盾構(gòu)管片塑料吊裝孔破損的原因分析及處理措施

龔建秋

北京市市政四建設(shè)工程有限責(zé)任公司 北京 100000

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國的城市地鐵建設(shè)進(jìn)入了高速發(fā)展的時(shí)期。盾構(gòu)法以其安全快速可靠等優(yōu)點(diǎn)在我國的城市地鐵建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用，盾構(gòu)法隧道施工預(yù)制鋼筋混凝土管片的吊裝孔預(yù)埋件已從鋼制預(yù)埋件發(fā)展為塑料吊裝孔預(yù)埋件，它是以高強(qiáng)度工程塑料為主材，經(jīng)改性處理并輔以優(yōu)質(zhì)抗老化劑和其它助劑，用精密模具注射成型，預(yù)埋于盾構(gòu)隧道混凝土管片中形成吊裝孔。塑料吊裝孔預(yù)埋件不但降低了工程造價(jià)，且提高了工程質(zhì)量，延長了隧道結(jié)構(gòu)的壽命。

1 工程背景

青島膠東國際機(jī)場軌道交通結(jié)建工程土建施工二標(biāo)包括地鐵8號(hào)線區(qū)間和市域快線兩部分，采用盾構(gòu)法施工。

盾構(gòu)管片外徑Φ6000mm，管片厚度300mm，管片寬度1500mm，管片強(qiáng)度等級(jí)C50，抗?jié)B等級(jí)P10。盾構(gòu)隧道每環(huán)由6塊管片錯(cuò)縫拼裝而成，每襯砌管片中部設(shè)置吊裝孔。盾構(gòu)管片襯砌環(huán)如圖1所示，管片信息見表1。

圖1 盾構(gòu)管片襯砌環(huán)BIM模擬圖

表1 預(yù)制混凝土管片信息表

管片吊裝孔預(yù)埋件采用單月牙圓弧螺紋塑料注漿管（見圖2），在盾構(gòu)施工過程中，把盾構(gòu)機(jī)安裝抓舉頭旋進(jìn)該預(yù)埋件的內(nèi)螺紋連接孔，即可實(shí)現(xiàn)管片的起吊和安裝。在管片安裝完畢形成隧道后，當(dāng)需要進(jìn)行第二次注漿時(shí)，可通過該孔從隧道內(nèi)向隧道外圍土層注漿。

圖2 塑料預(yù)埋件BIM模擬圖

2 塑料吊裝孔預(yù)埋件出現(xiàn)的問題狀況

管片塑料吊裝孔預(yù)埋件在使用過程中，出現(xiàn)了吊裝孔處混凝土破損現(xiàn)象及少量塑料吊裝孔預(yù)埋件被拔出的情況，其問題狀況見表2。

表2 盾構(gòu)管片塑料吊裝孔問題狀況表

圖3 吊裝孔部位混凝土破損

圖4 “掃牙”現(xiàn)象

對管片塑料吊裝孔預(yù)埋件拔出事故進(jìn)行調(diào)查，其產(chǎn)生的原因主要有：抓舉頭沒旋到位、旋進(jìn)時(shí)偏位、出現(xiàn)部分螺牙“掃牙”現(xiàn)象等。這些情況的出現(xiàn)，大多是由于使用操作不當(dāng)所致。

3 施工中塑料吊裝孔預(yù)埋件脫出事故的原因分析及處理措施

3.1 預(yù)埋件在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的缺陷。

圖5 預(yù)埋件被拔出少許

圖6 預(yù)埋件全部拔出

（1）預(yù)埋件本身材質(zhì)不符合要求，施工過程中出現(xiàn)變形現(xiàn)象；（2）管片吊裝孔預(yù)埋件采用螺旋固定在管片模具上（見圖7），施工過程控制不嚴(yán)，管片吊裝孔預(yù)埋件固定時(shí)未旋轉(zhuǎn)到底，安裝不穩(wěn)固，振搗混凝土?xí)r預(yù)埋件移位或浮出，導(dǎo)致在起吊中出現(xiàn)應(yīng)力集中，造成管片吊裝孔處混凝土出現(xiàn)裂紋或破損；（3）管片吊裝孔處螺旋加固筋固定不牢，鋼筋安裝質(zhì)量檢查不到位（管片螺旋加固筋見圖8）；（4）預(yù)埋件位置的混凝土振搗不密實(shí)，使預(yù)埋件在盾構(gòu)施工中被拔出。

圖7 管片模具預(yù)埋件固定位置

圖8 螺旋加固筋BIM圖

主要處理措施：

（1）加強(qiáng)塑料預(yù)埋件進(jìn)場的質(zhì)量控制，保證其施工時(shí)不變形；（2）混凝土施工前加強(qiáng)預(yù)埋件埋設(shè)質(zhì)量的檢查 ，確保其準(zhǔn)確到位；（3）加強(qiáng)預(yù)埋件周圍混凝土的施工質(zhì)量，確?；炷僚c預(yù)埋件充分握裹，以保證其抗拔強(qiáng)度；（4）加強(qiáng)管片成品中預(yù)埋件的保護(hù)和出廠檢查，保證出廠的管片預(yù)埋件完好無損。

3.2 混凝土管片蒸養(yǎng)溫差控制不當(dāng)，吊裝孔處混凝土存在裂縫

現(xiàn)混凝土管片蒸汽養(yǎng)護(hù)大部分采用自動(dòng)蒸養(yǎng)系統(tǒng)，因工藝曲線設(shè)置不合理，蒸養(yǎng)溫差控制不當(dāng)，導(dǎo)致吊裝孔處混凝土存在裂縫。

處理措施：

蒸養(yǎng)控制工藝曲線可設(shè)置成從進(jìn)模端開始，升溫區(qū)時(shí)間180min，溫度由室溫緩慢升高，升溫速度為 14℃/h，最高溫度59℃；進(jìn)入恒溫區(qū)，恒溫區(qū)時(shí)間120min，溫度59℃；降溫區(qū)時(shí)間180min，降溫速度為10℃/h，最高溫度從59℃降至30℃。還需增加恒溫失控報(bào)警系統(tǒng)，當(dāng)跟蹤曲線偏離工藝曲線一定范圍時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警。

圖9 蒸汽養(yǎng)護(hù)控制臺(tái)

圖10 溫度控制報(bào)警系統(tǒng)

3.3 抓舉頭與設(shè)計(jì)圖紙不一致或者抓舉頭磨損過大。

如果抓舉頭的螺紋形狀、螺距、長度等與塑料吊裝孔預(yù)埋件不一致或者抓舉頭磨損過大，在盾構(gòu)機(jī)的管片拼裝機(jī)吊運(yùn)和拼裝管片過程中就會(huì)出現(xiàn)塑料吊裝孔預(yù)埋件與抓舉頭不緊密的現(xiàn)象，在動(dòng)荷載的作用下會(huì)將握裹塑料吊裝孔預(yù)埋件的混凝土損壞，從而導(dǎo)致塑料吊裝孔預(yù)埋件被拔出 ，即所謂的“掃牙”現(xiàn)象。

處理措施：

（1）保證抓舉頭的加工質(zhì)量 ，加工的抓舉頭螺牙必須與預(yù)埋件螺牙相匹配（見圖11）；（2）抓舉頭在使用過程中應(yīng)加強(qiáng)檢查，對磨損比較大或已經(jīng)變形的抓舉頭要及時(shí)進(jìn)行更換。同時(shí)，抓舉頭使用達(dá)到600環(huán)管片時(shí)就需進(jìn)行更換。

圖11 抓舉頭螺牙與塑料預(yù)埋件螺牙相匹配

3.4 抓舉頭在擰進(jìn)塑料吊裝孔預(yù)埋件過程中沒有順著螺牙擰進(jìn)

強(qiáng)行用力造成了對握裹塑料吊裝孔預(yù)埋件混凝土的破壞 ，產(chǎn)生滑絲現(xiàn)象，在動(dòng)荷載的作用下，將握裹塑料吊裝孔預(yù)埋件混凝土損壞，從而導(dǎo)致管片在未上拼裝機(jī)前將管片吊裝孔損壞，無法使用或?qū)⑺芰系跹b孔預(yù)埋件拔出。

處理措施：

抓舉頭旋入時(shí)要將抓舉頭位置放正，順著預(yù)埋件螺牙旋入，特別是在安裝抓舉頭時(shí)，要清理掉預(yù)埋件里面的大部分積水，才可以保證在抓舉頭旋入施工時(shí)清楚看見旋入是否正確。同時(shí)，必須保證抓舉頭的排水孔暢通。如遇有預(yù)埋件內(nèi)螺牙有垃圾的情況，要及時(shí)清理干凈才能進(jìn)行施工。

為防止施工時(shí)有淤泥等雜物掉落吊裝孔內(nèi)，可在施工前加蓋密封蓋，在安裝抓舉頭時(shí)取下，待管片拼裝完畢后再次加蓋密封蓋（見圖12）。

圖12 加蓋吊裝孔密封蓋

3.5 抓舉頭在擰入塑料吊裝孔預(yù)埋件時(shí)未將抓舉頭螺牙全部擰入

由于塑料吊裝孔預(yù)埋件有一定的錐度，造成抓舉頭與預(yù)埋件內(nèi)螺牙間有間隙，導(dǎo)致在盾構(gòu)機(jī)的管片拼裝機(jī)吊運(yùn)和拼裝管片過程中出現(xiàn)塑料吊裝孔預(yù)埋件內(nèi)螺牙與抓舉頭不緊密的現(xiàn)象，在動(dòng)荷載的作用下將握裹塑料吊裝孔預(yù)埋件外螺牙內(nèi)的混凝土損壞，使塑料吊裝孔預(yù)埋件與周圍的混凝土分離，從而導(dǎo)致塑料吊裝孔預(yù)埋件被拔出。

處理措施：

加強(qiáng)盾構(gòu)現(xiàn)場施工質(zhì)量控制，嚴(yán)格要求施工人員將抓舉頭完全旋入吊裝孔，保證抓舉頭與預(yù)埋件的緊密結(jié)合。

3.6 盾構(gòu)施工過程中，管片安裝精準(zhǔn)位置，需用拼裝機(jī)上小鎬調(diào)整管片角度（拼裝機(jī)見圖13）。塑料吊裝孔預(yù)埋件與混凝土結(jié)合體在拼裝機(jī)的作用下，加上管片安裝時(shí)的動(dòng)載、角度等因素，塑料吊裝孔預(yù)埋件于混凝土結(jié)合體實(shí)際所受的抗拔力會(huì)較高（管片拼裝狀態(tài)見圖14），如果拼裝手經(jīng)驗(yàn)不足，施工時(shí)管片多次旋轉(zhuǎn)過位，或?yàn)榉乐瑰e(cuò)臺(tái)發(fā)生多次調(diào)整管片角度，勢必會(huì)將管片塑料吊裝孔預(yù)埋件拔出，并同時(shí)損壞管片吊裝孔位置周圍的混凝土，甚至?xí)够炷脸霈F(xiàn)露筋現(xiàn)象[1]。

處理措施：在拼裝機(jī)滿足抓舉頭起吊安裝的前提下，盡可能地降低小鎬抓舉油缸的油壓，也可增加小鎬襯墊面積，使管片受力得到緩沖。同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)拼裝手的技術(shù)培訓(xùn)，建議請經(jīng)驗(yàn)豐富的拼裝手帶班教學(xué)。

圖13 拼裝機(jī)BIM圖

圖14 管片拼裝狀態(tài)BIM圖

4 結(jié)語

管片塑料吊裝孔不但是影響管片拼裝質(zhì)量的條件，更是管片拼裝過程安全的保證。在盾構(gòu)隧道施工過程中，管片塑料吊裝孔預(yù)埋件被拔出的情況大多數(shù)是由于在盾構(gòu)施工過程中操作不當(dāng)所造成的，只有加強(qiáng)管片生產(chǎn)施工管理和盾構(gòu)施工管理，才能最大限度地降低盾構(gòu)施工過程中由于管片塑料吊裝孔預(yù)埋件被拔出而出現(xiàn)的質(zhì)量和安全事故。