浅析地铁盾构管片型式检验的应用实践

游连章 黄敏

(1.厦门轨道交通集团有限公司 福建厦门 361004;2.厦门轨道交通工程中铁二十四局管片厂 福建厦门 361004)

浅析地铁盾构管片型式检验的应用实践

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(1.厦门轨道交通集团有限公司 福建厦门 361004;2.厦门轨道交通工程中铁二十四局管片厂 福建厦门 361004)

地铁盾构管片作为盾构隧道的支护结构，其质量直接影响到隧道的安全。本文以厦门轨道交通1号线盾构工程为背景，对该工程所采用的预制混凝土衬砌管片进行了型式检验，结合理论计算与实测数据，对地铁盾构管片的各项性能指标作出了科学而客观的评价，为轨道交通的安全营运提供可靠的技术资料。

地铁盾构管片;型式检验;检测技术

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引言

随着城市化的发展，越来越多的隧道采用盾构法施工，作为盾构隧道的最主要部分的混凝土预制管片，其成型后的质量直接关系到隧道的安全。地铁盾构管片的不可更换性，既是该项技术的特点，也是其缺点。管片承担着隧道主体内部和外部的全部负荷，其综合性能的重要程度不言而喻。因此，采用各种检测手段对地铁盾构管片进行各项性能指标的检验，也是地铁建设中不可或缺的环节。

1 试验概况

根据规范及设计要求，对厦门轨道交通1号线盾构区间的管片进行型式检验，其中包括外观质量、尺寸偏差、三环拼装、抗弯、抗拔、检漏试验。采用标准块管片(B块)进行管片抗弯试验及检漏试验，采用邻接块(L块)进行管片抗拔试验，环内径为5500mm，外径为6200mm，厚度为350mm，宽度为1200mm，结构简图可见(图1)。混凝土设计强度等级为C50，抗渗等级P12，养护龄期超过28d，外弧面钢筋保护层设计厚度为50mm，内弧面钢筋保护层设计厚度为40mm。主要力学性能指标要求为:管片抗拔性能试验加载达到设计荷载250kN下的最后三次所测位移(最后三次指:当抗拔性能检验加载到设计荷载时再持续荷载30min，每5min测量一次位移的最后三次记录值;抗拔试验的操作方法:(1)将螺杆选入吊装孔螺栓管内，并检测螺杆的旋入深度及垂直度;(2)将橡胶垫及承压钢板套进螺杆，然后安装穿心式张拉千斤顶，旋紧螺母，使管片、螺栓、螺杆、千斤顶、螺母连接成一个整体;(3)安装荷载测试系统;(4)检查荷载系统进行加压分七级，加压前四级的加压力为设计荷载值的20%，第五级为设计荷载值的10%，最后两级为设计荷载值的5%)，相邻两个位移差均小于0.01mm(根据CJJ/T164－2011盾构隧道管片质量检测技术标准，采用精度为0.01mm的读数显微镜，显微镜应附有，检测校准有效期内使用);管片抗弯荷载试验加载达到设计荷载280kN并持荷30min后，没有观察到裂缝或裂缝宽度不大于0.20mm;管片抗渗检漏试验在设计抗渗压力1.2MPa下稳压2h，管片外背渗水高度不超过50mm。

2 试验的主要依据及所需的设备

2.1 试验的主要依据

本次试验的主要依据为《预制混凝土衬砌管片》(GB/T22082－2008)、《盾构隧道管片质量检测技术标准》(CJJ/T164－2011)、设计文件、图纸等。

图1 管片结构简图

2.2 试验所需的设备

本次试验所需的主要设备有刚性台架系统、千斤顶(YC60型)、百分表(精度0.01mm)、读数显微镜(JC－10，精度0.01mm，放大倍率4倍)、水压表、游标卡尺、塞尺、钢筋扫描仪及其他辅助设备等。

3 试验准备

管片成品实体试验检测之前，需要完成下述准备工作:

(1)对试验相关人员进行交底，交底内容包括管片图纸、规范、试验要求和详细操作方法，以及试验安全注意事项等。

(2)检查试验设备:各个设备工作是否正常，是否按要求进行检验校准或是否处于检测有效期内。如千斤顶、百分表和秒表的标定等。

(3)将要进行检测的管片成品应达到28天龄期，管片的生产资料和强度检测报告应齐全和符合要求。

(4)正确填写试验过程相关的表格资料，并准备足够的空白表格。

(5)盾构隧道管片属于大型构件，特别是在进行结构性能试验过程中有一定的危险性，故应做好安全及防护工作。(作为管片形式检验安全及防护的一项安全技术交底)

(6)按照规范及相关规定要求进行自检和报验。

4 试验方法及试验结果

4.1 管片外观质量检测

对混凝土管片外观进行目测，检查管片是否有裂缝、露筋、孔洞、蜂窝等，并及时记录每条裂缝的位置、最大宽度和长度、记录外露钢筋的位置及数量、记录孔洞的位置及数量、每个孔洞的最大孔径和最大深度、记录蜂窝的位置及数量等，螺栓孔检测时要先采用目测，再采用螺栓对管片环向、纵向螺栓孔进行穿孔检验，并记录螺栓穿孔检验、内圆面平整和螺栓孔塌孔情况。

4.2 管片尺寸偏差检测

利用游标卡尺对混凝土管片的宽度、厚度进行检测，测量管片宽度时，用游标卡尺在内、外弧面的两端部及中部各测量1点，共6点，精确至0.1mm，允许偏差为±1mm;测量管片厚度时，用游标卡尺在管片的四角及拼接面中部各测量1点，共8点，精确至0.1mm。允许偏差为(+3，－1)mm。用钢筋探测仪测量钢筋保护层厚度，要在内弧面和外弧面各测量5点，精确至1mm，允许偏差为(+5，－3)mm。试验管片的宽度、厚度、保护层偏差必须满足规范要求。

4.3 管片水平拼装检测

在平整的场地上选择一个中心点，根据管片半径向四周制作出圆形拼装平台，专业人员校准水平后，用龙门吊将管片吊运就位，并由现场人员配合把管片安放在拼装台上，管片拼装顺序依次为:B3块、B2块、B1块、L1块、L2块、F块，并使用螺栓固定管片，拼装效果可见图示3。每次拼装随机选择三环管片进行，安装完毕后，按照混凝土管片水平拼装检验标准进行量测检验及数据记录，环向缝间隙允许偏差为0－2mm，纵向缝间隙允许偏差为0－2mm，成环后内径允许偏差为±2mm，成环后外径允许偏差为(－2，+6)mm，测点示意如(图2)。试验测得环向、纵向缝间隙、内、外径偏差记录成表，与下一次的试验记录形成对比并形成偏差曲线图，以供后期模具精度纠偏。

图2 管片内外径测点示意图

第一环管片的拼装至关重要，对后面两环的拼装影响较大，故选择平整结实的场地进行拼装，第一环管片下均匀布置可以调节高度的台座，台座的承重能力应超出三环管片的总重量，拼装前必须调整台座的水平度。

图3 管片三环拼装试验现场图

4.4 管片检漏测试

安装好并检查检漏装置见(图4)，先打开排气阀门，接通进水阀，注入自来水。当排气中排出水后，关闭排气阀，启动加压泵，按0.05MPa/min的加压速度从 0开始按 0.2MPa、0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa分级加压，每级各持压10分钟，检查管片是否有渗漏水现象，观察侧面渗透高度，作好记录。第六级加压至1.2MPa后，持压2h，直至试验完成。持压过程中，仔细观察构件各端面是否有渗漏水现象，观察侧面渗透高度，并做好记录。

在整个检漏试验过程中见(图5)，应随时注意检查检漏架的密封胶圈是否发生破损，检漏架的紧固螺杆及钢板是否变形，如果异常应立即中止试验，以保证安全。

图4 管片检漏装置图

4.5 管片抗弯性能检测

①位移观测设置点(见图6)及计算

水平位移测点:设于两个带滚轮的承力小车外侧。

垂直位移测点:设于管片中点和两个荷载作用点，各测点均设百分表，用专用支架固定。

中心点位移=D1－(D4+D5)/2

载荷点位移=(D2+D3)/2－(D4+D5)/2

水平点位移=(D6+D7)/2(限制一台活动小车造成试验过程中千斤顶对管片轴心加压的偏位，造成上部检验装置脱落，无法进行试验;限制两台活动小车1)造成检测管片无法装平移至检测台中心位置2)对加压荷载的作用下管片无法在受力情况下自由释放应力，达不到试验的效果。

图5 管片检漏试验现场图

图6 抗弯性能检验位移测点示意图

②管片抗弯性能分别在56、112、168、224、252、266、280kN的荷载下进行测试，每级恒载时间不少于5min，记录每级荷载值作用下的各测点位移，并施加下一级荷载。当管片出现裂缝后，应持续荷载10min，观察管片裂缝的开展，并应取本级荷载值为开裂荷载实测值。当加载至设计荷载时，持续荷载30min，观察管片裂缝开展，记录最大裂缝宽度，随后卸载，终止检验。试验测得，当加载至260kN时，管片中部开始出现裂缝;当试验加载至280kN并恒荷30min后，测得管片中部裂缝最大宽度为0.10mm，管片构件的静力响应良好，受力状态基本符合设计预期。

③管片抗弯性能检测装置见(图7)应稳定牢固，在试验过程中，为防止管片破坏时塌落，在试验管片下面设置防护支承。

4.6 管片抗拔性能检测

抗拔试验的操作方法:

①将螺杆选入吊装孔螺栓管内，并检测螺杆的旋入深度及垂直度。

②将橡胶垫及承压钢板套进螺杆，然后安装穿心式张拉千斤顶，旋紧螺母，使管片、螺栓、螺杆、千斤顶、螺母连接成一个整体。

③安装荷载测试系统

④检查抗拔性能检验装置(见图9)是否安装到位，采用分级加荷的形式进行，50、100、150、200、225、237.5、250kN的荷载下进行测试，每级持荷时间不少于5min，记录每级荷载作用下螺栓的位移量。试验测得，螺栓的位移量随着试验荷载的增加而变大，当试验荷载增加至250kN时，最后三次位移(最后三次指:当抗拔性能检验加载到设计荷载时再持续荷载30min，每5min测量一次位移的最后三次记录值)的相邻两个位移差均小于0.01mm。

在试验过程中，为防止破坏后千斤顶塌落，在底部及周围设置防护支承见(图10)。

图7 管片抗弯试验装置示意图

图8 管片抗弯试验现场图

6 结束语

本次型式检验的受检管片外观质量、尺寸偏差、水平拼装、检漏试验、抗弯性能、抗拔性能均符合《预制混凝土衬砌管片》(GB/T22082－2008)与《盾构隧道管片质量检测技术标准》(CJJ/T164－2011)及设计要求，判断该批盾构管片产品合格，可以投入工程使用。在盾构施工技术中作为支护结构的管片，其强度、精度、质量、抗渗性能和外观质量必须达到相关要求，它对盾构隧道的长期稳定、安全运营起着关键的作用。保障管片质量在于严格控制管片的生产每一个流程，并通过相应的技术手段检测管片的质量，对于不满足要求的管片一律不能应用于工程中。

图9 管片抗拔试验装置图

图10 管片抗拔试验现场图

［1］GB/T22082－2008，预制混凝土衬砌管片［S］.

［2］CJJ/T164－2011，盾构隧道管片质量检测技术标准［S］.

App lication of shield segment type test

YOULianzhang1HUANGMin2
(1.Xiamen Rail Transit Group Co.，Ltd，Xiamen 361004;2.Xiamen Rail Transit Railway Construction Segment Tactory，Xiamen 361004)

Metro Shield segment as a shield tunnel supporting structure，its quality directly affects the safety of the tunnel.In this paper，Xiamen Metro Line 1 Shield works as a background，the precast concrete lining segmentswere used in the project type test，combined with theoretical calculations and experimental data on the performance indicators subway tunnel segmentsmade scientific and objective evaluation，to provide reliable technical information for the safe operation of rail transport.

Shield segment;Type testing;Testing technology

TU74

A

1004－6135(2015)11－0069－04

游连章(1975.9－ )，男，高级工程师。

2015－10－23

游连章(1975.9－ )，男，高级工程师，主要从事地铁工程管理方面的工作。

黄 敏(1986.3－ )，男，工程师，主要从事预制构件的施工方面的工作。