地铁盾构隧道管片修复及处理研究

地铁盾构隧道管片修复及处理研究摘要：为更好的保障地铁运营的安全，对出现问题的管片进行及时、有效的修复，本文从盾构管片受损机理、类型及处理措施进行了研究和分析，总结了盾构隧道管片的修补方法、工艺、材料及加强处理施工工艺。关键词:盾构隧道；修复处理；受损机理；管片盾构隧道管片在生产、施工和运营过程中均可能产生裂缝，随着轨道交通的发展，地铁管片开裂损坏的事件越来越多[1]。国内外对地铁盾构管片的裂缝修补、加强的材料及方法（如压力注浆法、环氧树脂改性砂浆等）理论及应用均有了较多的研究[2~7]。本文通过对盾构管片修复方法进行总结分析、适当改进，并结合实际为不同条件下管片的修复提供行之有效的技术方法具有重要意义。1盾构管片破裂原因、类型及处理措施造成管片开裂的因素很多,但按时段来分,可概括为三类,即管片生产过程造成的开裂、盾构施工过程造成的开裂和盾构隧道使用过程中的开裂。管片生产过程造成的开裂主要有两个阶段:第一阶段是管片脱模以后的养护阶段，第二阶段是28天后在管片出厂运输、吊卸及拼装过程中发觉的微细裂纹。盾构施工过程中造成管片开裂的具体因素复杂而多样，主要有：隧道施工过程中由于千斤顶推力过大、顶进过程中产生偏心距、隧道姿态控制不良，以及管片制作精度不够引起管片不平整等原因。盾构隧道建成后由于外界环境影响产生不均匀沉降或者由于管片荷载变化引起管片内力增加也会产生裂缝。根据以上管片的工作阶段，我们针对上述问题产生的各种原因进行分析，采取的预防措施见表1。表1管片伤损的预防措施预防措施生产过程中造成管片开裂⑴调整混凝土的配合比⑵改善施工工艺施工过程的管片开裂千斤顶推力过大在开挖面相对稳定的地段尽可能采取欠合适的掘进模式管片环面不平整和产生偏心距提高管片的安装精度盾构机姿态控制与曲线段不匹配正确控制好转弯地段的盾构姿态出盾尾管环变形改善填充物配合比、缩短凝固时间使用过程中的开裂(1)加固隧道围土,改善土体性质(2)从隧道内加固隧道,增强隧道自身的稳定性2盾构管片的修补管片修补是指以特制材料对管片缺陷（包括裂缝、崩角和破损等）部位进行修整，使其满足质量要求。2.1管片裂缝修复方法及工艺管片裂缝修补方法主要包括表面封闭法、注射法、压力注浆法。为便于进行管片裂缝修补，应观察裂缝渗漏情况以及贯穿深度等情况，对不同类型的裂缝采取相应的修补办法。裂缝修补应综合考虑裂缝宽度、裂缝深度h与管片厚度H关系，选择合适的处理方法。2.2施工方法的选择（1）宽度不大于0.2mm且深度h小于0.1H的表面裂缝适用表面封闭法进行修补，若裂缝数量较多时可采用在裂缝表面粘贴纤维布的方法防止裂缝继续开裂。（2）宽度介于0.2mm~1.5mm且深度h在0.1H~0.5H的浅层裂缝适用注射法（低压慢注）进行修补。（3）宽度不小于1.5mm且深度h大于或等于0.5H的纵深裂缝和贯穿裂缝适用压力注这里对管片出现的裂缝和伤损进行细化分类，并制定相应的修复方法，管片裂缝类型及修补方案见下表所示。2.3成型隧道管片修补方法1.崩角修补（1）凿掉崩角处不密实的混凝土后清理出基面。（2）待破损表面干燥后涂刷界面剂再进行修补。（4）拌制砂浆，砂浆的强度要比修补的管片混凝土强度高一个等级。（5）逐层填补后进行抹平、修边。（6）待修补砂浆干硬后，用打磨机磨平表面。（7）拌制水泥浆对修补处进行抹面修整调色。（8）抹浆前，用钢丝刷对修补处进行清洗湿润，再用1∶2～1∶2.5水泥浆抹面修整。（9）抹浆初凝后加强养护。2.破损修补破损修补方法与崩角修补类似，此外，为降低后期列车运营中由于震动、气流等因素造成修补材料脱落的风险，需对隧道腰部以上的修补材料粘贴芳纶纤维片材。3盾构管片加强处理3.1工程概况地铁某区间右线起止点里程范围为YDK19+285.916~YDK20+031.225，盾构断面形式均为标准断面，衬砌环外径6000mm，内径5400mm，管片宽度1200mm，管片厚度300mm。3.2管片加强施工修补施工完成，且修补砂浆达到预定强度后，按设计要求对破损管片进行加强处理。加固方式采用厚钢环进行加固，每环钢环由6块钢板组成，钢板间纵缝采用焊接连接。钢环与管片之间的连接，通过管片植筋进行连接，每环设置两排，植筋钢筋采用穿孔焊与钢环焊接。钢环安装完毕后，采用楔形橡胶条封闭钢环两侧，通过钢环预留注浆孔注水泥浆填充钢环背后空隙。钢环之间采用扁钢连接，端部与钢环端部焊接。1.钢环安装植筋完成后先安装最下部钢板，按照植筋位置精确量测钢板开孔位置，钢板现场开孔，钢板开孔完成后将钢板安装在植筋钢筋上。按照设计半径固定钢板，再对其余钢筋与钢板焊接。按照同样方法安装下部其余两块钢板，下部钢板安装完成后，安装上部三块钢板，先安装两侧钢板，最后安装最顶部钢板。2.钢环侧面封堵钢板接缝焊接完成后，采用楔形橡胶条封闭钢环两侧。钢环背后注浆钢环与管片间空隙需灌注水泥浆充填密实，以确保管片与钢环之间接触密实。4.拆除侧面封堵楔形块钢环背后注浆完成并达到设计强度后，及时拆除侧面封堵楔形块、砂浆及堵漏灵等材料。5.钢环之间连接钢环安装就位后，相邻钢环之间纵向采用扁钢依次焊接接通，端部与钢环端部焊接，最后对钢环涂刷防火防腐漆。4结论（1）对于盾构隧道管片，原则上遵从预防为主，在生产、运输、安装及后期维护过程中采取适当的施工工艺、材料及预防措施减少管片的破裂。（2）对管片裂缝进行修补时，从裂缝宽度和深度上进行区分，采用恰当的注浆方法和施工工艺以保障修补质量。（3）运营中的地铁盾构隧道，建议对于不影响管片强度的崩角及轻微破损，可进行清理，并打出混凝土坚实基层后对露筋部位刷涂环氧树脂即可，避免修补材料后期掉落影响运营安全。参考文献：[1]赖金星,邱军领,潘云鹏,曹小军,刘炽,樊浩博.盾构隧道管片裂缝病害的综合监测与分析[J].现代隧道技术,2015,52(02):186-191.[2]冯英杰,张泽洲.压力注浆法修补混凝土裂缝的力学分析[J].公路工程,2014,39(01):242-245+262.[3]鞠向伟,彭海龙,高培伟,等.适用于隧道混凝土裂缝修补的水性环氧树脂改性砂浆性能研究[J].隧道建设,2016,(4):398-402.[4]徐少云,高培伟,肖忠平,赵向敏,彭海龙,陈卫峰.地铁隧道管片裂缝修补后的抗侵蚀性能研究[J].现代隧道技术,2019,56(01):159-163+168.[5]王建辉,张浩博，桑国臣.混凝土裂