隧道管片損傷及修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)研究

梁旭東

（中鐵十八局集團(tuán)第四工程有限公司 天津 300222）

地鐵修筑于地下，避免了其與其他運(yùn)輸系統(tǒng)的相互干擾，因此成為城市建設(shè)中的首選。在地鐵大規(guī)模的建設(shè)中，盾構(gòu)法施工因其施工速度快的特點(diǎn)被越來(lái)越多應(yīng)用。在盾構(gòu)法施工中，管片質(zhì)量是影響施工的一個(gè)重要因素，其管片結(jié)構(gòu)一旦發(fā)生變形、破損，將會(huì)對(duì)施工進(jìn)度產(chǎn)生嚴(yán)重影響，更甚者還會(huì)影響隧道的安全性。此外，管片損傷后對(duì)其修復(fù)較為困難，需要投入大量的人力、物力資源。

地鐵施工過(guò)程中管片常見(jiàn)的損傷為裂縫、側(cè)壁漏水等，為了明確管片損傷產(chǎn)生的原因?qū)芷谥谱?、養(yǎng)護(hù)、運(yùn)輸、施工等階段進(jìn)行了詳細(xì)分析。為保證施工中及施工完成后隧道的安全穩(wěn)定，對(duì)隧道內(nèi)出現(xiàn)的裂縫、漏水等問(wèn)題分別采用補(bǔ)漿填充、補(bǔ)強(qiáng)環(huán)氧樹脂等措施進(jìn)行處理。

本文針對(duì)隧道管片出現(xiàn)損傷的原因分析及相對(duì)應(yīng)的修補(bǔ)措施，為今后類似工程提供了有益參考。

1 工程概況介紹

石家莊地鐵的天元湖站～東上澤站區(qū)間左線采用盾構(gòu)法施工，左線起始里程為ZK34+097.900，終止里程為ZK34+694.910，區(qū)間左線存在長(zhǎng)鏈（長(zhǎng)鏈長(zhǎng)度為1.960m：ZK34+475.782=YK34+473.822，線路左線長(zhǎng)度為598.970mm。線路軌頂標(biāo)高50.366m～51.856m，結(jié)構(gòu)覆土厚度為10.32m～11.86m；區(qū)間左線線路共有兩處平面曲線，曲線半徑分別為2000m、800m，區(qū)間線間距為8.23m～19.68m。區(qū)間縱斷面采用“人”字型坡設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)最大坡度為4.0‰，配合盾構(gòu)工法的平面方案，線路自東上澤站出站后，先以3.0‰行進(jìn)到線路最高點(diǎn)，接著以4‰下坡穿越到天元湖站后軌排井段。區(qū)間附屬結(jié)構(gòu)包含一處聯(lián)絡(luò)通道，放置在線路最高點(diǎn)附近，里程為K34+530.000。區(qū)間工程施工線路示意圖如下圖1所示。

盾構(gòu)區(qū)間結(jié)構(gòu)型式為鋼筋混凝土圓形結(jié)構(gòu)，采用裝配式鋼筋混凝土單層襯砌，盾構(gòu)管片內(nèi)徑5400mm，襯砌環(huán)外徑6000mm，管片厚度300mm，管片寬度1200mm，分為6塊（1個(gè)封頂塊、2個(gè)鄰接塊、3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)塊）。襯砌環(huán)采用標(biāo)準(zhǔn)環(huán)+左右轉(zhuǎn)彎楔形環(huán)型式。

圖1 區(qū)間工程線路

2 隧道管片損傷原因分析

隧道施工過(guò)程中，常見(jiàn)的管片損傷的主要為：管片縱縫破裂、管片環(huán)縫破裂、管片邊角崩裂、管片環(huán)向螺栓孔處砼崩裂等幾種情況。

圖2 管片裂縫圖

圖3 管片邊角崩裂圖

2.1 管片縱縫、環(huán)縫破損

盾構(gòu)管片安裝過(guò)程中容易出現(xiàn)裂縫，破損現(xiàn)象如圖2所示，主要原因包括以下三個(gè)方面：

（1）管片安裝過(guò)程中，對(duì)其姿態(tài)調(diào)整時(shí)局部發(fā)生了應(yīng)力集中現(xiàn)象，從而導(dǎo)致縱縫、環(huán)縫破損；

（2）由于施工采用的軟木襯墊非理想的均質(zhì)材料，導(dǎo)致止水槽受力不均勻，并最終引發(fā)飲水槽附近出現(xiàn)縱縫和環(huán)縫。

圖4 螺絲孔處砼崩裂圖

2.2 管片邊角崩裂

觀測(cè)發(fā)現(xiàn)當(dāng)管片安裝質(zhì)量不合格時(shí)容易出現(xiàn)邊角崩裂的現(xiàn)象，確定邊角破裂的原因是管片拼裝質(zhì)量差，螺栓未擰緊，接縫張開(kāi)過(guò)大，以致推進(jìn)過(guò)程中管片受力不均，在下一環(huán)管片拼裝千斤頂施加頂推力時(shí)，在邊角應(yīng)力集中，造成管片砼破碎脫落。

2.3 管片環(huán)向螺栓孔處砼崩裂

管片環(huán)向螺栓孔處砼破裂，主要是由于螺栓受力過(guò)大，導(dǎo)致該現(xiàn)象發(fā)生的原因?yàn)椋?/p>

（1）管片施工中同步注漿量不足，引發(fā)管片下沉，增大了管片環(huán)之間剪力，并最終引起螺栓孔附近砼破裂；

（2）管片拼裝不到位，導(dǎo)致管片錯(cuò)臺(tái)現(xiàn)象的發(fā)生，并使得管片間剪應(yīng)力集中至螺栓孔附近，當(dāng)應(yīng)力超過(guò)砼承載力后發(fā)生破裂；

2.4 其他破損原因

①管片在運(yùn)輸、吊裝過(guò)程中受擠壓、碰撞，易出現(xiàn)裂縫或缺邊掉角；

②千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)的混凝土破損和開(kāi)裂。

3 隧道管片損傷修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 管片裂縫修復(fù)

針對(duì)管片上的裂縫，當(dāng)裂縫寬度小于0.2mm時(shí)，采用封閉法進(jìn)行處理；當(dāng)裂縫寬度大于0.2mm或有貫穿裂縫時(shí)，采用壓力灌漿法處理。修復(fù)采用德陽(yáng)先科復(fù)合制品有限公司生產(chǎn)的專用PTC50修補(bǔ)粉填補(bǔ)或修抹，并摻入適量白水泥調(diào)色，補(bǔ)后盡量接近原色，具體施工工藝流程及施工要點(diǎn)如下：（1）發(fā)現(xiàn)裂縫首先及時(shí)進(jìn)行二次補(bǔ)漿填充（使用雙液漿，水泥、水玻璃比為1：1）；（2）用水把需要修補(bǔ)的部位濕潤(rùn)（濕潤(rùn)要達(dá)到吸水均勻飽和的效果，但不能有積水）；（3）裂縫較淺時(shí)，用海棉粘上修補(bǔ)水泥漿在兩側(cè)均勻涂抹，直到把裂縫都填滿抹平；（4）出現(xiàn)較大裂縫時(shí)，用尖匙把修補(bǔ)砂漿填補(bǔ)到裂縫內(nèi)，直至填滿；（5）10～15分鐘后檢查修補(bǔ)的修補(bǔ)粉與原有混凝土結(jié)合情況，如果結(jié)合緊密則再次用修補(bǔ)粉填滿找平抹光滑，如有剝離現(xiàn)象則需把修補(bǔ)粉敲掉重新修補(bǔ)。

圖5 PTC50 修復(fù)料強(qiáng)度變化曲

修復(fù)后試件抗壓強(qiáng)度變化曲線如圖5所示。從圖中可以看出修復(fù)后的第一天強(qiáng)度增長(zhǎng)較快，已經(jīng)達(dá)到了32MPa，第二天開(kāi)始強(qiáng)度增長(zhǎng)速度有所下降，但是也存在明顯改變，到達(dá)第七天時(shí)強(qiáng)度增長(zhǎng)到53MPa，已經(jīng)達(dá)到要求，說(shuō)明該修復(fù)方法取得了較好效果。

3.2 管片漏水修復(fù)

對(duì)于管片的漏水現(xiàn)象，當(dāng)隧道內(nèi)單個(gè)濕漬面積大于0.2m2時(shí)，進(jìn)行漏水處理。漏水濕漬面積較大處以高模量聚氨酯密封膠嵌填，其它采用聚合物水泥砂漿嵌填?？紤]到接縫堵漏時(shí)需要連續(xù)封閉前后多環(huán)接縫，故規(guī)定只在漏點(diǎn)處用快硬水泥封縫埋管引水，其它漏水現(xiàn)象直接用嵌縫材料嵌填密封。

3.3 管片崩、缺角修復(fù)

對(duì)于管片崩、缺角損傷，采用強(qiáng)度高、凝結(jié)速度快、防水性能后的環(huán)氧樹脂砂漿進(jìn)行修復(fù)。為了保證施工質(zhì)量，配制時(shí)所需的砂經(jīng)炒干處理，操作中保持通風(fēng)良好，調(diào)配好的砂漿應(yīng)在30分鐘內(nèi)使用完成。具體的施工工藝及施工要點(diǎn)如下：（1）用工具把崩、缺角部位混凝土敲掉，將修補(bǔ)表面清理干凈；（2）將攪拌后的環(huán)氧樹脂砂漿涂抹于接合面，用灰匙、平鏜初修飾成型；（3）5分鐘后檢查混凝土結(jié)合情況。如果結(jié)合緊密則再次填滿找平涂抹光滑，如有剝離現(xiàn)象或裂紋出現(xiàn)則需把修補(bǔ)砂漿敲掉重新修補(bǔ)；（4）修補(bǔ)達(dá)到的效果應(yīng)為：新舊混凝土緊密結(jié)合，強(qiáng)度達(dá)到要求，顏色一致，表面無(wú)裂紋無(wú)凹凸，平整光滑，用灰匙柄重敲擊該部位無(wú)脫落、無(wú)剝離、無(wú)裂紋產(chǎn)生。

修補(bǔ)工藝如下：

修補(bǔ)前應(yīng)先將修補(bǔ)部位的疏松層剔去，擦去粉塵污物，用水沖洗干凈，在用已拌好的漿料修補(bǔ)的過(guò)程中，不得重新加入水分。在炎熱或干燥天氣條件下，在修補(bǔ)層終凝后數(shù)小時(shí)內(nèi)，需適當(dāng)淋水或用濕物覆蓋養(yǎng)護(hù)。

所有缺陷的修補(bǔ)在混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后要進(jìn)行表面打磨，盡量消除修補(bǔ)痕跡。

對(duì)于進(jìn)場(chǎng)管片在地面轉(zhuǎn)運(yùn)期間產(chǎn)生的臨時(shí)碰傷，考慮到急需使用的要求及特點(diǎn)，采用雙快型砂水泥拌制的漿料（包括凈漿、砂漿，凈漿中雙快型砂水泥和水的重量比為1：0.3～0.5；凈漿中雙快型砂水泥、水和細(xì)沙的重量比為1：0.35～0.5：1），雙快型砂水泥其物理性能和普通水泥基本相同，其和易性較好，細(xì)度較細(xì)。

圖6 雙快型砂水泥拌制漿料的強(qiáng)度變化曲

雙快型砂水泥拌制漿料的強(qiáng)度增長(zhǎng)曲線如圖6所示。從圖中可以看出，該漿料強(qiáng)度增長(zhǎng)速度快，在5小時(shí)內(nèi)，其抗壓強(qiáng)度已經(jīng)達(dá)到49.5MPa，5小時(shí)以后，強(qiáng)度增長(zhǎng)速度下降明顯，到24小時(shí)后強(qiáng)度增長(zhǎng)到63MPa。研究還表明該砂漿28天的抗壓強(qiáng)度只比24小時(shí)增長(zhǎng)了7%，有效縮短了施工等待時(shí)間，加快了施工進(jìn)度。

4 結(jié)論

本文通過(guò)石家莊地鐵1號(hào)線盾構(gòu)區(qū)間隧道管片損傷及修復(fù)工程實(shí)際，首先針對(duì)管片損傷出現(xiàn)的原因進(jìn)行了分析，并對(duì)管片裂縫、管片滲水、管片崩角、管片缺角等問(wèn)題的對(duì)應(yīng)的修復(fù)措施進(jìn)行了研究，得到了以下結(jié)論：

（1）管片吊運(yùn)時(shí)盡量避免吊鉤發(fā)生劇烈擺動(dòng)和急劇下降而造成管片間的碰撞；運(yùn)輸時(shí)應(yīng)平穩(wěn)，不顛倒，管片間不得相互碰撞。從而避免運(yùn)輸過(guò)程中對(duì)管片的損傷。

（2）管片安裝中嚴(yán)格控制，保證其平順性及注漿的完整，避免應(yīng)力集中的發(fā)生。

（3）雙快型砂水泥漿料在短時(shí)間內(nèi)（5 小時(shí)內(nèi)）具有較高強(qiáng)度，采用該材料修復(fù)管片損傷時(shí)，可以有效提高施工進(jìn)度。