管片拼装质量控制技术

管片拼装质量控制技术1管片的特征深圳地铁7号线7301-2标盾构管片环主要为通用环，管片环外径为6m，内径为5.4m，幅宽1.5m，厚度为0.3m，楔形量38mm。每环由6片管片组成，其中三块标准块，两块邻接块，一块封顶块；管片混凝土强度等级为C50，抗渗等级不小于p10。管片拼装除了这些特征外，在设计中还有拼装点位、楔形等一些特征。1.1管片的拼装点位本区间的管片拼装分10个点位，和钟表的点位相近，分别是1、2、3、4、5、7、8、9、10、11。管片划分点位的依据有两个：管片的分块形式和螺栓孔的布置。拼环时点位尽量要求ABA（1点、11点）形式，隧道管片要求错缝拼装，相邻两环管片不能通缝。管片拼装点位有很强的规律，管片的点位可划分为两类，一类为1点、3点、5点、8点、10点；二类为11点、2点、4点、7点、9点。同一类管片不能相连，例如1点后不能跟3、5、8、10这四个点位，只能跟11、2、4、7、9这五个点位。在成型隧道里两联络通道之间的奇数管片是同一类，偶数管片是同一类。1.2管片楔形的种类楔形管片分为前楔形、后楔形、等腰楔形（6000：19）。本工程采用的管片为等腰楔形。后楔形和等腰楔形容易控制管片方向，纠偏比较灵活，前楔形一般不可取。如图所示，在楔形量相同的情况下后楔形管片纠偏的能力最强，前楔形管片纠偏能力最差。1.3管片楔形量的确定隧道在曲线上，外边长大于内边长，且盾构机姿态始终蛇行前进，所以要求管片在隧道里拼装时，可以灵活地调整走向，即需要管片设计楔形量。确定管片楔形量的因素有三个，分别是线路的曲线半径、管片宽度、标准环数与楔形环数之比。本标段管片楔形量为38mm。2盾构管片拼装施工流程盾构管片拼装的施工流程：管片进场检查→粘贴防水材料→由技术人员和质检员检查防水材料粘贴情况→吊装下井→电瓶车将管片运至盾尾→盾尾清理→缩回安装位置油缸→管片就位→拼装管片→管片螺栓连接→管片脱离盾尾后→二次紧固螺栓。3管片拼装施工措施管片拼装是盾构法施工的重要环节，其拼装质量的好坏不仅直接关系到成洞的质量，而且对盾构机能否继续顺利推进有着直接的影响。因此，管片在拼装前仍要进行一次检查，再次确认管片种类正确、质量完好无缺和密封垫黏结无脱落，管片的吊装孔预埋位置正确，封堵盖完好无损，以及其他主要预埋件和混凝土的握裹牢固，管片接头使用的螺栓、螺母、垫圈、螺栓防水用密封垫等附件准备齐全后，才允许拼装。每环管片拼装结束后要及时拧紧各个方向的螺栓，且在该环脱出盾尾后再次拧紧。3.1拼装机械设备管片安装机整体外形为一圆环状，套装在2个安装器行走悬伸臂上，主要用于管片的拼装衬砌。其安装头具有6个自由度，包括随安装器的前后移动、旋转运动、伸举运动和绕管片自身的三轴旋转运动，管片安装手通过操作控制台能够精密控制管片的动作和定位。管片安装器由液压驱动，安装器旋转的旋转角度在±200°范围内。3.2管片的堆放运输管片出厂前逐片进行尺寸、外观的检测，不合格者不允许进厂。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，无气、水泡，无水泥浆等杂物；灌浆孔螺栓套管完整。安装位置正确。对于轻微的缺陷进行修饰，止水带附近不允许有缺陷。达到龄期并检验合格的管片有计划地由平板车运到施工现场。管片运输时其间用垫木垫实，以免使管片产生有害裂纹，或棱线部分被碰坏。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而破裂。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，堆放次序是依据管片安装顺序。管片运到盾构机附近后，由管片吊装机卸到管片喂片机，再送到管片安装机作范围内，并被从下到上依次安装到相应位置上。当最后一块插入块安装紧固后，一环管片即安装完毕，可以进行下一环的掘进。3.3管片拼装管片拼装时采用错缝拼装方式，先拼装底部标准块，然后按左右对称顺序逐块拼装两侧的标准块和邻接块，最后拼装封顶块。封顶块拼装时先搭接2/3环宽，径向推上，再纵向插入。本标段均采用M24弯螺栓，每环纵向10根，环向12根，计22根／环。管片拼装过程如下：a．用管片拼装机将管片吊起，沿吊机梁移动到盾尾位置。b．拼装前彻底清除盾壳安装部位的垃圾和积水，同时必须注意管片的定位精确，尤其第一环要做到居中安放。c．管片拼装采取自下而上的原则，由下部开始，先装底部标准块（或邻接块），再对称安装标准块和邻接块，最后安装封顶块，封顶块安装时，先径向搭接2/3，径向推上，然后纵向插入d．拼装时千斤顶交替收回，即安装哪段管片收回哪段相对应的千斤顶，其余千斤顶仍顶紧。e．管片拼装要把握好管片环面的平整度、环面的超前量以及椭圆度，还要用水平尺将第一块管片与上一环管片精确找平。f．第二块管片与上一环管片和第一环管片大致对准后，先纵向压紧环向止水条，再环向压紧纵向止水条，并微调对准螺栓孔。g．边拼装管片边拧紧纵、环向连接螺栓。h．在整环管片脱出盾尾后，再次按规定扭矩拧紧全部连接螺栓。3.4管片拼装质量控制根据合同文件中的《技术要求》规定，以及《市政工程施工及验收技术规程》中有关圆隧道验收标准并结合拼装的工艺特点，提出本隧道盾构施工管片质量标准如下（《综合性施组》）：衬砌成环后直径允许偏差：12mm相邻环环面间隙：不大于1mm纵缝相邻块块间间隙：不大于1mm对应的环向螺栓不同轴度：小大于1mm相邻环管片的允许高差（踏步允许值）：4mm相邻管片肋面不平整度偏差：3mm。螺栓联结穿进：环向螺栓和纵向螺栓，100%穿进盾构轴线控制：高程、平面控制均为50mm管片无贯穿裂缝，无大于0.2mm宽度的裂缝及砼剥落现象3.5管片拼装的注意事项a．每一环推进长度必须达到大于环宽300mm(1800mm)以上方可拼装管片，以防损坏封顶块止水条。b．管片吊装头必须拧紧。为避免管片旋转过程中安装头单独承受管片重量，应将4条压板均匀地接触管片。c．管片拼装过程中，第一块管片的位置尤为重要，它决定了本环其他管片的位置及拼缝的宽窄。管片高于相邻块，将会导致封顶块块的位置不够；低于相邻块，纵缝过大，防水性降低。同时，第一块应平整，防止形成喇叭口。d．管片拼装应满足规范规定的偏差。e．拧紧螺栓应确保螺栓紧固，紧固力矩要达到设计要求300N．m（参考深圳5标段）。f．同一环内各管片的相邻位置，应符合设计图纸要求，不可互换。每环管片上有管片类型标记、环类型标记、纵缝对接标记，安装管片时应认真查看这些标记，保证管片安装正确；管片迎千斤顶面和背千斤顶面不同，方向不要错装。操作手在安装管片时看到管片中心标记字符应是正向的，如果是倒置的，则管片上字体朝向错误。g．管片封顶块拼装方法为先纵向搭接2/3，然后安装器径向顶到预定位置再纵向插入。h．安装时注意小心轻放，避免损坏管片和止水条。i．对掘进过程中出现的管片裂缝和其他破损，要及时观察记录并提醒盾构机操作手注意，并要选择合适时间对管片进行修补。j．每次根据需要拼装管片的位置，回缩相应位置的部分千斤顶。过多的千斤顶回缩是十分危险的，前面土体的支撑压力会使得盾构机后移，轻则导致盾构机姿态变样，重则引趁安全事故。4片拼装常见问题分析4.1管片错台a．错台的概念及分类盾构管片错台包括径向错台、环向错台和纵向错台。径向错台是指一环管片内，两相邻管片块接缝处存在的径向相对位移。环向错台是指相邻两环管片之间环向接缝处存在的相对位移。纵向错台是指相邻两环管片在纵向上存在的相对位移，一般只在通缝拼装时出现。环向错台径向错台纵向错台b．导致错台的原因管片错台是拼装好的管片同一环各片，或者是管片与管片之间的内弧面不平整。管片的错台，一般是由于受力不均匀造成的；当某点的集中荷载超过了设计极限后，必然会导致管片的相对位移。线路位于曲线段和软硬不均地层时，容易产生管片错台现象。这是由于在曲线段盾构掘进，千斤顶推力将会给管片产生一个向外的分力，管片自然就会向外产生位移，从而引起错台的发生。同理，在软硬不均地层中掘进，由于地层物理力学性能差异，导致管片姿态容易跑偏从而产生错台。盾构机各组千斤顶油缸推力不同，导致各管片块体所受千斤顶撑靴的推力不同，在管片通缝拼装的情况下，容易使管片产生纵向错台。管片安装时，在盾尾残留的渣土未清理干净，尤其是底部，有时是盾尾漏泥沙，清理困难，在此位置的某片管片很难就位，甚至螺栓难以插入，造成错台。由于采用人工操作机械安装，安装时不按照规范要求，未调整好管片内环面平整度，引起错台。管片安装完毕后，管片螺栓未按照要求复紧造成错台。注浆量和注浆压力不均引起错台。在施工过程中，管片与围岩之间的环形间隙采用同步注浆模式充填快凝浆，并且间隔一定环数进行二次补注浆。注浆压力过大或过小，都将导致管片所受径向压力而产生径向错台；注浆压力将不均导致管片各部位受力不均从而导致管片发生错台。管片上浮有时可造成管片错台。尤其在围岩很稳定的地层中，当盾构掘进速度较快时，如果没有立即采取防止隧道管片上浮的措施，隧道管片的上部会发生连续的“叠瓦式”错台。c．错台的控制措施根据以上分析，管片错台的相应防治措施有：优化线路曲线设计，尽量避免小半径的曲线段；选择合理类型的管片，转弯管片的比例必须达到实际施工的需求；严格控制管片螺栓的质量。加强盾构掘进过程中的参数控制，盾构姿态应与线路姿态相吻合；纠偏幅度控制在±(5~6)mm；油缸行程上下左右控制在40mm范围内；加强盾尾间隙的量测频率，一般应为2次，掘进结束时量测1次，管片拼装前量测1次，以管片拼装前量测的结果作为最终管片选型的依据；盾尾间隙要尽量均匀。严格注浆管理，根据不同地层，调整不同的注浆方式，控制注浆压力，若地质条件复杂，地面沉降大，注浆压力不能超过其设计压力的25%；同步注浆应与盾构掘进紧跟，每一环的注浆量应保证在（3.142*3.14-32*3.14）*1.5*200%=8.1m3（施工组织设计参考压浆量为理论压浆量的130%～250%，取200%计算），否则进行补充注浆。安装管片时，必须严格执行操作规范，螺栓紧固严格执行“三次紧固”的原则。（第一次：管片拼装中第一次紧固，紧固扭矩大小为设计的50%；第二次：管片拼装结束第二次紧固，紧固扭矩大小为设计的75%；第三次：管片出盾尾位置后第三次紧固，紧固扭矩大小为设计的100%。）4.2管片破损a．管片破损的形式管片在运输、安装过程中，因各种原因，会造成不同程度的少量外脱缺陷，主要表现为：螺栓孔混凝土崩裂、崩角、崩边，吊装孔混凝土崩裂、裂缝等。b．导致管片破损的原因管片破碎原因很多，主要有管片本身质量问题、拼装工艺问题、掘进参数没定问题、二次注浆问题。管片拼装前导致管片破损的原因如下：管片生产过程中因混凝土原材料问题、配合比问题和养护问题而产生收缩裂缝。管片运输、翻转、堆放以及吊装过程中发生掉角、破损现象，严重影响外观质量和拼装质量。管片在止水材料和传力衬垫粘贴时，必须按照规定进行粘贴，防止由于粘贴不正确造成管片在拼装时受力不均而碎裂。管片拼装是导致管片破损原因如下：拼装时，由于管片环面之间及相邻两块管片间接触面达不到理想的平行状态，使得衬砌角部先受力而产生应力集中，而导致管片角部破碎。封顶块拼装时，由于先行拼装的5块管片圆度不够，两邻接块间的间隙太小，把封顶块强行顶入，导致封顶块及邻接块接缝处管片破碎，破碎部位发生在邻接块上部及封顶块两侧。千斤顶推力过大或者作用面不平整，导致管片与千斤顶撑靴接触的部位混凝土裂缝甚至破碎。拼装时螺栓难以穿入螺栓孔，敲打螺栓造成破损。错片拼装后导致管片破损的原因如下：同步注浆后，隧道上部的浆液会逐渐向下部流动，形成下部浆液多而上部浆液少的状况，引起管片上浮，上部管片与盾构机内壳间隙减少，推进时造成管片破碎。管片姿态还未完全稳定前，当二次注浆压力不均匀时，会使部分管片产生位移，位移管片与未发生位移的管片相互挤压会形成应力集中，容易产生环向破碎现象。管片错台导致管片破损。管片破损原因统计管片破损原因百分比（