(jié)果

管片抗彎性能試驗(yàn)記錄見(jiàn)表1。

表1 管片抗彎性能試驗(yàn)記錄表

設(shè)計(jì)要求，當(dāng)荷載達(dá)到400kN時(shí)，靜停15min，觀察管片是否開(kāi)裂。若在此荷載作用下管片未產(chǎn)生裂縫，則滿足設(shè)計(jì)要求。

從表1的數(shù)據(jù)當(dāng)中可以看出，當(dāng)荷載加至500kN時(shí)，我單位生產(chǎn)的管片依然未見(jiàn)裂縫，證明管片質(zhì)量合格，且達(dá)到了優(yōu)質(zhì)。

2.1.5 試驗(yàn)方法的探討

1)管片受力情況與實(shí)際情況的近似性試驗(yàn)。管片受力情況與實(shí)際情況的近似性試驗(yàn)過(guò)程中，管片受力情況與管片在隧道土體中的真實(shí)受力情況不完全相同。雖然該試驗(yàn)不能完全真實(shí)模擬，但能近似反映管片在隧道土體當(dāng)中的實(shí)際受力情況，是值得推行的方法。2)試驗(yàn)方法的改進(jìn)。廣深港客專獅子洋SDⅡ標(biāo)管片抗彎試驗(yàn)，把加荷遞增量定上限。按照管片初始裂縫荷載設(shè)計(jì)值為400kN計(jì)算，在初始裂縫出現(xiàn)之前，則每級(jí)加荷50kN，出現(xiàn)裂縫后，則每級(jí)加荷25kN，接近破壞荷載極限時(shí)，則每級(jí)加荷10kN，每級(jí)加荷持續(xù)時(shí)間10min～15min。通過(guò)對(duì)管片兩種試驗(yàn)方法的比較，改進(jìn)后的試荷載遞增方式更趨合理。

2.2 管片抗?jié)B試驗(yàn)

2.2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

檢驗(yàn)管片抵抗?jié)B漏的能力，從一個(gè)側(cè)面反映管片內(nèi)部結(jié)構(gòu)的密實(shí)性。廣深港客專獅子洋SDⅡ標(biāo)每生產(chǎn)5環(huán)管片，作一次管片抗?jié)B試驗(yàn)。

2.2.2 抗?jié)B試驗(yàn)設(shè)備

抗?jié)B試驗(yàn)設(shè)備:門式起重機(jī)1臺(tái)，抗漏試驗(yàn)架1臺(tái)，加壓水泵1臺(tái)，水箱1臺(tái)，水壓表1塊，橡膠密封墊、膠粘劑、緊固螺栓、卷尺1把等。

2.2.3 抗?jié)B試驗(yàn)方法及步驟

1)將橡膠密封墊粘貼到抗?jié)B試驗(yàn)架上，要求密封墊與鋼板粘結(jié)緊密平整，無(wú)縫隙;2)檢查進(jìn)水孔、排氣孔及閥門是否通暢完好，確認(rèn)完好后將管片平整的放到試驗(yàn)架上，檢查橡膠密封墊有無(wú)損壞及是否貼緊管片外弧面;3)緊固螺桿按照管片徑向均勻分布于管片內(nèi)弧面，然后從中間向兩端緊固螺絲，螺絲受力均勻;4)在水泵上加水壓表，并在水箱中加滿水，接通電源;5)打開(kāi)排氣閥和進(jìn)水閥，開(kāi)啟加壓水泵，通過(guò)進(jìn)水閥進(jìn)水。當(dāng)各排氣閥有水排出時(shí)，先將排氣閥關(guān)閉，再將進(jìn)水閥關(guān)閉，然后關(guān)閉加壓水泵;6)檢查橡膠密封墊與管片之間有無(wú)漏水點(diǎn)，確認(rèn)無(wú)漏水點(diǎn)開(kāi)始加壓;7)采用水壓系統(tǒng)對(duì)管片外弧面施加水壓(見(jiàn)圖2)，采用分級(jí)加壓的方式，每次增量為0.2mPa，每級(jí)持續(xù)時(shí)間為10min。當(dāng)水壓達(dá)到0.8mPa，則持續(xù)5h，滲水不超過(guò)5cm即為合格。

2.2.4 試驗(yàn)結(jié)果

管片抗?jié)B試驗(yàn)記錄見(jiàn)表2。

表2 管片抗?jié)B試驗(yàn)記錄表

從表2的數(shù)據(jù)當(dāng)中可以看出，在0.8mPa水壓持續(xù)作用管片5h的情況下，管片滲水只有14mm，符合設(shè)計(jì)要求，且遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)滲水不得大于50mm的要求，證明管片質(zhì)量合格，且達(dá)到優(yōu)質(zhì)。

3 結(jié)語(yǔ)

文中所討論的管片試驗(yàn)方法，模擬了管片在隧道中的受力或受滲情況，與實(shí)際情況比較吻合。

目前，管片生產(chǎn)的質(zhì)量控制一般都主要放在原材料上，而廣深港客專獅子洋SDⅡ標(biāo)管片生產(chǎn)成功地把管片抗彎和抗?jié)B試驗(yàn)引入到質(zhì)量控制體系中，管片在隧道內(nèi)拼裝后的裂紋、滲水情況均滿足且高于設(shè)計(jì)要求。實(shí)踐證明管片抗彎和抗?jié)B試驗(yàn)的科學(xué)性、合理性，使之成為管片生產(chǎn)質(zhì)量常規(guī)控制的有效手段。

[1]GB50446-2008，盾構(gòu)法隧道施工與驗(yàn)收規(guī)范[S].

[2]GB50204-2002，混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].

[3]劉鴻文.材料力學(xué)(下冊(cè))[M].北京:高等教育出版社，1992.

[4]朱合華，陶履彬.盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)受力分析的梁—彈簧模型[J].巖土力學(xué)，1998(3):54-55.