管片质量问题原因分析及控制措施

1、铸造精品铸造精品 追求卓越追求卓越 管片质量问题原因分析及控制措施管片质量问题原因分析及控制措施 中铁十三局集团有限公司中铁十三局集团有限公司 20142014年年7 7月制月制 诚信、创新永恒诚信、创新永恒 精品、人品同在精品、人品同在 铸造精品铸造精品 追求卓越追求卓越 汇报提纲汇报提纲 o 一、盾构区间地质概况 o 二、成型管片质量问题原因分析 o 三、成型管片质量问题防控措施 o 四、采取措施后成型管片质量情况 o 五、管片破损修补及渗漏水处理 o 六、总结 铸造精品铸造精品 追求卓越追求卓越 一、区间地质概况一、区间地质概况 o 区间隧道地处川西平原岷江水系级阶地，冲洪积地貌， 地形

2、较平坦，略有起伏，地面高程496.81501.80m。 据区域地质资料，本区间隧道范围内无断裂。地表多为 第四系全新统人工填筑（Q4ml）以杂填土为主，其下 为全新统冲积层（Q4al）粘性土、粉细砂；第四系上 更新统冰水沉积、冲积（Q3fgl+al）粘性土、卵石土 夹砂透镜体；下伏白垩系上统灌口组（K2g）泥岩。 o 我部盾构推进过程中地质条件复杂，开挖面位于泥岩与 砂卵石地层交接面处，且呈交替变换。 铸造精品铸造精品 追求卓越追求卓越 区间左线地质剖面图区间左线地质剖面图 铸造精品铸造精品 追求卓越追求卓越 区间右线地质剖面图区间右线地质剖面图 铸造精品铸造精品 追求卓越追求卓越 二、成型管

3、片质量问题原因分析二、成型管片质量问题原因分析 o 2.1管片错台及其引起的相关问题 管片错台是指管片拼装后同一环相邻管片或者相邻 环管片之间内弧面不平整的现象，管片错台不仅影响隧 道的外观质量，而且会导致以下更严重的问题： 2.1.1管片破裂 由于盾构机的推进千斤顶作用在管片上，依靠管片 提供反作用力使盾构机向前掘进，若刚拼装好的管片出 现错台现象，就容易导致相邻管片间产生集中应力，使 管片边缘发生破裂、崩角等质量问题。 螺栓孔位置 破损 铸造精品铸造精品 追求卓越追求卓越 2.1.2、隧道渗漏 管片间止水主要采用三元乙丙橡胶弹性密封垫，橡 胶弹性密封垫接触压密后宽度仅3336mm，一般情

4、况当管片错台超过15mm时，橡胶密封垫之间的压密 效果就受到较大影响，在地下水压较大情况下很容易造 成管片渗漏水。 环间渗漏 铸造精品铸造精品 追求卓越追求卓越 2.1.3、盾尾漏浆、尾刷损坏 由于盾尾壳对管片有约束力，因此管片环与环错台 一般是管片脱出盾尾后才产生，但在纵向连接螺栓的作 用下，盾壳外的管片环错台会导致盾壳内的管片环产生 径向运动的趋势，造成盾尾与管片环之间的间隙不均匀， 从而易对盾尾刷挤压磨损，进而导致盾尾漏浆，造成同 步注浆浆液和盾尾油脂的大量消耗，以及地面沉降等严 重事故。 铸造精品铸造精品 追求卓越追求卓越 o 2.2管片错台原因分析 2.2.1管片拼装不规范 管片拼装

5、是控制管片错台重要的环节，管片拼装工 人的操作熟练程度及责任心直接影响管片拼装完的成型 质量。例如：管片拼装前盾尾的杂物没有彻底清除；管 片拼装完成及管片脱出盾尾后没有及时将螺栓拧紧；K 块强行插入，都是导致管片错台不可忽视的直接因 素。 环间错台 18mm 铸造精品铸造精品 追求卓越追求卓越 2.2.2盾构机姿态控制 盾构机的姿态变化直接影响到盾尾间隙的变化，实 际掘进时盾构机围绕设计轴线呈蛇形前进，如果盾构机 的姿态控制不好，盾构机的运动轨迹波动幅度过大，盾 尾因急纠、猛纠而产生较大的径向位移，而在连接螺栓 的作用力下管片的空间形态已基本由上环管片所决定， 这就必然导致管片与盾尾之间的间隙

6、不均匀。若盾尾间 隙过小，盾尾的径向运动趋势将以力的形式通过盾尾刷 传递给管片，从而导致盾尾前后的管片产生错台，甚至 导致管片迎水面被盾尾刷挤压刮坏、盾尾刷磨损变形等 问题，进而产生管片渗漏水，盾尾漏浆等一系列质量问 题。 铸造精品铸造精品 追求卓越追求卓越 2.2.3管片选型 在区间小半径曲线段掘进或盾构急纠转弯时，若 管片楔形量不能满足管片转弯需求，拼装施工中转弯 环排版错误等，均会造成管片前端面与盾构掘进方向 不垂直。盾构机向前掘进的推力是通过千斤顶作用在 刚拼好的管片衬砌横断面上，如果盾构掘进方向与管 片前端面之间不垂直，则其作用于管片上的巨大反推 力可分解为纵向和径向两个分力，将造成

7、管片环缝错 台。 铸造精品铸造精品 追求卓越追求卓越 2.2.4管片上浮 管片上浮有时可造成管片连续错台，尤其在泥岩地层中。 壁后浆液往往因为初凝时间较长而产生大于管片自重的上浮 力，此时如果没有立即采取防止隧道管片上浮的措施，隧道 管片的上部就会发生连续的“叠瓦式”错台。 管片上浮 引起的 “叠瓦式”错台 铸造精品铸造精品 追求卓越追求卓越 环环 号号 管片拼装完成管片拼装完成 脱出盾尾后实际脱出盾尾后实际 测量测量 水平偏水平偏 差差 垂直偏垂直偏 差差 水平水平 偏差偏差 垂直偏垂直偏 差差 6060-8-8-35-351 1 69 69 6161-6-6-34-34-6 -6 66 6

8、6 6262-5-5-36-365 5 51 51 6363-5-5-43-4312 12 34 34 6464-5-5-40-40-2 -2 32 32 6565-3-3-27-273 3 37 37 6666-5-5-25-25-7 -7 43 43 67672 2-25-25-1 -1 58 58 右线管片姿态偏差对比表右线管片姿态偏差对比表 盾构通过泥岩地层后形成的开挖面与管片之间的空腔由同 步浆液来填充，通过计算得出盾尾后4环管（1.5m每环，共 6m）片在浆液中的浮力为238t，远远大于4环管片的自重 83.8t，在浮力作用下管片会产生错台，如错台量较大会伴随 发生管片破损、渗漏现

9、象。 管片上浮计算图示管片上浮计算图示 铸造精品铸造精品 追求卓越追求卓越 2.3管片破损原因分析 （1）管片错台 由于管片错台造成相邻环管片之间剪应力过大，引起螺栓孔附近管 片破损。 （2）管片拼装 由于拼装过程中管片接触面不平整，在千斤顶作用下形成局部应力 集中，造成管片破损。封顶块安装时，先安装好的管片圆度不够、邻接 块间的间隙太小、未按要求在其两侧涂刷润滑剂，会导致封顶块及邻接 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； （3）姿态控制 盾构掘进过程中由于姿态控制不佳，导致盾构与管片相对位置不好 （盾尾间隙变小）时，常常会使管片发生碎裂。 （4）螺栓紧固 螺栓初紧、复紧不

10、及时或者螺栓拧的不够紧，管片受力后产生错台， 从而出现边角部位的破碎以及裂缝等问题。 管片边角 破损 管片螺栓 孔破损 铸造精品铸造精品 追求卓越追求卓越 2.3管片渗漏原因分析 （1）管片错台造成止水条接触面积变小 由于管片错台造成相邻管片止水条接触面积变小，止水条的防水效果 降低，不能有效的阻水。 （2）止水条粘贴不牢固 由于止水条粘贴不牢固，导致相邻管片之间存在缝隙漏水。 （3）管片拼装刮碰 由于管片拼装过程中刮碰造成止水条破损，使相邻管片间防水措施失 效，导致管片渗漏水。 （4）同步浆液 同步浆液凝固后是成型隧道的第一层防水体系，注浆量不足将导致管 片上部存在无浆液的现象，使管片外部直

11、接与地层相联，致使隧道第一道 防水体系失效从而产生渗漏。压浆内水泥含量少，浆液凝结后强度不高且 阻水效果较差。 （5）姿态控制 盾构掘进过程中由于自在控制不佳，导致盾构与管片相对位置不好 （盾尾间隙变小）时，常常会使管片发生碎裂，发生止水带掉落情况，使 得相邻止水带不能正常吻合压紧，从而引起漏水。 铸造精品铸造精品 追求卓越追求卓越 管片环间 渗漏 管片块间 渗漏 铸造精品铸造精品 追求卓越追求卓越 三、成型管片质量问题防控措施三、成型管片质量问题防控措施 o 调整泥岩地层盾构掘进参数 刀盘转速控制在1.01.5r/min；推进速度控制在 3045mm/min；1号土仓压力值控制在0.81.3

12、bar；推力 一般控制在9001100t之间；滚动角控制在20mm/m以内。 o 盾构姿态控制及纠偏 实际掘进时盾构机围绕设计轴线呈蛇形前进，姿态 控制应做到勤纠、缓纠，在隧道轴线控制在设计允许偏 差范围内前提下，尽量使盾构机掘进轨迹保持平顺，避 免盾构机姿态突变。 盾构机姿态水平方向上前点控制在+20-20之间、垂 直方向上前点控制在-30-50之间（管片依然存在上浮现 象）；在直线段掘进时水平趋向值控制在4mm/m，垂直 趋向值控制在3mm/m。 铸造精品铸造精品 追求卓越追求卓越 o 同步浆液调整 确保管片脱出盾尾时形成的空隙量与注浆量平衡，尽量 避免壁后浆液被地层水稀释而降低浆液性能。

13、注浆压力控制 在1、4号注浆管路1.52.0bar，2、3号注浆管路2.02.5bar。 通过调整粉煤灰、砂、膨润土和水泥等的拌合比例，将浆液 的初凝时间控制在45h内。 同步注浆浆液配合比（同步注浆浆液配合比（kg/m3kg/m3） 水泥水泥 细砂细砂粉煤灰粉煤灰膨润土膨润土水水减水剂减水剂 20020065065030030060605005002 2 铸造精品铸造精品 追求卓越追求卓越 o 二次注浆 二次注浆采用水泥、水玻璃双浆液，水灰比1：1水泥浆 搅拌而成，水泥浆：水玻璃为3:1，初凝时间调为1020s。 管片脱出盾尾第2环位置注入水泥、水玻璃双浆液，注 浆点位选择在管片上半部分吊装

14、螺栓孔位置，要避开K块的 吊装螺栓孔，每2环注1环，注浆压力控制在3bar以下。 铸造精品铸造精品 追求卓越追求卓越 o 管片拼装 （1）管片拼装前必须清理盾尾拼装部位的污泥与污水，并 清理干净前一环管片迎水面与盾尾间隙中的杂物。（2）管片 拼装应遵循由下至上、左右交叉、最后封顶的顺序，将待装 的管片块与已安装管片块的内弧面调整到平顺相接，螺栓孔 位置对正，螺栓穿插容易。（3）管片拼装时，严禁非管片安 装位置的推进油缸与管片安装位置的推进油缸同时收缩。安 装管片到位时，动作应平缓，避免撞击已定位管片。（4）封 顶块安装前应对止水条进行润滑处理，调整位置后缓慢纵向 顶推，严禁借用推进千斤顶强行顶

15、推。（5）每环管片拼装完 成后进行第一次螺栓紧固才可掘进；掘进开始后进行第一次 复紧，掘进200mm内复紧完成；推进油缸行程800mm时开始第 二次螺栓复紧；掘进完成前进行第三次螺栓复紧；K块在三次 复紧期间增加两次复紧；所有螺栓紧固使用风动扳手。 铸造精品铸造精品 追求卓越追求卓越 o 做好管片选型工作 在盾构施工过程中要保持管片前端面与盾构掘进方向垂直 几乎不可能，每环掘进完成后应及时量测管片前端面并调整。 使盾构机推力反作用于管片上的径向分力尽可能减小，进而有 效减少、减小管片环缝错台。 掘进前依据设计轴线做好管片排版，通过管片排版计算公式 确定出最合理的标准环与转弯环比例，并在实际施工

16、过程中及 时根据环面超前量差值调整标准环与转弯环比例，以使管片前 端面与盾构机掘进方向趋近垂直。 铸造精品铸造精品 追求卓越追求卓越 o 管理措施 （1）健全质量管理体系、明确质量管理职责、落实 质量管理制度、加强过程监控。 （2）对项目全体人员进行教育培训，明确各岗位质 量职责、各工序质量控制标准，增强质量意识。 （3）加强管片拼装实名制管理的执行力度，落实、 奖罚到位。 （4）全面实行成型管片自检制度，自检制度分三级 管理，分别为班组自检、质量工程师检查、项目部检查。 详见附件（成型管片质量自检表格）。 （5）制定新的奖罚机制，奖罚分明。 铸造精品铸造精品 追求卓越追求卓越 铸造精品铸造精

17、品 追求卓越追求卓越 四、采取措施后成型管片质量情况四、采取措施后成型管片质量情况 o 通过调整同步浆液的配合比，增加水泥、水玻璃双液注 浆的措施，管片上浮得到明显控制，管片上浮量由 610cm降低至0.52cm，详见下图： 右线右线406环管片姿态垂直偏差变化趋势图环管片姿态垂直偏差变化趋势图 铸造精品铸造精品 追求卓越追求卓越 o 在地铁公司、监理单位、中铁成投公司各级领导的帮助 下，通过健全质量管理体系、细化质量管理制度、提高质量 监管力度、严格执行成型管片质量控制措施、根据实际地质 情况调整掘进参数等方法，成型管片质量有了较大提高，区 间管片错台、破损、渗漏水现象得到有效控制。 铸造精

18、品铸造精品 追求卓越追求卓越 五、管片破损修补及 渗漏水处理 5.1 管片拼装后成 型管片修补方法 （1）现场破损情况 调查 由质检工程师进 行管片破损统计，将 统计结果报送监理工 程师复核，将真实结 果报送业主代表备案。 铸造精品铸造精品 追求卓越追求卓越 o （2）判定修复方式 根据现场统计的破损部位及破损形式分为管片剥 落和大于 0.2mm宽的裂缝两种，确定相应的处理方式。 对于裂缝大于 0.2mm 的，直接按照修补流程进行即 可；管片剥落的修补方式根据破损位置有稍微区别，对 于破损发生在上部的，根据破损面积、深度的实际情况 打膨胀螺栓、挂网后修补；破损发生在下部的，按照修 补流程进行便

19、可。 铸造精品铸造精品 追求卓越追求卓越 （3）管片表面清理 破损部位清理主要分为三步： 第一步：对破损周边和已经破损但未剥落处进行 凿除清理，如破损部位有渗漏水，必须先堵漏后修补； 用钢刷清除修补处松动混凝土块及粗骨材；其清除效果， 应以目视检查混凝土与粗骨材间无缝隙及指触无混凝土 块及粗骨材松动。对于存在裂缝的管片修补同渗漏水一 样进行处理，以保证混凝土的耐久性。 第二步：修补前应使用高压水或轻度打磨处理表 面，然后冲洗洗掉尘土颗粒，保证修补表面无杂物、无 粉细残留料。 第三步：采用蒸汽清洁剂清除油脂，用清洁剂或 专用脱脂剂擦洗，确保清洁效果。 铸造精品铸造精品 追求卓越追求卓越 （4）修

20、补施工 管片正式修补前，进行原材料的性能试验， 待强度、新旧接合面粘结强度、耐久性等经过 相关检测，满足要求后进行正式修补作业。 第一步：按照清理干净的修补部位确定材 料用量，用耐涂砂浆按确定用量标准现场拌制 材料，实际拌制配合比为（重量比）基料：固 化剂：骨料=3.7：1.75：17。拌制过程中要确 保充分搅拌耐涂砂浆，获得完全均匀、可镘抹 施工的砂浆。 铸造精品铸造精品 追求卓越追求卓越 第二步：用搅拌均匀的耐涂砂浆披刮清理干净的破 损部位，披刮要压实顺滑，对成型隧道顶部管片破损大 于 30mm 深度的部位要分两次披刮，对潮湿度较高的 破损部位需要吹风机降低其潮湿度后进行修补，对修补 部位

21、进行压密处理；管片破损在上半部位的修补方法如 下： 破损深度大于30mm或破损面积大于200cm的 处理方法 用冲击钻以5*5cm间距梅花形钻孔，钻孔深度 4cm，钻孔直径10.5mm，待眼打好后将35根 M6*50100mm（视破损深度而定）膨胀螺丝植入管 片内，膨胀螺丝上端头应低于管片表面1cm以下。待 膨胀螺栓植完后挂钢丝网片，然后使用高强砂浆分两次 披刮填补。 铸造精品铸造精品 追求卓越追求卓越 破损深度小于30mm，且破损面积小于200cm 的处理方法 待破损面凿除清理后用清水冲洗干净，先刷一层水 泥砂浆，然后使用高强砂浆填补。 铸造精品铸造精品 追求卓越追求卓越 （5）表面修饰及整

22、平 待耐涂砂浆干硬一天后，用打磨机磨顺表面，指派 有经验的修补工人进行调色抹平，保持修补处的颜色与 管片原表面颜色基本一致。 （6）养护、硬化 修补处的养护采用自然养护，指定专人每天进行 2 次巡查，及时清理修补处沾染的杂物，并对过程中发现 的修补缺陷进行记录、反馈。 （7）清理及复原 在达到养护日期后，进行修补效果的最终检查，对 表面不平整、有杂物、颜色不协调的修补处，最后进行 打磨处理以保证新旧混凝土面的色差基本保持一致。 铸造精品铸造精品 追求卓越追求卓越 5.2 管片修补材料 按照施工方案，管片破损修补材料选用耐磨型环氧 树脂衬里砂浆，该砂浆具有以下特点： （1）固化迅速、抗压强度高。

23、 该种材料 28 天强度 91.3Mpa，远远满足混凝土 材料本身抗压强度（C50）的要求。 （2）力学性能好，抗垂落、粘结性能好，有很好的保 水性，7d与混凝土的正拉粘结强度为8.1Mpa，且为混 凝土破坏，同时7d 的砂浆粘结抗拉强度为10.2 Mpa， 远大于结构混凝土本身的抗拉强度2.64 Mpa。 （3）能够抵抗各种酸、碱、工业化学品影响，操作简 单，现场搅拌后即可使用。 （4）具有早强性，减少对施工进度的影响。 铸造精品铸造精品 追求卓越追求卓越 5.3管片渗漏水处理 （1）现场渗漏水调查 由项目部对现场渗漏水情况 进行统计，统计渗漏水部位、渗 漏形式，做好详细记录并分析原 因。

24、（2）选择处理方案 根据现场统计的渗漏水部位 及渗漏形式，确定不同的处理方 式：管片环纵缝、螺栓孔渗漏水 采用灌注环氧树脂灌浆材料进行 治理；管片注浆孔渗漏采用壁后 注浆或环氧树脂灌浆材料进行治 理。 铸造精品铸造精品 追求卓越追求卓越 （3）渗漏水部位清理 管片环纵缝渗漏水部位清理：使用钢丝刷清除拼装 缝周边积水和碳酸钙等粘附物，检查渗漏源，标上记号， 清孔、清槽要求无浮尘、泥垢。 管片螺栓渗漏水部位清理：首先卸掉对拉螺栓孔的 螺帽，清除螺栓孔中的浮泥、泥垢、锈迹，采用阻塞球 堵塞螺栓孔的一端出口，并从另一端出口插入小铝管。 （4）钻孔埋设注浆管 采用小型电钻在管片拼缝处打孔，采用速凝水泥嵌 缝、埋管，要求与管片拼缝压贴紧密。钻孔孔径 6mm， 孔深约 50mm，孔间距约 300500mm，根据现场 实际情况进行适当调整。 铸造精品铸造精品 追求卓越追求卓越 （5）注入环氧树脂化学浆液 管片拼缝渗漏水治理：注浆浆液采用环氧树脂化学 浆液，注浆压力0.20.4MPa，达到压力后，闭管待 凝。 螺栓孔渗漏水治理：拆除螺栓的螺母，对损坏的遇 水膨胀止水圈进行更换，按照要求拧紧螺母