全断面隧道掘进机(TBM)施工产生错台及管片预制缺陷的处理

刘丽萍

（山西省万家寨引黄工程管理局 山西太原 030012）

全断面隧道掘进机（以下简称TBM），在公路、铁路、采矿和水工隧道等不同类建筑物施工中得到了广泛的使用，在使用过程中充分显示出它的优越性——高速、安全、适应性强，在一些大型高难工程中确立了不可取代的地位。但它仍然存在着一定的不足，在施工过程中，因为设备及人为因素的影响，不可避免地会产生这样那样的缺陷，归纳起来主要有：在掘进过程中会产生轴线偏移、高程偏移等缺陷；在管片预制过程中会产生蜂窝麻面、轮廓线走样、空穴等缺陷；在安装过程中会产生错台缺陷等。这些不足和缺陷对水工隧道危害尤为严重，必须采取有效措施防止缺陷；而一旦缺陷发生，必须采取相应措施予以解决，才能满足水工隧道施工要求。本文着重讨论对错台等表面不平整缺陷的控制标准和处理办法。

1 表面不平整的分类与控制标准

水工隧道过流面不平整是必须防止和应加以处理的缺陷，尤其是在TBM施工中，以预制管片代替现浇混凝土衬砌，使得错台缺陷更容易形成，因此要引起足够的重视。

表面不平整大致可分为三类：轮廓线走样；管片间的错台、局部凹凸和蜂窝麻面；表面残留物，如钢筋露头等现象。

控制标准取决于建筑物水头、流速、单宽流量等，由于TBM施工目前尚无统一标准，下面列举几个标准，作为参考：

1）中南勘测设计研究院提出的标准

该院根据已建工程的实践经验，建议的控制标准见表1。

表1 不平整度控制标准

2）美国垦务局（USBR）规定的标准

美国垦务局（USBR）在错台方面规定:

突起棱角线与水流平行时小于6.5mm，

突起棱角线与水流垂直时小于3.2mm。

有关流速与错台坡度的规定见表2。

表2 美国垦务局现行规范规定的标准

2 错台的处理

根据平整度控制标准，对升坎高度超过标准要求时，要进行处理。处理的办法是先以风镐凿除，凿除时要预留0.5～1.0cm保护层。选择合适的修补材料，严格按照施工工艺要求，进行填补。

3 预制缺陷的处理

1）蜂窝、麻面的凿除和填补

对数量集中、超过规定的蜂窝、麻面，先进行凿除（凿除的深度由所选用的修补材料类型决定），再清洗填补面，涂刷相应的粘结剂抹平。

对超标准的气泡，先凿成深度小于2cm的坑，再用预缩砂浆填补。

2）凹陷部位的填补

其程序为：凿毛——清洗——选择修补材料——抹平。

选择修补材料的原则是应与基材的变形性能和力学性能基本一致，经济美观，方便施工。

4 主要修补材料

1)干硬性预缩砂浆

普通水泥砂浆拌好后，存放0.5～1.0h，使其体积预先收缩，以减少修补后的体积收缩，避免与基材脱开。

①材料与配比。拌制预缩砂浆的水泥必须新鲜、无结块。水泥标号的选用根据基材确定，砂的粒径控制在0.15～1.6mm之间。预缩砂浆的配比一般为：

水:水泥:砂=（0.28～0.32）:1:（2.0～2.5）

夏季为防止早凝可加缓凝剂。

②施工工艺。修补前，先对基面凿毛——清洗——刷浓水泥浆（水灰比为0.4～0.45）——填补预缩砂浆。

2)环氧材料

包括环氧砂浆、环氧胶泥、环氧基液。

①环氧砂浆的组成。

环氧砂浆由主剂、固化剂、增韧剂、稀释剂及填料按一定比例配制而成。主剂为环氧树脂。

固化剂包括 590(改性间苯二胺)、593(改性乙二胺)、酮亚胺、苯二甲胺、810、MA等。

增韧剂包括聚硫橡胶、650号聚酰胺树脂、304号不饱和聚酯树脂、邻苯二甲酸二丁酯、煤焦油等。

稀释剂包括501号环氧丙烧丁基醚、661号丁基多缩水甘油醚等。

②环氧砂浆常见配方。

配方一（用于干面）：

环氧树脂:苯二甲胺:邻苯二甲酸二丁酯:661号（丁基多缩水甘油醚）=100:10:15:15；

配方二（用于湿面）：

环氧树脂:590(改性间苯二胺):煤焦油=100:16:（50～100）；

配方三（用于水下）：

环氧树脂:810（固化剂）:650号（聚酰胺树脂）:501号（环氧丙烧丁基醚）=100:（32～35）:40:20。

环氧砂浆最小修补厚度为1cm，环氧胶泥用于修补0.5～1.0cm的凹坑。

3)氯—偏聚合物改性水泥砂浆（简称氯—偏砂浆）

在水泥砂浆中，加入水泥重量10%～20%的氯—偏乳液（氯乙烯、偏氯乙烯共聚乳液）制得改性水泥砂浆。其常用配比见表3

表3 氯-偏砂浆配比

该材料最小修补厚度为2cm，特点是早强（3d龄期可达28 d龄期的80%）、速凝和具有亲水性，常用于潮湿面的修补。

4)细骨料钢丝网混凝土

适用于大于1m2面积和修补厚度在5cm以上的部位。除需安设锚筋和架设钢丝网外，施工方法同一般水泥类材料。

细骨料配合比见表4。

表4 1m3细骨料混凝土配合比

5)喷混凝土（砂浆）

可用于隧道顶面和其他特殊部位的处理，以及常规法施工不方便的地方，其工艺为：表面处理——插筋埋设——挂钢丝网——冲洗湿润修补面——喷混凝土——养护检查。

喷水泥砂浆参考配比见表5。

表5 水泥砂浆配合比表

6)钢纤维混凝土和浸渍混凝土

钢纤维混凝土和浸渍混凝土由于它们的韧性，常用于抗空蚀部位的处理。对引水隧道，过流面有泥砂的磨蚀及局部空蚀存在，因此常采用钢纤维混凝土和浸渍混凝土。

美国陆军工程师团在底特律高速水流试验室曾对普通混凝土、钢纤维混凝土、聚合物浸渍混凝土和钢纤维聚合物浸渍混凝土进行了抗空蚀试验，结果见表6。

表6 各种混凝土抗空蚀性能

从表中可看出，钢纤维混凝土和浸渍混凝土的抗空蚀能力是普通混凝土的3倍，而聚合物浸渍钢纤维混凝土的抗空蚀能力更高。

以上论述的是施工过程中错台缺陷的处理，而在工程实践中，会有各种不同的施工工艺，会有各种不同的边界条件，会产生各式各样的缺陷，及其不同缺陷的组合，不能一一叙述，只能是按原则，按一定程序：检查——定处理方案——处理——复查处理效果。

尽管有不同的控制标准、不同的处理措施以及各种各样的修补材料。但最关键的还是：避免和减少错台发生，即正确选择TBM，完善设计，随时注意地质情况的变化，施工时采取有效措施。一旦发生，一要查明原因，在诸多方法中选择最优方案，二要及时处理，避免错台进一步发展。