成型隧道管片碎裂分析

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1、广东建材2014年第4期施工技术成型隧道管片碎裂分析陈丹莲(广州轨道交通建设监理有限公司)【摘要】盾构隧道管片碎裂影响着成型隧道的实体质量，也给隧道后续防水堵漏工作增加工作量，因此，分析、解决、控制管片碎裂是十分必要的。文章从盾构机械、所处地层、衬背注浆、盾构姿态及线路走向等影响因素着手，对盾构掘进过程中管片碎裂的现象、原因进行了分析研究，并提出了控制措施。【关键词】盾构隧道；管片碎裂；管片上浮；千斤顶同缩现象；大坡度隧道1工程概况及地质条件分析1．1工程概况该线某区间盾构隧道单线全长1703．2m，区间隧道平面总体走向呈

2、“(”字形，纵断面总体走向呈“V”字形。汉～开区间起讫里程YCKl3+172．953～YCKl4+874．753，长1701．8m；平面曲线半径为1200m、450m、800m；最大纵坡23‰；隧道埋深12～16m，隧道水平曲线最小转弯半径为399．851m，最大纵坡为37％。衬砌管片外径6．Om，内径5．4m，宽1．5m，厚0．3m，分为6块，管片采用C50S10混凝土，错缝拼装，M30双头直螺栓联接；环缝及纵缝间防水材料采用三元乙丙弹性密封垫。1．2工程及水文地质条件分析本区段盾构隧道穿越地层分布较稳定，分层界限明显，

3、土层起伏变化不大。整个区间隧道穿越土层主要为粘土层，包括2—2一l粉质粘土、2-2-2粉质粘土、3—4—2粉质粘土，局部夹杂2-4-1粉细砂、2-6-2粗砂等。3～4—2粉质粘土是盾构施工的主要土层，黄褐色，土质较均匀，可见少量氧化铁、黑色锰质斑点，该层中部局部含中砂透镜体，可塑，属中等压缩性土。2盾构隧道管片碎裂观测盾构右线白45环开始，已拼装管片拖出盾尾后管片出现连续的碎裂，主要出现在11、12、1、2点位。3盾构隧道管片碎裂的影响因素分析3．1盾构隧道管片上浮的影响3．1．1管片上浮位移的观测由前所述，本区间隧道纵断

4、面总体走向呈“V”字形，隧道具有埋深浅、大坡度等特点。在整个区间盾构掘进过程中，一直对管片姿态主要是管片中心高程上浮加强监测，监测频率为1次／日。对下行线纵坡为一24‰的第50～65环段管片中心高程上浮位移值进行统计，见表1。从统计数据可以观察出，在纵坡为一24‰的第50～65环段管片拼装后最大上浮位移达85mm。表1纵坡为--24‰的第50～65环段管片中心高程匕浮位移值右线管片环号VMT曩熹偏差垂直蹇型偏差管哆上乎值LmmJL咖JuⅢnJ3．1．2管片上浮的影响因素分析(1)盾构工法特性的影响为保证盾构的顺利掘进和管片

5、拼装，盾构机的切削刀盘直径D与隧道衬砌管片的外径d有一定的差值，于是在盾构开挖的洞身与管片外径间存在建筑问隙△=D—d。成型隧道处于水位线下黄土地层中，土体自稳性好，管片脱出盾尾后，拱顶土体全部塌落到管片结构需要一定时间和过程，如不及时充填此空间，脱出盾尾一55一舳盯伯褐佰铝％踮明昭踮踮他订伯趴肌弛鹕北卯卵∞弘n凹”弘们站钉∞953l86512498651屯门弋书屯屯屯七巧巧{o书。弋q∞肌眈鸥弘弱弱钉鼹弱∞叭眈∞甜％施工技术广东建材2014年第4期的管片周围处于无约束的地下水的包围状态，给管片的位移提供了可能的条件。盾构

6、隧道是空心的简体，在混凝土自重作用下有下沉的趋势；但在全断面地下水压力作用下，防水性能优良的衬砌隧道则有上浮的趋势。以本区间盾构隧道外径6．0m、内径5．4m、宽1．5m的管片为例：管片混凝土自重：G=p×g×Vc=2400X9．8X8．05≈189(kN)(式1)水浮力：F=Pw×g×V=1000×9．8X42．39≈415(kN)(式2)式中：混凝土比重P为2400kg／m3，管片混凝土方量Vc约为8．05m。，一环管片所占空间体积V约为42．39m3。可见管片混凝土自重G小于水浮力F，而拱项土体施加在管片结构上需要时

7、间，这就给管片上浮提供了空间。(2)同步注浆工艺的影响如前所述，隧道上浮有两大条件：一是土层间隙△的存在，二是引起上浮位移的力，同步注浆浆液在填充了建筑间隙的同时，让隧道与周围土层紧密接触形成稳定的复合构造体共同抵抗外力。从衬背注浆的目的和对浆液的性能要求上分析，及时填充固结管片背后环形建筑空间是解决管片上浮位移的关键。要达到上述目的，关键问题是选择的注浆浆液应满足：①必须具有充填性；②应具有一定的和易性且离析少；③应及早凝固且有一定的早期强度，以抵抗变形对管片产生的不均匀压力。同时，浆液硬化后的体积收缩率要小，以便更好地

8、固定管片；④应有合适的稠度，以便不被地下水稀释。本区间隧道同步注浆浆液采用惰性浆液，其主要成分为砂、粉煤灰、膨润土和水，24h强度很低(基本无强度)，在富水地层中，惰性浆液初凝时间长，浆液在初凝前容易被稀释，因此低强度浆液不仅无法对管片提供约束，相反提供了上浮力；另一方面，在盾构机掘进震动和重力作用下，