地铁隧道质量通病原因分析及控制措施

陈振飞

摘要：本文对地铁隧道管片渗漏水、管片破损和开裂、管片错台质量通病原因分析，并提出了一些相应的质量问题控制措施，以期延长地铁隧道的使用寿命。

关键词：地铁隧道；质量通病；原因分析；控制措施

虽然盾构法在地铁隧道工程中的应用非常普遍，但管片拼装仍存在一些比较常见却又尚未得到很好解决的问题，如管片的开裂、破损、错台和渗漏水等。笔者结合实践工作经验，对管片拼装时各类质量缺陷产生的主要原因进行了分析，并提出了一些控制措施。

1 管片渗漏水

1.1 原因分析

管片渗漏水是盾构隧道施工中最常见的质量通病，其产生原因可以归结为以下几个方面：

(1)管片拼装不到位。当缝隙不均匀或接缝中有夹杂物，管片纵缝有内外张角、前后喇叭时，管片外弧面接缝处产生应力集中，混凝土出现楔块状碎裂，致使止水条与管片间不能密贴。

(2)成品保护不足或止水条的粘贴不牢固。管片拼装时的错动，特别是最后封顶块（K块）的插入易使止水条移位或被挤到管片外侧。

(3)注浆效果差。注浆孔是盾构隧道防水中的薄弱环节，进行同步注浆时的漏浆、注浆量不足、注浆后封堵不到位，都会引起管片漏水。

(4)盾构机姿态控制不当。盾构与管片的姿态不好，会引起成型隧道管片错位，相邻管片止水带不能正常吻合压紧，引起管片漏水；掘进过程中推力不均匀或者推力过大，也会造成管片受力不均匀而产生裂纹。

(5)地下水影响。因施工场地地下水丰富，加之注浆量不足，部分管环上浮量较大，导致环缝止水条被扯破或移位，纵缝出现内外张角。

1.2 控制与预防措施

控制隧道渗漏水可以从管片自防水、衬砌接缝防水、盾尾填充注浆等几方面考虑。

(1)提高管片质量和混凝土防水等级，如：采用高抗渗等级（S10、S12）的混凝土，根据设计合理选择管片形式，保证盾尾间隙合理；加强管片运输过程中的成品保护工作，严格检查验收进场管片。

(2)进行管片拼装作业时，严格控制千斤顶的伸缩，避免盾构机后退破坏尾刷。拼装封顶块时保证宽度足够，封顶块插入前在止水条上涂抹一定量的润滑剂防止拉脱。管片接缝是防水堵漏的关键部位，要使密封垫作用于接触面的压应力能长时间保持，就必须减小止水条的制作安装误差，保证其粘贴密合程度。

(3)通过保护尾刷和控制盾尾间隙，减少漏浆量。使砂浆充分填充管环和围岩空隙，增加隧道的防水厚度；合理控制盾构姿态，避免掘进中盾壳挤压管片；掘进时及时对后续几环进行连接螺栓的复紧；停止掘进时，对油压较低的管路补注盾尾密封油脂，以保持尾刷密封的良好性。

(4)做好壁后注浆与注浆孔封堵工作。填充围岩与管片之间的空隙，确保同步注浆量，及时根据管环上浮量的变化增减卸水孔，必要时可以在管片外弧面注双液浆，形成止水环以稳定管环。管片壁后注浆通过注浆孔进行，一般不通过管片吊装孔注浆，以避免注浆孔漏水。管片渗漏处理方法如下：

①混凝土结构裂缝渗漏和蜂窝麻面渗漏可采用压力注浆法，先灌注改性环氧树脂补强浆液，再用环氧树脂胶泥对混凝土进行外封闭处理；

②管片拼缝渗漏采用压力注浆法，先灌注超细水泥浆及环氧树脂，然后用环氧树脂胶泥对混凝土进行外封闭处理。堵漏材料主要有速硬微膨胀胶泥、改性环氧补强灌浆液、聚氨酯速效堵漏浆液、水泥基渗透结晶型防水材料、胶泥几种。

2 管片破损和开裂

2.1 原因分析

管片破损的原因主要有以下几个方面：

(1)设计原因。在进行管片的配筋（特别是管片接缝面的构造配筋）设计，以及确定管片设计参数、管片接头形式、接头螺栓的形式时，未充分考虑曲线半径与管片长度之间的适应性。

(2)制作原因。混凝土制作、振捣、养护等环节操作不规范，会影响管片混凝土的强度；不精细和不准确的模具经常导致管片外观和尺寸与设计不符。

(3)拼装原因。拼装不到位是管片破损的主要原因之一，管片在拼装过程中，拼装方法和拼装顺序十分关键。

(4)盾构推力和姿态原因。盾构机的推进千斤顶作用在管片上，依靠管片提供反力使盾构机向前掘进，盾构掘进过程中总推力过大或推力不均匀，均会导致管片开裂。

(5)注浆压力原因。施工过程中注浆压力过大、注浆量不足，浆液填充不均匀等因素，均会使管片局部受力不均而产生开裂和破损。注浆压力过大，还可能使面板破损、K管片产生大的变形，这种现象在隧道施工过程中多次发生。

2.2 控制与预防措施

工程实践证明，任何可见裂缝都是微裂缝发展的结果。混凝土出现裂缝很难避免，问题是如何使混凝土的裂缝范围降到最低。管片局部的裂缝不影响管片结构的使用，但是会对隧道的防水造成影响。为了提高管片安装质量，施工前应做好详细的计划，并在施工过程中严格执行计划；操作人员要经过培训后上岗，严格遵守盾构掘进方向及姿态的控制规程；此外，还应加强进场管片的外观质量检查及管片拼装过程质量控制。

根据施工经验总结，控制管片破损与开裂的主要措施有以下几个方面：

(1)合理选择管片类型，选型时以适应盾尾间隙为主，兼顾设计线形，确保盾尾间隙均匀。

(2)通过试验有针对性地选择混凝土配合比，使其与气候条件、钢模和施工工艺参数有机结合，优化施工工艺及配筋构造设计。

(3)结合盾构机机型和地层特点，合理设置掘进参数，控制盾构的扭转，选择合理的推力，做到事前控制。

(4)加强盾构操作，避免姿态纠偏过猛。正确控制好转弯地段的盾构姿态，控制原则以适应设计线形为主，适时纠偏，切忌过急过猛；总推力过大时，在土舱内注入泡沫，防止出现“泥饼”现象，减小掘进扭矩和总推力。另外，盾构机过站时尽可能把损坏的密封刷全部更换。

(5)采用合理的拼装方法和拼装顺序，提高管片的安装精度。根据人工测量管环的数据变化情况，适当增加卸水孔及管片外弧面注双液浆次数，多级测量复核以消除导向系统的误差。当管片环面不平整或千斤顶撑靴重心偏位时，要及时更换新的千斤顶撑靴，并予以调整。

(6)控制注浆压力和注浆量，确保填充质量。二次注浆时复紧注浆管片周边3环的管片螺栓。对于大断面隧道，在日进度9～20m的情况下，采用真圆保持器可以减小管片变形和破损。

3 管片错台

3.1 原因分析

(1)拼装作业不规范。管片安装时，管环面不平整，出现上翘或下翻；管片精度不足或相邻2环管片间有夹杂物；管片拼装的中心与盾尾中心不同心；管片径向内移，造成过大的环高差；另外，掘进时未能及时复紧管片螺栓，管片受力不均匀，也会引起错台。

(2)注浆控制不当。围岩裂隙发育、地下水丰富等因素会增加同步注浆难度，致使管片外弧面的束缚力较小。管片二次补注浆时，如果注浆压力控制不当，会产生注浆偏压，从而引起管片错台。

(3)盾构机姿态控制不好。掘进工程中，盾构机姿态控制不好时，千斤顶对拼装好的管片产生不均匀推力，挤压弹性密封垫，引起管片间纵向位移，导致错台发生。

(4)线路弧度和坡度影响。盾构机姿态控制与曲线段不匹配时容易导致管片错台；在上软下硬地层、变坡段等线路中，掘进压力容易产生偏差，刀具严重磨损后未能及时更换，导致推力过大等情况，均会产生错台。

经过调查统计发现，管片拼装错台现象主要发生在环向连接缝处，纵缝处的错台出现较少且数值较小，破损也少。区间管片环缝错台及纵缝错台统计见表1

表1管片环缝错台与纵缝错台比例统计

3.2 控制与预防措施

盾构机在掘进过程中，运动轨迹很难与设计轴线完全重合，而是围绕隧道设计轴线作蛇形运动，盾构掘进总是处于不断纠偏的过程中。减少管片错台的措施主要从以下几个方面考虑：

(1)优化线路设计，尽量避免小直径的曲线段。根据设计线路选择管片，对于曲线半径较小的路线，可以采用宽度较小的管片。

(2)合理配置各种类型的管片，转弯管片的比例必需达到实际施工的需求，严格控制管片螺栓的质量。管片在盾构内居中拼装，避免管片与盾壳碰撞，保证管片轴心与盾构机轴心一致，施工时严格控制千斤顶行程差和盾尾间隙等。

(3)盾构机姿态控制。掘进时不应对盾构机姿态作过急的调整，运动轨迹应尽量平顺。纠偏时宜慢不宜急，防止盾构机蛇形量过大，一般每环纠偏量不允许超过10mm，油缸行程差制在60mm左右为宜。

(4)安装管片时，必须加强监督管片拼装过程，规范管片安装程序。掘进时及时复紧撑靴后4环的管片螺栓，防止管片上浮。

(5)严格注浆管理，加强同步注浆控制。根据地层状况调整注浆方式，控制注浆压力，在围岩裂隙发育和地下水丰富的地层可每隔10环使用双液浆做止水环。

4结论

地铁隧道对管片拼装质量的要求很高，因此在掘进控制和管片选型时一定要谨慎。盾构隧道施工中大多数质量问题可以在施工过程中得到控制，提高盾构隧道质量最直接有效的措施就是加强施工过程的质量控制。

参考文献

[1] 啜志强 李大为 曹长柱 荣振山，地铁盾构管片质量通病控制[J]技创新导报，2009.04