管片质量控制措施

浅论管片质量控制措施
朱俊
摘要：管片是盾构法隧道施工中使用的重要受力控件，是隧道的最外层屏障，肩负着隧道成型、止水、挡土的功能。

管片质量的好坏直接影响到盾构的推进、隧道成型的质量以及隧道使用的耐久性。

关键词：管片、实力控件、隧道成型、推进、耐久性
一、概述：
目前国内绝大部分区间隧道都采用预制装配式钢筋砼管片，管片内、外直径分别为Φ5.5m和Φ6.2m，管片厚度350mm，宽度1200mm。

管片主要采用通缝及错缝两种拼装模式。

管片的设计强度为C50，抗渗标号为S10，管片接缝防水采用遇水膨胀橡胶和三元乙丙橡胶制成的弹性密封垫。

由于管片质量的好坏直接影响到整个隧道的质量，所以我们必须控制好每一个涉及到管片的施工步骤。

二、管片质量控制
1、管片进场验收
管片进场验收是管片质量控制的第一步，主要包括管片尺寸检查和管片外观检查两部分。

目前预制管片制作均采用模具成型，故而管片尺寸基本不会出现问题。

重点检查就是管片外观了，主要是四项内容的检查：裂缝、气泡，破损缺角，止水槽以及注浆孔。

管片裂缝及气泡处理方法：深度大于2mm，直径大于3mm的气泡、水泡孔和宽度不大于0.2mm的表面干缩裂缝用胶黏液与水按1:1~1:4的比例稀释，再掺进适量的水泥和细砂填补，研磨表面，达到光洁平整
管片破损缺角处理方法：破损深度不大于20mm，宽度不大于10mm，用环氧树脂砂浆修补，再用强力胶水泥砂浆表面填补及研磨处理。

小尺寸缺角可用丁二烯与苯乙烯共聚物乳液与水泥混合搅拌组成水泥浆，与快硬水泥共同组成管片修补剂进行修补。

若管片裂缝及缺角较大，或者止水槽及注浆孔部位损坏，为保证工程质量，施工方应直接将问题管片退回管片生产厂家。

2、管片吊装及堆放
管片吊装过程中必须使用吊装带进行吊装，不得使用钢丝绳进行吊装，由于钢丝绳受力面较小，极易造成管片缺边现象的发生，且在吊装过程中，需采用柔性材料将管片外弧面四角包好，避免吊装时碰撞，造成缺角现象的出现。

堆放时管片应内弧面向上平稳地堆放整齐，管片下及管片之间应垫有柔性材料，垫条应对称放置，使管片间无碰撞，堆放高度不得超过四层。

堆放时应考虑好管片型号，成环放置，方便管片下井，避免二次吊装情况的发生。

3、管片防水材料及传力衬垫
（1）衬砌环纵缝防水采用角部棱角分明的框形橡胶密封垫，密封垫由三元乙丙及遇水膨胀橡胶复合压制成。

（2）为防止密封垫角部防水和角部受损，需在密封垫外角部覆贴自粘性橡胶薄板。

（3）密封垫表层遇水膨胀橡胶遇水和潮气会膨胀，故逢阴雨天应及时覆盖塑料布，在密封垫表层涂刷缓膨胀剂三度。

（4）盾构机底部容易积聚泥砂和水，如不及时清除，密封垫间会夹杂泥砂，影响密封效果，所以安装拱底块前应认真清除泥砂。

（5）封顶块、邻接块纵缝弹性密封垫内设置尼龙绳或帆布衬里，以限制插入时橡胶条的延伸。

（6）弹性密封垫与混凝土管片间用单组分氯丁-酚醛胶粘剂粘结。

（7）封顶块两侧的弹性密封垫在拼装前涂表面润滑剂，以减少封顶块插入时弹性密封垫间的摩阻力。

润滑剂采用水性涂抹剂，粘度300cps。

（8）各种材料的粘贴必须做到整齐到位。

4、管片下井前自检
管片下井前自检，主要检查内容包括：缺角掉边、修补质量、注浆孔、管片清洁、止水条及传力垫等方面。

若发现问题需及时解决，对缺角掉边现象进行修补，修补质量不合格的应重新修补；管片内弧面要确保清洁，预埋件表层混凝土应凿除干净；止水条及传力垫粘贴不合格或遗漏的应重新粘贴。

5、管片拼装
管片拼装是控制管片质量最重要的一个环节，同时也是最难控制的一个环节，在拼装过程中极易出现管片碎裂的情况。

主要包括以下几种情况可能造成管片碎裂：
（1）拼装时，由于管片环面之间及相邻两块管片间接触面达不到理想的平行状态，使得衬砌角部先受力而产生应力集中（俗称喇叭口），导致管片角部破碎。

（2）封顶块安装时，由于先行安装的5块管片圆度不够，两邻接块间的间隙太小，把封顶块强行顶入，导致封顶块及邻接块接缝处管片破碎。

有时未按设计要求在其两侧涂刷润滑剂，亦会导致管片破碎，破碎部位发生在邻接块上部及封顶块两侧。

（3）一环环面不平整，块与块间有错位，导致下一环管片拼装时易产生破碎。

安装时为抢进度，管片就位速度过快而产生碰磕，以及存在管片错缝时，易引起管片边角的破碎。

（4）管片“横鸭蛋”
隧道衬砌共有六块管片组成，拼装成环后，其外径为6200mm，内
径为5500mm.实际拼装成环后，衬砌的横向、竖向直径均有不同程度的偏差，设计允许偏差值为10mm.一般衬砌拼装成环后，横向直径增大、竖向直径减小，俗称横鸭蛋。

相应地，衬砌与盾构机壳之间的空隙，横向缩小、竖向增大。

衬砌横鸭蛋主要造成两个方面的影响：
a、导致衬砌与盾构机内壳之间的净距减少，特别是盾构姿态与管片姿态不一致时，易造成推进时盾构机壳擦伤管片，破碎部位一般发生在管片外弧面，以标准块与邻接块接缝处最为普遍。

b、当管片拼装成环后其直径为设计直径时，管片纵缝各槽口应完全吻合。

衬砌横鸭蛋，造成衬砌纵缝略有张开，部分槽口已吻合，而其他槽口仍存在空隙，由于受力不均匀、应力集中，容易导致管片破碎。

这种情况下，破碎一般集中在管片内弧面的角部而且破碎时间发生在管片脱出盾尾后。

针对于管片拼装过程中出现的质量问题，我们应采取相应的措施进行防治。

（1）按要求贴好角部止水橡胶条、传力衬垫、纠偏石棉橡胶板。

（2）装前，先检查前一环各管片之间的相互高差，包括环向和纵向。

根据实际间隙数据，调整已粘贴好的纠偏锲子，以保证拼装后环面的平整度。

（3）拼装前清理前一环管片上的泥块及浆液，保证环面清洁、无夹泥。

（4）喇叭口有2种；分内喇叭和外喇叭，内喇叭可粘贴管片的两
侧，外喇叭可粘贴管片的中间（一次不能大于2毫米）。

（5）封顶块安装前，实测并确保顶部两邻接块间间距，并通过拼装机调整好邻接块间的间距，控制在比设计值大5mm左右，以便顺利安装封顶块。

三、管片修补
1、修补材料的确定
隧道内管片表面缺陷处理材料的选取应根据材料试验强度指标、现场施工的可操作性、修补效果等确定。

（1）材料选取
①粘结剂：选用苯乙烯-丁二烯共聚物（麦斯特Barra Emulsion 57乳液）
②管片修补剂：将粘结剂与水泥按体积比1：2配置，搅拌均匀，制成乳状稠度粘结浆体
③修补砂浆：管片修补剂、（快硬）水泥与砂按1：2~3：1.5配置，使用Barra Emulsion 57的稀释液作为拌合水，以提高砂浆与混凝土基面的粘结性能。

（2）修补材料的适用范围
①深度在0.1cm~1cm的缺陷，采用管片修补剂与（快硬）水泥的混合浆体；
②深度在1cm~5cm的缺陷，用修补砂浆进行修补。

2、修补程序和方法
（1）程序
一般缺陷修补程序：缺陷确认→基面打磨清洁→修补及养护→必要检测→验收。

（2）处理方法
①深度在0.1cm~1cm的缺陷
第一步将混凝土基层上的松散颗粒、油脂或其他污物清理干净，再用水浸透基层。

第二步将管片修补剂与（快硬）水泥混合成浆体（以满足修补操作要求的稠度），用抹刀涂与准备好的潮湿（面干）混凝土表面，表面的空隙要涂满，一次修补厚度不超过5mm，等浆体干后马上再抹一层，直至抹平，将多余的浆体清理干净。

第三步修补好以后应进行适当养护，保持潮湿状态，不少于3天，最后用砂皮打磨光滑。

②深度在1cm以上的缺陷
第一步将混凝土基层上的松散颗粒、油脂或其他污物清理干净，再用水浸透基层。

第二步材料选用修补砂浆，方法同上。

第三步修补好以后应进行适当养护，保持潮湿状态，不少于3天，最后用砂皮打磨光滑。

③特大缺棱掉角的修补
第一步将需修补的部位清理干净，必要时用凿子将需要修补的部位凿毛，再用水浸透基层。

第二步用管片修补剂在潮湿（面干）的混凝土表面涂刷一层（约1mm），然后采用细石混凝土修补（配比参照管片混凝土配比，以适量修补剂替代部分用水，稠度满足修补操作要求），一般修补的次数在两至三次具体视实际情况而定，修补好以后对修补部位进行养护，保持潮湿状态，养护次数不少于一周。

第三步，用砂皮打磨光滑。

3、质量保证措施
（1）为防止修补后尚未凝固的修补材料受推进推力挤压而再次破碎，顶部管片修补应在管片进入盾构机最后两节台车进行，下部管片应在管片出台车后进行修补。

（2）进行修补前必须将修补处混凝土表面的灰尘、泥浆、油污清洗干净，并进行充分湿润，且保证修补处无积水现象，以保证新老混凝土的粘结强度。

（3）修补完成后2小时内应防止施工人员践踏修补处或施工设备、
材料等撞击修补处。

（4）须安排熟练修补工进行修补，并达到修补质量要求。

（5）管片修补后24小时内应防止雨水直接冲淋与曝晒。

四、总结
在隧道施工过程中，通过采取各种措施，保证整个过程中的管片质量，对于提高隧道的整体质量，保证隧道的安全运行，具有非常大的意义。

参考文献：
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[3]韩亚丽,陈馈.南京地铁管片拼装技术.隧道建设,2003(2)
[4]张凤祥,傅德明,杨国祥.盾构隧道施工手册.北京:人民交通出版社,2005。