超大直徑泥水平衡盾構(gòu)管片施工質(zhì)量控制

徐菁

（南京市公共工程建設(shè)中心，南京 210019）

1 引言

由于盾構(gòu)施工在工期、質(zhì)量、安全等方面的優(yōu)勢，在地下工程建設(shè)中越來越多地采用盾構(gòu)法進行施工。 在盾構(gòu)隧道中，管片承擔(dān)著抵抗周圍土層壓力、 深水壓力以及其他動荷載的作用，盾構(gòu)管片施工質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到隧道整體的質(zhì)量、安全及使用壽命。 本文結(jié)合南京在建的建寧西路長江隧道，對盾構(gòu)管片在生產(chǎn)及拼裝過程中質(zhì)量控制的關(guān)鍵點做出總結(jié)，為后續(xù)相似工程的盾構(gòu)管片施工質(zhì)量控制提供參考。

2 工程概況

南京建寧西路長江隧道位于南京長江大橋與揚子江隧道之間，路線全長約6.8 km，其中越江盾構(gòu)段長約2 362 m，采用開挖直徑15.07 m 的超大直徑泥水平衡盾構(gòu)機進行施工，盾構(gòu)隧道采用平板型鋼筋混凝土管片襯砌，混凝土強度等級C60，抗?jié)B等級P12，管片襯砌內(nèi)徑13.3 m，外徑14.5 m，管片結(jié)構(gòu)如圖1 所示，管片厚度600 mm，襯砌環(huán)采用通用楔形環(huán)錯縫拼裝。

圖1 隧道結(jié)構(gòu)示意圖

3 管片生產(chǎn)質(zhì)量控制要點

項目隧道盾構(gòu)鋼筋混凝土管片采用自動化流水線法施工，通過管片模具在流水線上運行來實現(xiàn)脫模、合模、混凝土輸送灌注、振搗、出模、養(yǎng)護等生產(chǎn)全過程。

3.1 管片鋼筋加工及安裝

1）同一鋼筋骨架不得使用多于2 根帶有接頭的縱向受力鋼筋，且不得相鄰布置。

2）采用焊接連接時，應(yīng)根據(jù)鋼筋級別、直徑及焊機性能進行試焊，在確定焊接參數(shù)后方可批量生產(chǎn)，骨架焊點應(yīng)符合設(shè)計要求。

3）鋼筋保護層工前檢查合格率需達到100%。

3.2 管片混凝土質(zhì)量控制

1）管片混凝土強度等級C60，抗?jié)B等級應(yīng)≥P12。

2）襯砌表面應(yīng)密實、光潔、平整，邊棱角完整無缺損。

3）管片混凝土配合比在首次使用時，需進行開盤鑒定，混凝土的工作性能必須滿足設(shè)計配合比要求方可投入生產(chǎn)，混凝土的氯離子總含量不應(yīng)超過膠凝材料總量的0.06%， 混凝土含堿量不得超過2.5 kg/m3。

4）混凝土灌注入模時，混凝土坍落度控制在（50±20）mm，并應(yīng)注意控制澆搗的連續(xù)性和速度， 防止坍落度損失而影響澆搗質(zhì)量。

3.3 管片養(yǎng)護

按照工藝流程，管片養(yǎng)護主要由蒸汽養(yǎng)護、水養(yǎng)護（冬季施工結(jié)冰時采用養(yǎng)護劑進行養(yǎng)護）、自然養(yǎng)護組成。

1）混凝土澆筑成型后至脫模前，應(yīng)做好覆蓋保濕工作，以防止產(chǎn)生裂縫。 蒸汽養(yǎng)護要嚴格控制蒸養(yǎng)時間、升溫及降溫速率、恒溫時間和濕度等。 管片蒸養(yǎng)要滿足規(guī)定強度后拆模、起吊，起吊出來的管片在翻轉(zhuǎn)臺上翻轉(zhuǎn)成側(cè)立狀態(tài)，測量及標(biāo)識后進行脫模后的水中養(yǎng)護。

2）管片出模后應(yīng)全部放入水中養(yǎng)護，入水時應(yīng)加強控制管片表面溫度與水的溫差，只有當(dāng)溫差小于20℃方可入水，養(yǎng)護時應(yīng)經(jīng)常檢查水溫， 防止水溫過高和過低影響混凝土強度增長。

3）管片在貯存階段的養(yǎng)護時間不得少于14 d。 非冬季施工期間預(yù)制的管片應(yīng)放置在水中養(yǎng)護7 d 以上[1]。

3.4 管片模具精度控制

1）模具應(yīng)由專業(yè)廠商進行專項三維設(shè)計，應(yīng)具有足夠的承載能力、剛度、穩(wěn)定性和良好的密封性能，并應(yīng)滿足管片的尺寸和形狀要求[2]。

2）模具在進場前應(yīng)進行三維檢測（見圖2），確保模具投產(chǎn)前尺寸精確。 投入使用后每套模板每周轉(zhuǎn)100 次或?qū)δ０寰扔袘岩蓵r要進行偏差檢驗，寬度允許偏差±0.4 mm，弧弦長允許偏差±0.4 mm，內(nèi)腔高度允許偏差-1～+3 mm。

圖2 管片模具偏差三維激光檢測

3）工廠加工好的模具在安裝后必須開展檢查驗收，驗收合格后進行試生產(chǎn)。 試生產(chǎn)的管片中，隨機抽取3 環(huán)進行試拼裝檢驗，其結(jié)果必須合格。

3.5 管片預(yù)制質(zhì)量控制指標(biāo)

1）管片首次生產(chǎn)應(yīng)進行水平拼裝檢驗，驗收合格后方可批量生產(chǎn)；正常生產(chǎn)期間，每生產(chǎn)200 環(huán)后應(yīng)進行水平拼裝檢驗1 次。 檢驗中必須采用激光三維測量技術(shù)，形成3 環(huán)拼裝展開圖，環(huán)間錯臺需滿足≤2 mm，其他指標(biāo)應(yīng)符合表1 要求。

表1 管片質(zhì)量控制指標(biāo)

2）要加強管片外觀質(zhì)量控制，管片外觀不得有嚴重缺陷，外觀質(zhì)量存在一般缺陷的數(shù)量不得大于同批次管片預(yù)制總數(shù)的5%。 存在一般外觀質(zhì)量缺陷的管片，預(yù)制場必須按要求處理完善后重新驗收。

3）檢漏檢驗：每50 環(huán)抽查1 塊，連續(xù)3 次抽測均合格后，改為每100 環(huán)抽查1 塊，再連續(xù)3 次抽檢均合格，最終檢測頻率為每200 環(huán)抽查1 塊。 如1 次不達標(biāo)，則恢復(fù)每50 環(huán)抽查1 塊。

管片預(yù)制具體質(zhì)量控制指標(biāo)詳見表1。

4 管片拼裝質(zhì)量控制要點

盾構(gòu)管片在生產(chǎn)完成后，還需粘貼止水材料，之后運輸至掘進現(xiàn)場，由專業(yè)設(shè)備吊裝運輸至盾構(gòu)掘進處，檢查合格后進行拼裝，待襯砌管片脫出盾尾后，要及時進行壁后注漿，保證成型隧道質(zhì)量。

4.1 管片運輸及吊裝

調(diào)度室接到盾構(gòu)機長管片需求信息后， 聯(lián)系地面調(diào)度確定管片點位， 管片運輸過程中要安排專人對運輸?shù)母鱾€環(huán)節(jié)進行檢查，管片吊裝及運輸、管片拼裝前需重點檢查表2 的內(nèi)容，合格后方可進行拼裝。

表2 管片運輸及吊裝過程檢查內(nèi)容

4.2 管片安裝控制要點

1）加強對管片定位的控制，特別是首塊管片的定位易影響到整環(huán)管片的拼裝質(zhì)量以及與盾構(gòu)機的相對位置， 首塊管片要盡量做到居中拼裝。

2）管片拼裝要重點加強對襯砌環(huán)面的平整度、超前量以及盾構(gòu)環(huán)面的橢圓度控制。

3）管片拼裝過程中要徹底清除盾殼安裝部位的垃圾，管片拼裝要嚴格控制好首塊管片的定位， 保證首塊與上環(huán)管片在同一平面， 并控制管片與盾殼之間的間隙在誤差允許范圍之內(nèi)。

4）管片拼裝時應(yīng)首先就位底部管片，然后采用自下而上、左右交叉的方式進行安裝， 相鄰管片之間要控制好環(huán)面的平整度以及封口尺寸，封頂塊最后插入。 插入封頂塊時，如遇阻礙應(yīng)緩慢將管片抽出后再進行相應(yīng)調(diào)整， 不得強行插入管片以及大幅度地上下調(diào)整，以免造成止水條的損壞或松動[3]。

5）管片在做防水處理前必須將管片表面清理干凈，再粘貼密封橡膠條。 彈性密封墊采用三元乙丙橡膠條，形式為角部棱角分明的框形橡膠圈，在封頂塊拼裝前，應(yīng)在兩側(cè)的密封橡膠條涂上表面潤滑劑， 以減少封頂塊插人時彈性密封墊間的摩阻力。

6）管片拼裝時應(yīng)按要求嚴格控制推進千斤頂?shù)男羞M速度，千斤頂活塞伸出要同步均勻，嚴禁頂力大小不一或同一管片千斤頂分布不均勻，以防止管片出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性受力裂縫。

7）每塊管片拼裝完畢后，應(yīng)及時對其環(huán)向和縱向的連接螺栓進行初步緊固， 螺栓緊固采用專門的扭力扳手等緊固工具。 待管片脫離盾尾時及時對拼裝成環(huán)的管片進行復(fù)緊[4]。

8）嚴格控制好管片塊與塊之間和環(huán)與環(huán)之間的螺栓緊固程度，采用環(huán)縫寬度和螺栓緊固力兩個指標(biāo)控制：（1）緊固螺栓，使管片環(huán)縫縮小為1～2 mm；（2）以扭矩扳手控制環(huán)間連接螺栓緊固力，使之與區(qū)間隧道大致相等。

9）拼裝封頂塊前要對該位置的預(yù)留尺寸進行量測，確保封頂塊可以準(zhǔn)確就位。

10）管片拼裝過程中要重點加強對管片迎千斤頂面、管片內(nèi)弧面及環(huán)面錯臺量的控制， 保證管片左右兩端與上一環(huán)管片錯臺盡量為零。 在拼裝過程中，必須用鋼板尺進行測量，確認錯臺量符合標(biāo)準(zhǔn)后，方可頂出千斤頂。 管片拼裝完成后，要實時對內(nèi)弧面及環(huán)面錯臺進行測量，如實記錄數(shù)據(jù)，以便指導(dǎo)下一步施工。

具體管片拼裝質(zhì)量控制指標(biāo)見表3。

表3 管片拼裝質(zhì)量控制指標(biāo)

4.3 壁后注漿控制

1）漿液應(yīng)具有較好的可注性；具有固結(jié)收縮小，良好的黏結(jié)性、抗?jié)B性、耐久性和物化穩(wěn)定性；無毒并對周圍的環(huán)境污染小；注漿工藝應(yīng)做到施工操作方便，安全可靠。

2）漿液應(yīng)按配比拌制。 漿液的稠度、流動性、均勻性、含粒狀雜物的最大粒徑、凝結(jié)時間、強度、干縮率等均應(yīng)符合相應(yīng)的技術(shù)規(guī)范。

3）拌制后的漿液要易壓送，在運輸?shù)耐局胁浑x析、不沉淀。

4）應(yīng)對注漿所用漿液及生產(chǎn)過程進行全過程質(zhì)量控制，并進行定期檢驗，同時接受監(jiān)理單位和建設(shè)單位的檢測。

5）每環(huán)注漿量應(yīng)保證地表沉降控制在規(guī)定范圍以內(nèi)；注漿壓力的施加要以地表變形的控制為原則， 壓力應(yīng)均勻施加以免造成管片損壞。

6）注漿材料應(yīng)具有較好的抗水分散性和可注性，3 d、28 d水陸強度比應(yīng)＞85%，pH 應(yīng)＜9，凝結(jié)時間根據(jù)地層條件確定，并于掘進速度、 注漿作業(yè)相匹配， 固體強度1 d≥0.2 MPa，28 d≥1.0 MPa。 注漿作業(yè)時對注漿量 （一般情況充填系數(shù)1.3～1.8； 裂隙比較發(fā)育或地下水量大的巖層地段充填系數(shù)可適當(dāng)提高）和注漿壓力同時管理，當(dāng)注漿壓力達到設(shè)計值，注漿量達到設(shè)計注漿量的80%以上時應(yīng)結(jié)束注漿。

成型隧道質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)見表4。

表4 成型隧道控制標(biāo)準(zhǔn)

5 結(jié)語

本文以南京建寧西路長江隧道盾構(gòu)施工為例， 通過對盾構(gòu)管片在預(yù)制生產(chǎn)以及盾構(gòu)掘進安裝過程中的管片的質(zhì)量控制要點進行總結(jié)分析， 分別提煉出了管片生產(chǎn)及管片安裝施工中質(zhì)量控制的關(guān)鍵點。

1）管片在生產(chǎn)過程中，要重點加強對管片混凝土質(zhì)量的控制及管片模具的精度控制，利用三維激光檢測及3 環(huán)試拼裝等措施加強過程中的偏差檢驗。

2）管片安裝施工中，要重點加強對襯砌環(huán)面的平整度、橢圓度的控制，加強過程中環(huán)內(nèi)、環(huán)間錯臺以及壁后注漿的質(zhì)量控制。