淺析地鐵盾構管片型式檢驗的應用實踐

游連章 黃敏

(1.廈門軌道交通集團有限公司 福建廈門 361004;2.廈門軌道交通工程中鐵二十四局管片廠 福建廈門 361004)

淺析地鐵盾構管片型式檢驗的應用實踐

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(1.廈門軌道交通集團有限公司 福建廈門 361004;2.廈門軌道交通工程中鐵二十四局管片廠 福建廈門 361004)

地鐵盾構管片作為盾構隧道的支護結構，其質量直接影響到隧道的安全。本文以廈門軌道交通1號線盾構工程為背景，對該工程所采用的預制混凝土襯砌管片進行了型式檢驗，結合理論計算與實測數據，對地鐵盾構管片的各項性能指標作出了科學而客觀的評價，為軌道交通的安全營運提供可靠的技術資料。

地鐵盾構管片;型式檢驗;檢測技術

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引言

隨著城市化的發展，越來越多的隧道采用盾構法施工，作為盾構隧道的最主要部分的混凝土預制管片，其成型后的質量直接關系到隧道的安全。地鐵盾構管片的不可更換性，既是該項技術的特點，也是其缺點。管片承擔著隧道主體內部和外部的全部負荷，其綜合性能的重要程度不言而喻。因此，采用各種檢測手段對地鐵盾構管片進行各項性能指標的檢驗，也是地鐵建設中不可或缺的環節。

1 試驗概況

根據規范及設計要求，對廈門軌道交通1號線盾構區間的管片進行型式檢驗，其中包括外觀質量、尺寸偏差、三環拼裝、抗彎、抗拔、檢漏試驗。采用標準塊管片(B塊)進行管片抗彎試驗及檢漏試驗，采用鄰接塊(L塊)進行管片抗拔試驗，環內徑為5500mm，外徑為6200mm，厚度為350mm，寬度為1200mm，結構簡圖可見(圖1)。混凝土設計強度等級為C50，抗滲等級P12，養護齡期超過28d，外弧面鋼筋保護層設計厚度為50mm，內弧面鋼筋保護層設計厚度為40mm。主要力學性能指標要求為:管片抗拔性能試驗加載達到設計荷載250kN下的最后三次所測位移(最后三次指:當抗拔性能檢驗加載到設計荷載時再持續荷載30min，每5min測量一次位移的最后三次記錄值;抗拔試驗的操作方法:(1)將螺桿選入吊裝孔螺栓管內，并檢測螺桿的旋入深度及垂直度;(2)將橡膠墊及承壓鋼板套進螺桿，然后安裝穿心式張拉千斤頂，旋緊螺母，使管片、螺栓、螺桿、千斤頂、螺母連接成一個整體;(3)安裝荷載測試系統;(4)檢查荷載系統進行加壓分七級，加壓前四級的加壓力為設計荷載值的20%，第五級為設計荷載值的10%，最后兩級為設計荷載值的5%)，相鄰兩個位移差均小于0.01mm(根據CJJ/T164－2011盾構隧道管片質量檢測技術標準，采用精度為0.01mm的讀數顯微鏡，顯微鏡應附有，檢測校準有效期內使用);管片抗彎荷載試驗加載達到設計荷載280kN并持荷30min后，沒有觀察到裂縫或裂縫寬度不大于0.20mm;管片抗滲檢漏試驗在設計抗滲壓力1.2MPa下穩壓2h，管片外背滲水高度不超過50mm。

2 試驗的主要依據及所需的設備

2.1 試驗的主要依據

本次試驗的主要依據為《預制混凝土襯砌管片》(GB/T22082－2008)、《盾構隧道管片質量檢測技術標準》(CJJ/T164－2011)、設計文件、圖紙等。

圖1 管片結構簡圖

2.2 試驗所需的設備

本次試驗所需的主要設備有剛性臺架系統、千斤頂(YC60型)、百分表(精度0.01mm)、讀數顯微鏡(JC－10，精度0.01mm，放大倍率4倍)、水壓表、游標卡尺、塞尺、鋼筋掃描儀及其他輔助設備等。

3 試驗準備

管片成品實體試驗檢測之前，需要完成下述準備工作:

(1)對試驗相關人員進行交底，交底內容包括管片圖紙、規范、試驗要求和詳細操作方法，以及試驗安全注意事項等。

(2)檢查試驗設備:各個設備工作是否正常，是否按要求進行檢驗校準或是否處于檢測有效期內。如千斤頂、百分表和秒表的標定等。

(3)將要進行檢測的管片成品應達到28天齡期，管片的生產資料和強度檢測報告應齊全和符合要求。

(4)正確填寫試驗過程相關的表格資料，并準備足夠的空白表格。

(5)盾構隧道管片屬于大型構件，特別是在進行結構性能試驗過程中有一定的危險性，故應做好安全及防護工作。(作為管片形式檢驗安全及防護的一項安全技術交底)

(6)按照規范及相關規定要求進行自檢和報驗。

4 試驗方法及試驗結果

4.1 管片外觀質量檢測

對混凝土管片外觀進行目測，檢查管片是否有裂縫、露筋、孔洞、蜂窩等，并及時記錄每條裂縫的位置、最大寬度和長度、記錄外露鋼筋的位置及數量、記錄孔洞的位置及數量、每個孔洞的最大孔徑和最大深度、記錄蜂窩的位置及數量等，螺栓孔檢測時要先采用目測，再采用螺栓對管片環向、縱向螺栓孔進行穿孔檢驗，并記錄螺栓穿孔檢驗、內圓面平整和螺栓孔塌孔情況。

4.2 管片尺寸偏差檢測

利用游標卡尺對混凝土管片的寬度、厚度進行檢測，測量管片寬度時，用游標卡尺在內、外弧面的兩端部及中部各測量1點，共6點，精確至0.1mm，允許偏差為±1mm;測量管片厚度時，用游標卡尺在管片的四角及拼接面中部各測量1點，共8點，精確至0.1mm。允許偏差為(+3，－1)mm。用鋼筋探測儀測量鋼筋保護層厚度，要在內弧面和外弧面各測量5點，精確至1mm，允許偏差為(+5，－3)mm。試驗管片的寬度、厚度、保護層偏差必須滿足規范要求。

4.3 管片水平拼裝檢測

在平整的場地上選擇一個中心點，根據管片半徑向四周制作出圓形拼裝平臺，專業人員校準水平后，用龍門吊將管片吊運就位，并由現場人員配合把管片安放在拼裝臺上，管片拼裝順序依次為:B3塊、B2塊、B1塊、L1塊、L2塊、F塊，并使用螺栓固定管片，拼裝效果可見圖示3。每次拼裝隨機選擇三環管片進行，安裝完畢后，按照混凝土管片水平拼裝檢驗標準進行量測檢驗及數據記錄，環向縫間隙允許偏差為0－2mm，縱向縫間隙允許偏差為0－2mm，成環后內徑允許偏差為±2mm，成環后外徑允許偏差為(－2，+6)mm，測點示意如(圖2)。試驗測得環向、縱向縫間隙、內、外徑偏差記錄成表，與下一次的試驗記錄形成對比并形成偏差曲線圖，以供后期模具精度糾偏。

圖2 管片內外徑測點示意圖

第一環管片的拼裝至關重要，對后面兩環的拼裝影響較大，故選擇平整結實的場地進行拼裝，第一環管片下均勻布置可以調節高度的臺座，臺座的承重能力應超出三環管片的總重量，拼裝前必須調整臺座的水平度。

圖3 管片三環拼裝試驗現場圖

4.4 管片檢漏測試

安裝好并檢查檢漏裝置見(圖4)，先打開排氣閥門，接通進水閥，注入自來水。當排氣中排出水后，關閉排氣閥，啟動加壓泵，按0.05MPa/min的加壓速度從 0開始按 0.2MPa、0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa分級加壓，每級各持壓10分鐘，檢查管片是否有滲漏水現象，觀察側面滲透高度，作好記錄。第六級加壓至1.2MPa后，持壓2h，直至試驗完成。持壓過程中，仔細觀察構件各端面是否有滲漏水現象，觀察側面滲透高度，并做好記錄。

在整個檢漏試驗過程中見(圖5)，應隨時注意檢查檢漏架的密封膠圈是否發生破損，檢漏架的緊固螺桿及鋼板是否變形，如果異常應立即中止試驗，以保證安全。

圖4 管片檢漏裝置圖

4.5 管片抗彎性能檢測

①位移觀測設置點(見圖6)及計算

水平位移測點:設于兩個帶滾輪的承力小車外側。

垂直位移測點:設于管片中點和兩個荷載作用點，各測點均設百分表，用專用支架固定。

中心點位移=D1－(D4+D5)/2

載荷點位移=(D2+D3)/2－(D4+D5)/2

水平點位移=(D6+D7)/2(限制一臺活動小車造成試驗過程中千斤頂對管片軸心加壓的偏位，造成上部檢驗裝置脫落，無法進行試驗;限制兩臺活動小車1)造成檢測管片無法裝平移至檢測臺中心位置2)對加壓荷載的作用下管片無法在受力情況下自由釋放應力，達不到試驗的效果。

圖5 管片檢漏試驗現場圖

圖6 抗彎性能檢驗位移測點示意圖

②管片抗彎性能分別在56、112、168、224、252、266、280kN的荷載下進行測試，每級恒載時間不少于5min，記錄每級荷載值作用下的各測點位移，并施加下一級荷載。當管片出現裂縫后，應持續荷載10min，觀察管片裂縫的開展，并應取本級荷載值為開裂荷載實測值。當加載至設計荷載時，持續荷載30min，觀察管片裂縫開展，記錄最大裂縫寬度，隨后卸載，終止檢驗。試驗測得，當加載至260kN時，管片中部開始出現裂縫;當試驗加載至280kN并恒荷30min后，測得管片中部裂縫最大寬度為0.10mm，管片構件的靜力響應良好，受力狀態基本符合設計預期。

③管片抗彎性能檢測裝置見(圖7)應穩定牢固，在試驗過程中，為防止管片破壞時塌落，在試驗管片下面設置防護支承。

4.6 管片抗拔性能檢測

抗拔試驗的操作方法:

①將螺桿選入吊裝孔螺栓管內，并檢測螺桿的旋入深度及垂直度。

②將橡膠墊及承壓鋼板套進螺桿，然后安裝穿心式張拉千斤頂，旋緊螺母，使管片、螺栓、螺桿、千斤頂、螺母連接成一個整體。

③安裝荷載測試系統

④檢查抗拔性能檢驗裝置(見圖9)是否安裝到位，采用分級加荷的形式進行，50、100、150、200、225、237.5、250kN的荷載下進行測試，每級持荷時間不少于5min，記錄每級荷載作用下螺栓的位移量。試驗測得，螺栓的位移量隨著試驗荷載的增加而變大，當試驗荷載增加至250kN時，最后三次位移(最后三次指:當抗拔性能檢驗加載到設計荷載時再持續荷載30min，每5min測量一次位移的最后三次記錄值)的相鄰兩個位移差均小于0.01mm。

在試驗過程中，為防止破壞后千斤頂塌落，在底部及周圍設置防護支承見(圖10)。

圖7 管片抗彎試驗裝置示意圖

圖8 管片抗彎試驗現場圖

6 結束語

本次型式檢驗的受檢管片外觀質量、尺寸偏差、水平拼裝、檢漏試驗、抗彎性能、抗拔性能均符合《預制混凝土襯砌管片》(GB/T22082－2008)與《盾構隧道管片質量檢測技術標準》(CJJ/T164－2011)及設計要求，判斷該批盾構管片產品合格，可以投入工程使用。在盾構施工技術中作為支護結構的管片，其強度、精度、質量、抗滲性能和外觀質量必須達到相關要求，它對盾構隧道的長期穩定、安全運營起著關鍵的作用。保障管片質量在于嚴格控制管片的生產每一個流程，并通過相應的技術手段檢測管片的質量，對于不滿足要求的管片一律不能應用于工程中。

圖9 管片抗拔試驗裝置圖

圖10 管片抗拔試驗現場圖

［1］GB/T22082－2008，預制混凝土襯砌管片［S］.

［2］CJJ/T164－2011，盾構隧道管片質量檢測技術標準［S］.

App lication of shield segment type test

YOULianzhang1HUANGMin2
(1.Xiamen Rail Transit Group Co.，Ltd，Xiamen 361004;2.Xiamen Rail Transit Railway Construction Segment Tactory，Xiamen 361004)

Metro Shield segment as a shield tunnel supporting structure，its quality directly affects the safety of the tunnel.In this paper，Xiamen Metro Line 1 Shield works as a background，the precast concrete lining segmentswere used in the project type test，combined with theoretical calculations and experimental data on the performance indicators subway tunnel segmentsmade scientific and objective evaluation，to provide reliable technical information for the safe operation of rail transport.

Shield segment;Type testing;Testing technology

TU74

A

1004－6135(2015)11－0069－04

游連章(1975.9－ )，男，高級工程師。

2015－10－23

游連章(1975.9－ )，男，高級工程師，主要從事地鐵工程管理方面的工作。

黃 敏(1986.3－ )，男，工程師，主要從事預制構件的施工方面的工作。