77管片拼装质量控制技术

成都地铁四号线二期土建五标管片拼装质量控制技术一、工程概况及管片简介二、管片拼装施工流程三、管片选型（1）管片选型的原则（2）管片选型的依据（3）管片选型错误引起的后果分析四、管片拼装施工措施（1）管片堆放运输（2）一般地段管片的拼装（3）特殊地段管片的拼装（4）管片拼装注意事项五、管片拼装常见问题分析（1）管片错台（2）管片破损（3）管片上浮（4）管片渗漏水一、工程概况及管片简介1、工程概况十陵东站～西河镇站盾构区间位于成都市龙泉驿区境内，盾构区间隧道起于十陵东站东段2#明挖区间，止于西端3#明挖区间。盾构区间起讫里程为YDK43+999.3～YDK44+900.700，ZDK43+001.135～ZDK44+900.700，左线线路总长890.7m，短链长8.840m，右线线路总长894.3m，短链长7.105m，全线总长为1785m。区间隧道拱顶最大覆土埋深18m，最小埋深4.1m，最小曲线半经700m，最大坡度28‰，最小坡度16‰(车站过渡段2‰)，相应附属工程含4个洞门、1个联络通道兼泵房(里程YDK44+530.000、ZDK44+530.078)。盾构区间下穿的主要建筑物有绕城高速、燃气管线及成花铁路等；隧道设计为外径6000mm，内径5400mm的盾构隧道，管片厚度为300mm，管片幅宽采用1500mm。采用圆形装配式钢筋混凝土管片单层衬砌，其砼强度等级不小于C50、抗渗等级不低于P12。每环衬砌环由6块管片组成，其中1块封顶块、2块邻接块、3块标准块。采用4度楔形块接头角和9度插入角，设计采用了左、右转弯楔形环，通过与标准环的组合来达到满足曲线地段线路拟合及施工纠偏的需要。楔形环楔形量38mm，为双面楔形式，衬砌环纵、环缝采用弯螺栓连接，其中1.5m幅宽的管片纵缝间采用12根M27螺栓连接成环，相邻环缝间采用10根M27螺栓连接。A型配筋管片螺栓机械性能等级为5.6级，螺母级别为6级，垫圈机械性能等级为Hv=140，其它配筋型式管片螺栓机械性能等级为8.8级，螺母级别为8级，垫圈机械性能等级为Hv=200。2、管片简介在国内城市地铁隧道工程中，目前已越来越多的开始使用盾构机来掘进区间隧道，用预制混凝土管片作为永久衬砌。管片通常由专业的厂家提前制作，按其功能又通常分为两种，即标准环和转弯环。顾名思义，标准环是用于直线段，转弯环是用于曲线段。标准环与转弯环配合使用就可以拼装各种线性的隧道。管片选型直接关系到隧道线路、隧道质量等一系列隧道的关键指标，所以管片选型是否正确，将决定盾构工程的成败。以下就我部目前施工所用管片及成型隧道为例，浅谈管片选型及拼装质量控制技术。2.1、管片的组成成都地铁目前所用管片为外径6m，内径5.4m，管片厚度0.3m，宽幅1.5m的钢筋混泥土管片。一环管片在未拼装成环之前为6块零散的弧形管片。这6块管片按拼装位置不同又分为标准块（3块）、邻接块（2块）和封顶块（1块）。通常我们把标准块称为大三块，邻接块和封顶块称为小三块。拼装成环的管片共计22根（10根横向、12根纵向）螺栓用于管片相邻块与环之间的连接。管片按强度不同又分为普通环和加强环，以及增设注浆孔管片。管片示意图2.2、管片标准环与转弯环的区别标准环与转弯环的不同之处在于从拼装好的一环管片看。标准环在平面上的投影为长方形，转弯环在平面上的投影为等腰梯形。梯形的长边长度为1519mm，短边长度为1481mm。在管片拼装时，如果正在安装的管片为转弯环，且封顶块位置处于隧道正上方，这时隧道腰部两侧会产生衬砌长度的不同。这种长度的不同我们称之为超前，它的数值称之为超前量。转弯环分为左转环和右转环，以封顶块都拼装在正上方为例。左转环的正右方的超前量最大，右转环反之。转弯环几何尺寸特性二、管片拼装与施工流程1、管片的拼装1.1、拼装成环方式盾构推进结束后，迅速拼装管片成环。除特殊场合外，大都采取错缝拼装。在联络通道处的管片有时采用通缝拼装。1.2、拼装顺序一般从下部的标准块(B型)管片开始，依次左右两侧交替安装标准管片，然后拼装邻接块(L型)管片，最后安装封顶块(F型)管片。一般情况下遵循“先底部，后左右，最后封顶成环”口诀。1.3、盾构千斤顶操作拼装时，若盾构千斤顶同时全部缩回，则在开挖面土压的作用下盾构会后退，开挖面将不稳定，管片拼装空间也将难以保证。因此，随管片拼装顺序分别缩收和顶上盾构千斤顶非常重要。1.4、紧固连接螺栓先紧固环向(管片之间)连接螺栓，后紧固轴向(环与环之间)连接螺栓。采用扭矩扳手紧固，紧固力取决于螺栓的直径与强度。1.5、拼装工艺2、管片的拼装点位转弯环在实际拼装过程中，可以根据不同的拼装点位来控制不同方向上的偏移量。这里所说的拼装点位是管片拼装时封顶块所在的位置。成都地铁目前所用的管片拼装点位为在圆周上均匀分成10个点，即管片拼装的10个点位，相邻点位的旋转角度为36°。由于是错缝拼装，所以相邻两块管片的点位不能相差2的整数倍。一般情况下，本着有利于隧道防水的要求，都只使用上部5个点位。根据工程实际情况，选择拼装不同点位的转弯环，就可以得到不同方向的楔形量（如左、右、上、下等）。管片止水条及软木衬垫粘贴管片选型、下井和运输管片吊装卸车、防水胶圈准备盾构掘进盾尾清理掘进完成缩回安装位置油缸管片螺栓连接紧固管片就位、油缸顶紧管片脱出盾尾后管片二次复紧管片拼装点位示意图3、转弯环偏转量因为我们所用转弯环投影为等腰梯形。所以每次拼装上转弯环后，管片轴线相对于之前的管片轴线都会有一个夹角，这个夹角我们称之为偏转角。管片向一侧偏转的距离称之为偏转量。管片偏转量计算示意图由上图我们可得知：X的长度即为我们所需知道的偏转量。根据三角函数可算出sinα=19/6000=X/1519X=4.81由此可得出，拼装一环转弯环的偏转量为4.81mm。根据上图和计算方法，我们也可算出连续两环左（右）转环的封顶块对称拼装时，管片的偏转量。三、管片选型1、管片选型原则1.1、管片中心与隧道设计轴线拟合当一个盾构工程开工之前，就要根据设计线路对管片作一个统筹安排，通常把这一步骤叫管片排版。通过管片排版，就基本了解了这段线路需要多少转弯环（包括左转弯、右转弯），多少标准环，曲线段上标准环与转弯环的布置方式。下面就以R=800m的一段曲线作为例子讲解在盾构施工前期的管片排版。（以封顶块拼装于隧道正上方为基准计算）。管片排版计算示意图由上图可以得出：1.5/π*2*800=X/π*2*797=Y/π*2*803得出：X=1.5*797/800Y=1.5*803/800那么：Y-X=1.5*6/800=0.01125=11.25mm可得出：Y-X=1.5*D/RD：管片外径R：转弯半径因转弯环的最大楔形量为38mm：38/11.25=3.378（环）3.378*1.5=5.067m：即每推进5.067m就要用一环转弯环。再根据设计的线路，就可将所需管片大致排列出来。因管片拼装时封顶块永远无法满足拼装在正上方以及在掘进过程中盾构机一直处于纠偏状态，故一条线路所需的转弯环比排版所需的转弯环多出很多。1.2、管片走势与盾构机姿态拟合管片是在盾尾内拼装，所以不可避免地受到盾构机姿态的制约。管片平面应尽量垂直于盾构机轴线，也就是盾构机的推进油缸能垂直地推在管片上，这样可以使管片受力均匀，掘进时不会产生管片破损。在实际掘进过程中，盾构机因为地质不均、推力不均等原因，经常要偏离隧道设计线路。所以当盾构机偏离设计线路或进行纠偏时，都要十分注意管片选型，避免发生重大事故。管片与盾构机姿态位置关系示意图通过上图我们可看出，当盾构机处于纠偏状态时，盾构机推进油缸的行程是不一样的，存在一定的差值。导致管片轴线与盾构机轴线存在一定的夹角。因为推进油缸都是固定在盾构机中盾上的，所以推进油缸对盾构机的推力始终是垂直于盾构机平面的。这样就造成推进油缸对管片的作用力不是垂直于管片平面，而是有一定的夹角。通过受力分解我们就可得出，管片受垂直于管片平面的分力以及平行于管片平面的径向分力。当推进油缸的行程差越大，管片轴线和盾构机轴线的夹角就越大，作用在管片上的径向分力就越大。就越容易造成管片的错台、破损等质量问题，严重影响成型隧道的质量。所以我们在管片选型时，一定要控制好推进油缸的行程差，减少出现质量问题的几率。1.3、管片姿态与盾尾姿态拟合每环管片拼装前与拼装完成后，都会有专人用钢尺测量盾尾间隙来判断管片与盾尾的相对位置关系。盾尾间隙是指管片外壁与盾尾内壁之间的间隙。以海瑞克盾构机为例，管片外径为6m,盾尾内壁为6.15m，所以理论上盾尾间隙为75mm。海瑞克盾构机的盾尾内壁上有一处加强环，其高度在40--45mm之间。加强环的主要作用是确保盾尾的环向刚度，使盾尾不易变形以及保护盾尾刷。盾尾间隙如果过小，会导致管片在盾构机推进过程中受保护环的挤压产生错台从而造成管片破损及渗漏。所以管片与盾尾的相对位置关系也是管片选型的重要甚至主要考虑因素。盾尾间隙示例图管片与盾尾相对位置判断：a、通过拼装前与拼装完成后盾尾间隙变化来判断。举例说明：当环拼装前与拼装后盾尾间隙如上：68上：73左：72右：78拼装完成后→左：66右：84下：82下：77通过上式比较可看出：水平方向上，左侧间隙减小，右侧增大，即管片相对盾尾在往左走。垂直方向上，上部间隙增大，下部减小，即管片相对盾尾在往下走。b、通过推进完成后油缸行程与铰接行程判断。举例：推进完成后油缸与铰接的行程如下：上：1783上：58左：1800（油缸行程）右：1825左：75（铰接行程）右：100下：1830下：105通过上诉数据我们可得出：A.上下油缸行程差：1830-1783=47B.上下铰接行程差：105-58=47A-B=0C.左右油缸行程差：1800-1825=-25D.左右铰接行程差：75-100=-25C-D=0因此我们可得出在水平方向上管片轴线与盾尾轴线是一致的。在垂直方向上管片轴线与盾尾轴线也是一致的。管片与盾尾位置关系示意图2、管片选型依据通过以上管片选型原则的分析我们可总结出管片选型主要有以下依据：A：推进油缸行程差B：铰接油缸行程差C：盾尾间隙变化量D：管片相对于盾尾的位置关系E：盾构机走势与设计轴线的相对位置关系F：管片走势与设计轴线的相对位置关系G：错缝拼装3、管片选型错误引起的后果由以上解析可看出在盾构施工中管片选型对成型隧道质量、盾构掘进等工作的重要影响，因此管片选型的重要性不言而喻，管片选型错误主要会造成以下后果：A、管片破损、错台、裂缝等缺陷B、隧道渗漏水C、管片走向与盾构机掘进方向不协调，盾尾间隙过小，盾构机操作困难和管片安装困难。D、损坏盾尾刷。四、管片拼装施工措施1、管片的堆放运输保护；1.1、管片出厂前逐片进行尺寸、外观的检测，不合格者不允许出厂。外观的检测内容有：管片表面光洁平整，无蜂窝、露筋，无裂痕、缺角，无汽、水泡，无水泥浆等杂物；灌浆孔螺栓套管完整，安装位置正确。轻微的缺陷进行修饰，止水带附近不允许有缺陷。1.2、达到龄期并检验合格的管片有计划的由平板车运到施工现场，管片运输时之间用垫木垫实，以免使管片产生有害裂纹，或棱线部分被碰坏。1.3、管片到达现场后由龙门吊卸到专门的管片堆放区。管片堆放区应选择适当，以免因其自重造成场所不均匀沉降和垫木变形而产生异常的应力和破裂。在卸之前对管片进行逐一的外观检测，不符合要求（裂缝、破损、无标志等）的管片立即退回。管片吊放到两节拖车上，之间用10cm×10cm方木垫隔，拖卡上也预先安放了方木垫块以方便管片堆放。标准管片和左、右转弯管片分开堆放，以方便吊运和存量统计。管片贴密封垫后，经专人检查合格（位置、型号、粘结牢固性等）才可吊下隧道使用。储存时，必须注意，不能让油类、泥等异物污损管片，混凝土管片的接头配件确保不发生腐蚀。1.4、管片下井采用龙门吊进行。洞内运输采用电瓶车牵引管片车运输。管片车上的管片堆放有序，堆放次序是依据下一环的管片安装顺序。管片运输示意图1.5、管片运到盾构机附近后，由专门设备卸到靠近安放位置的平台上，再送到管片安装器工作范围