1、华 南理工大学政治与公共管理学院 工程管理 2006 级本 科 函授 广州地铁盾构隧道管片质量控制 探讨 1 成人高等学历教育 毕业论文说明书 广州地铁盾构隧道管片质量控制探讨 办学单位： 华南理工大学政治与公共管理学院 班 级： 工程管理 2006 级本科函授 学 生： 吕建林（ 10561065303701074） 指导教师： 亢 升 讲师 提交日期： 2008 年 11 月 15 日 华 南理工大学政治与公共管理学院 工程管理 2006 级本 科 函授 广州地铁盾构隧道管片质量控制 探讨 2 中文 摘要 盾构施工以其尽可能不扰动围岩 ，从而最大限度地减少对地面建筑物及地基内埋设物的影响，
2、使其备受欢迎，在隧道施工中一支独秀。 目前国内外盾构工程市场非常活跃 ,前景相当广阔 ,也形成了较成熟的结构设计计算理论和工程实践体系 ,但地铁盾构隧道施工的质量缺陷仍存在一些尚未得到很好解决的问题 ,如管片的渗漏 水 、裂纹、错台、崩角、扭转等。 如何做好对盾构隧道管片质量的控制，将是影响到最终成型盾构隧道质量的关键。本文通过对一些盾构隧道管片质量问题的探讨，从而得出相关的管片质量控制措施，以期最终保证成型盾构隧道的质量。 关键词 ： 盾构 隧道 管片 质量 控制 Abstract Construction of its shield as much as possible disturba
3、nce of surrounding rock in order to minimize the ground inside the building and foundation-laying, it has been welcomed by the construction of the tunnel in a single show. At present, domestic and foreign markets shield works very active, very broad prospects, but also created a more mature theoreti
4、cal calculation of the structural design and engineering practice system, but the subway shield tunnel construction quality are still some deficiencies have not been well addressed, such as Segment of the water leakage, cracks, Taiwans wrong, Kok Beng, such as the reverse. How to do a good job on th
5、e shield tunnel segment of the quality control, will be the impact on the final shape of the key to the quality of shield tunnel. Through a number of shield tunnel segment of quality so as to arrive at the relevant segment of quality control measures to ensure that the final shape the quality of the
6、 shield tunnel. Key words tunnel shield tunnel segment quality control 华 南理工大学政治与公共管理学院 工程管理 2006 级本 科 函授 广州地铁盾构隧道管片质量控制 探讨 3 目录 1 引言 3 1.1 背景意义 3 1.2 文献综述 3 1.3 研究内容与方法 3 2 广州地铁盾构隧道管片 质量管理概述 4 2.1 工程概况 4 2.2 管片质量 5 2.3 质量管理的基本流程 5 2.4 质量管理的价值与意义 5 3 广州地铁盾构隧道管片 质量 存在的 问题 6 3.1 管片 渗漏水 6 3.2 管片裂纹 7 3.
7、3 管片错台 8 3.4 管片破损、崩角 8 3.5 管片扭转 9 4 广州地铁盾构隧道管片 质量控制 的措施 10 4.1 管片选取 要严把质量 10 4.2 施工过程要 严格控制管片质量 11 4.3 管片安装过程中要 严格安装操作规程施工 12 结论 14 参考文献 15 致谢 16 华 南理工大学政治与公共管理学院 工程管理 2006 级本 科 函授 广州地铁盾构隧道管片质量控制 探讨 4 1 引言 1.1 背景意义 一个城市的繁荣，人口密集度的不断增加，最终 都将导致 对 城市道路需求的严重不足。在地面空间无法满足需要时，城市道路的发展 最终 都将迈出向地下扩展的步伐。 盾构施工以其
8、尽可能不扰动围岩，从而最大限度地减少对地面建筑物及地基内埋设物的影响，使其备受欢迎，在隧道施工中一支独秀。 目前，包括北京、上海、 广州 在内的 6 座城市已经通了地铁，沈阳、重庆和武汉等城市也将动工建设。 1965年，北京地铁 1 号线一期工程正式动工，全程 21 公里，到 1969 年 10 月 1 日通车，告别了中国内地无地铁的历史。 广州地铁从 1993 年 12 月 28 日开始动工兴建，至今也已有接近 15 年的历史。 地铁，腾活了城市交通，繁荣了城市经济，同时也象征着城市地位。 随着盾构隧道结构设计计算理论和工程实践体系 的日益成熟以及施工工艺的日趋完善， 对地铁盾构隧道施工的质
9、量缺陷的防治措施也在不断积累。地铁有使用 100 年的质量要求，对此，在盾构施工中管片质量的控制起着决定性的作用。 1.2 文献综述 盾构隧道施工法是隧道暗挖施工法的一种。在地下铁道中采用盾构隧道施工法始于 1874 年，当时为了在伦敦地下铁 道东线的粘土和含水砂层修建内径为 3.12m 的区间隧道，采用了气压盾构以及向衬砌背后注浆的施工工艺。 现代 盾构隧道施工法是指使用盾构机，一边控制开挖面及围岩不发生坍塌失稳，一边进行隧道掘进、出渣，并在机内拼装管片形成衬砌、实施壁后注浆，不扰动围岩而修筑隧道的方法。盾构机的所谓盾是指保持开挖面稳定性的刀盘和压力舱、支护围岩的盾构钢壳。所谓构是指构成隧道
10、衬砌的管片和壁后注浆体。由于盾构一般使用于以土为围岩的隧道工程施工中，与岩石围岩不同，土体不具有自立稳定性，所以保持开挖面稳定的系统 (盾 )就非常重要。 虽然 我国自 1965 年就开始动工兴建地铁，但是真正有较大发展却是从 90 年代开始的，随着上海，广州，深圳地铁的陆续动工，我国的地铁才真正 拉开帷幕。与西方发达国家相比，我国的地铁无疑还处于初级探索阶段。如何建造一条合格的地铁盾构隧道，质量如何控制，国外的经验我们可以，也需要学习，同时我们更应该立足自身实际，总结出自己的经验，来完善我们自己的地铁盾构隧道的施工工艺体系。 1.3 研究内容与方法 本论文采用技术分析的方法 ,结合本人工作经
11、验，从盾构隧道管片的质量管理流程，价值和意义 ，施工过程中出现的质量问题 ,以及 面对这些问题所采取的措施进行探讨 ， 以 期 更好的确保盾构成型隧道的质量。 华 南理工大学政治与公共管理学院 工程管理 2006 级本 科 函授 广州地铁盾构隧道管片质量控制 探讨 5 2 广州地铁盾构隧道管片质量管理概述 2.1 工程概况 【会南区间中间风井会江站，会江站石会区间中间风井盾构区间】由两条圆形盾构隧道及相关附属工程组成， 里程范围为： YDK5+251.639 YDK2+916.2（ ZDK5+256.968 ZDK2+909.897），安排两台盾构机在会南区间中间风井站始发，向会江站方向掘进，
12、到达会江站后过站，二次始发后，继续掘进至石会区间中间风井吊出。本标段盾构隧道双线总长为 4276.153 单延米，左线 2136.914m，右线2139.239m。 附属工程包括：联络通道 3 个，其中有 1 个联络通道含泵房与会南区间中间风井合建，其余两个分别是会南区间中间风井 -会江站区间联络通道和会江站 -石会区间中间风井区间联络通。洞门共有 8 个，其中始发井、吊出井各 2 个洞门，会江站南、北端各 2 个洞门。 盾构隧道衬砌采用 300mm 厚 C50 预制钢筋砼管片，整环管片外径 6m，内径 5.4m；宽度 1500mm；管片分块为 5+1，其中包括三块标准块 +两块邻接块 +一块
13、封顶块，环与环之间设 10 根 M24 纵向 螺栓，同一环中块与块间设 12 根 M24 环向螺栓。管片分标准环、左转弯环、右转弯环和特殊管片环（用于联络通道开口处）。管片配筋量为 152kg/m3，管片间采用三元乙丙橡胶性密封垫止水。 本工程中所需的盾构机是公司自有的由海瑞克公司设计和制造的二台土压平衡盾构机。按照施工进度要求以及本盾构区间沿线工程地质和水文地质情况，所选盾构机具有以下性能： 盾构机具有土压平衡功能，能很好地控制地面沉降，适合本工程软弱地层掘进的需要。 刀盘结构坚固，刚性大，变形量小，耐磨程度高。 刀具布置方案灵活，可采用组合刀具布置， 盾构机的正面区域刀间距从 90mm 其
14、中单刃滚刀的破硬岩能力高达 160MPa，双刃滚刀的破岩能力也达到了 120MPa。 盾构机驱动采用较大的功率，适应不同地层的掘进需要。 碴土输送设备抗磨性能优越。 设计有专门的设备和管路供添加剂的注入，从而达到改善碴土性质的功能。 采用盾尾同步注浆系统，可及时填充开挖间隙，减小沉降。 具有超前钻探的能力。超前钻机可方便地安装在管片安装器上，容易在地质复杂区段，对前方地层进行超前钻探，甚至注浆加固。 电气和液压元件质量可靠、响应迅捷，防水性好，适应隧道内的高温、高湿工作环境。 具有应对紧急突发事件的能力，如紧急停电时螺旋机出土闸门具有自动关闭的功能。 控制系统的自动化程度高，减少了劳动强度和错
15、误操作的发生概率。 华 南理工大学政治与公共管理学院 工程管理 2006 级本 科 函授 广州地铁盾构隧道管片质量控制 探讨 6 配备有由 VMT 公司生产的 SLS T 激光自动导向系统，导向精度高，能实时反映盾构机的当前位置和理论位置，并提供调整指示。 螺旋机出土口配备了保压泵送系统，确保了在地下水较大的地层中掘进。 具有较高的综合掘进速度。 具有双仓式人闸设计，保证更换刀具的便利及人员的安全。 具有保圆器。根据我公司的施工经验，保圆器有助于减小管片错台和椭变。 2.2 管片质量 管片质量包括 管片生 产出来后的外观质量和拼装成型后的质量。 管片生产出来后的外观质量主要体现在：管片 管片表
16、面 是否 光洁平整， 有 无蜂窝 、露筋、无裂纹、缺角； 止水带是否完好，缓冲垫是否贴齐，螺栓孔是否堵塞 ； 管片生产的龄期是否符合要求 等 。 拼装成型后的质量：管片 是否存在渗漏水，裂纹，错台， 破损、崩角，扭转等。 2.3 管片 质量管理的基本流程 （ 1）在管片厂设立一个现场监督员，监督管片生产 质量 全过程 。 （ 2）管片进入施工场地，由仓管员负责验收： 每块管片都进行外观质量检验，管片表面应光洁平整，无蜂窝、露筋、无 裂纹、缺角。止水带是否完好，缓冲垫是否贴齐，螺栓孔是否堵塞，有无水泥浆等杂物。合格管片标识，标识内容：产品的型号、产品型号的生产累积号、生产 El 期，管片生产的龄
17、期是否符合要求。 （ 3）管片下井前地面工人检查管片是否为同一型号管片（即标准环，左转环和右转环），管片螺栓是否配齐，管片是否有损坏。 （ 4）管片吊运到井口电瓶车上，要摆放整齐，不能超出管片平板车，以防在运输过程中 碰撞 损坏。 （ 5）拼装管片前，认真检查管片是否完好，损坏的要及时更换，拼装时要将管片表面冲洗干净。 2.4 管片 质量管 理的价值与意义 管片质量管理 是建立一套 管片 管理制度 并严格执行 ， 做到每个环节紧抓不放， 对管片从生产到拼装实行全程 管理、监控，从而尽量 避免 在过程中和 成型隧道管片产生质量问题。 这对 管片在施工过程中的保持完好，并最终对管片的 成品质量有着
18、重要意义。 华 南理工大学政治与公共管理学院 工程管理 2006 级本 科 函授 广州地铁盾构隧道管片质量控制 探讨 7 3 广州地铁盾构隧道管片质量 存在的问题 3.1 管片 渗漏水 3.1.1 管片 制作 质量控制问题 1) 管片的自身防水 。 管片混凝土制作方面 :选定混凝土的配合比、水泥用量、入模温度、浇捣工艺、养护时间和方法以及外加剂掺量等。通常采用掺外加剂的途径来改善 混凝土本身的不密实性 ,补偿混凝土因徐变等原因产生的收缩 ,以增加其抗裂性和抗渗性。而不是片面提高混凝土的标号和抗渗等级 ,因为实际上混凝土标号越高 ,单位水泥用量越多 ,其产生的水化热越高 ,收缩量越大 ,导致裂纹
19、的产生。因此 ,必须合理地选择混凝土的标号、抗渗等级和外加剂。 2)管片的制作精度方面 :根据国内外盾构隧道施工实践 ,采用高精度钢模来提高管片精度是很重要的环节。如果管片制作精度差 ,加上管片拼装累计的误差 ,将会导致管片接缝不密贴而出现较大的原始缝隙 ,此时如果接缝防水材料的弹性变形量不能适应缝隙要求就会出现漏水 。所以要生产出高精度的管片就要有一个高精度的钢模。一般钢模的质量比管片重 ,其质量比为 12。通常生产 400 块 500 块管片后就要对钢模进行必要的检修和保养 ,而且对其使用必须有一个严格的操作制度来确保模具的完好和精度。 3） 管片的接缝防水制作 。 通常接缝防水对策是使用
20、密封材料 ,以西德为代表的欧洲 ,采用非膨胀合成橡胶 ,靠弹性压密以接触面的压应力来止水 ,以耐久性和止水性见长 ;以日本为代表的方面 ,则采用水膨胀橡胶 ,靠其遇水膨胀后的膨胀压力来止水 ,其特点是可以使密封材料变薄 ,施工方便 ,但耐久性尚待验证。实践证明 ,密封垫材料性能极大的影响了接缝的防水效果 ,尤其是对防水功能的耐久性要使密封垫能长时间保持接触面的压应力不松弛 ,另外一点就是止水条的制作安装误差和粘贴密合程度也会影响到防水的效果。 3.1.2 施工质量控制存在的问题 1)壁后注浆 。 壁后注浆实施的好与坏 ,直接影响到隧道的施工质量 ,这已被工程实际所证实。虽然它主要用来控制地面沉
21、降 ,但客观上是隧道防水的第一道防水防线。还有一点就是因为注浆量不足也会引起隧道后期产生较大沉降变形而漏水。 2） 掘进过程控制不当 。 盾构与管片的姿态不好 ,影响到管片的拼装质 量 ,造成管片间错位 ,相邻管片止水带不能正常吻合压紧 ,从而引起漏水。掘进过程中推力不均匀造成管片受力不均匀而产生裂纹、贯穿性断裂等而渗漏水 。 在掘进困难时推力过大也会造成管片产生裂纹而渗漏水。 3） 管片选型 。 由于盾尾间隙不均匀 ,管片选型不当 ,造成间隙过小 ,使得在掘进过程中造成管片外壁被损坏导致止水条漏水。所以管片的选型要抓住盾构机依据姿态来控制掘进 ,管片依据盾构机 (即盾尾间隙 )来选择这一根本
22、原则。 华 南理工大学政治与公共管理学院 工程管理 2006 级本 科 函授 广州地铁盾构隧道管片质量控制 探讨 8 3.1.3 其他操作中质量控制 1)由于掘进行程不足导致封顶块插入困难时止水条破坏而漏水。因此拼装 封顶块时先量宽度是否足够 ,否则需要调整 ,不得强行插入。一般是掘进到一定的行程后先量插入块的间隙来保证足够的空间 ,也不是间隙越大越好。同时在止水条上涂抹一定的润滑剂防止拉脱 ,但要注意使用的润滑剂不得对止水条的性能产生改变。 2)连接螺栓没有拧紧在一定程度上引起接缝的扩张 (尤其在纠偏时 ),使得管片在掘进停止后呈松弛状态。所以在掘进过程中要及时对后续几环进行螺栓的复紧。 3
23、)千斤顶撑靴在顶至管片时摆放不正使得止水带损坏而漏水。 4)管片在运输和吊运过程中造成掉角损边等。 3.2 管片裂纹 3.2.1 管片生产过程造成的开裂 此过程的开裂分两个阶段显示 :第一阶段是管片脱模以后的养护阶段 ,主要是以表面裂纹为主 ,能目测 ;第二阶段是 28d 后在出厂运输、吊卸及拼装过程中发现的微细裂纹 ,这种裂纹出厂检查不易目测到 ,但管片一旦受到集中应力作用 ,裂纹就迅速扩展。其养护分自然养护和蒸汽养护 ,脱模后又分喷淋和蓄水养护。通过实践比较得出 ,蓄水养护的管片在因推力原因而产生的开裂要比喷淋养护少很多。另管片进场前的检查和进场后的保护尤显重要。 3.2.2 盾构施工过程
24、中的管片开裂 1)拼装管片前对盾尾的清理不干净 ,使 得管片的环缝夹有泥砂 ,造成整环管片的环面不平整 ,掘进时就会因不均匀受力而产生裂纹。 2)在拼装过程中因拼装顺序或管片类型错误使得环面不平整 ,导致受力不均匀产生裂纹。 3)在硬岩段或不均匀地层中因推力过大或推力不均匀导致管片出现裂纹。 4)在进行管片补浆时因压力控制过高导致管片开裂。 5)在姿态较难控制时 ,过于纠偏使得盾尾间隙过小或推力不均导致裂纹出现。 3.2.3 盾构隧道使用过程中的开裂 使用过程中的开裂主要表现为如下两个方面 : 1)在隧道附近的再次施工 ,如基坑开挖过程中 ,会导致隧 道围岩的位移或地下水位的降低 ,从而使盾构
25、隧道也产生不均匀移位后开裂。对于此类情况的处理是应立即停止开挖施工 ,并进行加固或改变施工工艺。 2)隧道内列车的振动或发生地震造成隧道周围的砂层液化也会导致隧道管片的开裂。此类情况一般华 南理工大学政治与公共管理学院 工程管理 2006 级本 科 函授 广州地铁盾构隧道管片质量控制 探讨 9 要加固隧道围岩来防止土压、水位的变化或从隧道内进行二次注浆来增强隧道的稳定性。 3.3 管片错台 管片错台基本上都是在施工过程中引起的。主要包括以下几个方面： 1） 壁后注浆 这一点是保证管片错台与否的重要原因之一。隧道是一种管片衬砌和地层一体化的结构稳定的构造物 ,管片上的 作用力也是在这个假设的条件
26、下考虑的。这意味着管片背面空隙的均匀填充是确保作用外力均匀的先决条件。所以防止管片因外力作用而引起的错台主要是靠壁后及时、充实的填充 ,但是注浆的压力过大也会造成管片的错台。 2） 管片选型 因管片的选型不当导致盾尾间隙过小 ,在盾尾前进的过程中会使得管片发生错台 ,甚至管片外壁遭到破坏。 3） 姿态控制 在不均匀地层 (例如左右不均匀段 )会导致千斤顶对管片的作用力不均匀而产生的错台 ;在转弯段因千斤顶的不对称作用力而产生的一个偏离轴线向外的分力导致错台。 4） 操 作不当 进行管片二次补浆的压力过大导致错台的出现 ； 拼装过程中管片的连接螺栓未拧紧或及时进行复紧 ； 在硬岩段且处于曲线段掘
27、进时姿态调整过急过猛易导致错台现象。 5) 隧道上浮 当管片一出盾尾由于浮力的作用 ,就与在盾壳内的管片形成错台 ,随着掘进的进行 ,往往还能听到这种错台的声音 ,有时这种错台是缓慢和逐渐的 ,也会形成叠瓦式或台阶式。有时左右两侧连续几环也会出现如此现象。 3.4 管片破损、崩角 管片的破损、崩角比裂隙对隧道产生的危害还要大 ,这是因为 ,大多数管片的破损 ,都伤及钢筋 ,尽管这些损坏都 要进行修补 ,但修补后的防水性能肯定不如原始混凝土 ,这样在今后的使用过程中 ,经过一段时间之后 ,管片最先损坏的应该是这些以往受过损坏的部位 ,所以管片的损坏对永久结构的使用寿命有一定的影响。管片的损坏、崩
28、角主要有以下几个方面的原因。 3.4.1 操作原因 1)吊运和拼装过程中的碰撞。 2)吊装孔附近混凝土被拔脱。 华 南理工大学政治与公共管理学院 工程管理 2006 级本 科 函授 广州地铁盾构隧道管片质量控制 探讨 10 3)管片环发生扭转时 ,千斤顶顶在两块管片接缝处会导致管片端面崩角而破坏。 4)千斤顶撑靴顶在管片上不正 (盾尾间隙不均匀时 )会使管片内侧或外侧的混凝土破损。 3.4.2 姿态控制 1)盾构机姿态调整时 ,急于纠偏造成受力不均匀。 2)盾构机姿态调整时 ,千斤顶行程差过大而导致受力不均出现管片损坏。 3.5 管片扭转 管片扭转一般较易在线路转弯段产生 ,一般因扭转会导致管
29、片端部 (千斤顶的作用面 )的受压区混凝土开裂或相邻两块管片接缝处崩角破坏 ;另一个不利影响就是会给预先设计的管片开口因扭转而与联络通道之间发生错位 ,导致隧道与联络通道之间无法顺利连接 ;还有就是会给安装走道板、通风管等带来一定的不方便。但是扭转并不影响到结构的质量和使用。 通过对扭转的实测数据统计归纳得出 :管片的扭转与线路 转弯有很大关系。管片受扭转的作用是普遍存在的 ,盾构推进千斤顶偏离管片环轴线和千斤顶对管片环不对称的作用力是使得管片环发生扭转的主要原因。在工程施工过程中 ,前两点可以在施工过程中通过改变刀盘转动和拼装顺序加以克服 ,另外施工过程中可以增大管片的稳定和抗扭转力来减少或消除扭转 ,其中加大环缝间连接螺栓的拧紧力和减小管片背后注浆浆液的凝固时间是最基本的 ,也是较好的方法。有的盾构机盾体上安装有稳定器 ,来减小在硬岩段掘进时 ,因刀盘扭矩过大而引起管片的扭转。
