盾构管片塑料吊装孔破损的原因分析及处理措施

龚建秋

北京市市政四建设工程有限责任公司 北京 100000

随着社会经济的发展，我国的城市地铁建设进入了高速发展的时期。盾构法以其安全快速可靠等优点在我国的城市地铁建设中得到了广泛应用，盾构法隧道施工预制钢筋混凝土管片的吊装孔预埋件已从钢制预埋件发展为塑料吊装孔预埋件，它是以高强度工程塑料为主材，经改性处理并辅以优质抗老化剂和其它助剂，用精密模具注射成型，预埋于盾构隧道混凝土管片中形成吊装孔。塑料吊装孔预埋件不但降低了工程造价，且提高了工程质量，延长了隧道结构的寿命。

1 工程背景

青岛胶东国际机场轨道交通结建工程土建施工二标包括地铁8号线区间和市域快线两部分，采用盾构法施工。

盾构管片外径Φ6000mm，管片厚度300mm，管片宽度1500mm，管片强度等级C50，抗渗等级P10。盾构隧道每环由6块管片错缝拼装而成，每衬砌管片中部设置吊装孔。盾构管片衬砌环如图1所示，管片信息见表1。

图1 盾构管片衬砌环BIM模拟图

表1 预制混凝土管片信息表

管片吊装孔预埋件采用单月牙圆弧螺纹塑料注浆管（见图2），在盾构施工过程中，把盾构机安装抓举头旋进该预埋件的内螺纹连接孔，即可实现管片的起吊和安装。在管片安装完毕形成隧道后，当需要进行第二次注浆时，可通过该孔从隧道内向隧道外围土层注浆。

图2 塑料预埋件BIM模拟图

2 塑料吊装孔预埋件出现的问题状况

管片塑料吊装孔预埋件在使用过程中，出现了吊装孔处混凝土破损现象及少量塑料吊装孔预埋件被拔出的情况，其问题状况见表2。

表2 盾构管片塑料吊装孔问题状况表

图3 吊装孔部位混凝土破损

图4 “扫牙”现象

对管片塑料吊装孔预埋件拔出事故进行调查，其产生的原因主要有：抓举头没旋到位、旋进时偏位、出现部分螺牙“扫牙”现象等。这些情况的出现，大多是由于使用操作不当所致。

3 施工中塑料吊装孔预埋件脱出事故的原因分析及处理措施

3.1 预埋件在生产过程中出现的缺陷。

图5 预埋件被拔出少许

图6 预埋件全部拔出

（1）预埋件本身材质不符合要求，施工过程中出现变形现象；（2）管片吊装孔预埋件采用螺旋固定在管片模具上（见图7），施工过程控制不严，管片吊装孔预埋件固定时未旋转到底，安装不稳固，振捣混凝土时预埋件移位或浮出，导致在起吊中出现应力集中，造成管片吊装孔处混凝土出现裂纹或破损；（3）管片吊装孔处螺旋加固筋固定不牢，钢筋安装质量检查不到位（管片螺旋加固筋见图8）；（4）预埋件位置的混凝土振捣不密实，使预埋件在盾构施工中被拔出。

图7 管片模具预埋件固定位置

图8 螺旋加固筋BIM图

主要处理措施：

（1）加强塑料预埋件进场的质量控制，保证其施工时不变形；（2）混凝土施工前加强预埋件埋设质量的检查 ，确保其准确到位；（3）加强预埋件周围混凝土的施工质量，确保混凝土与预埋件充分握裹，以保证其抗拔强度；（4）加强管片成品中预埋件的保护和出厂检查，保证出厂的管片预埋件完好无损。

3.2 混凝土管片蒸养温差控制不当，吊装孔处混凝土存在裂缝

现混凝土管片蒸汽养护大部分采用自动蒸养系统，因工艺曲线设置不合理，蒸养温差控制不当，导致吊装孔处混凝土存在裂缝。

处理措施：

蒸养控制工艺曲线可设置成从进模端开始，升温区时间180min，温度由室温缓慢升高，升温速度为 14℃/h，最高温度59℃；进入恒温区，恒温区时间120min，温度59℃；降温区时间180min，降温速度为10℃/h，最高温度从59℃降至30℃。还需增加恒温失控报警系统，当跟踪曲线偏离工艺曲线一定范围时，系统自动报警。

图9 蒸汽养护控制台

图10 温度控制报警系统

3.3 抓举头与设计图纸不一致或者抓举头磨损过大。

如果抓举头的螺纹形状、螺距、长度等与塑料吊装孔预埋件不一致或者抓举头磨损过大，在盾构机的管片拼装机吊运和拼装管片过程中就会出现塑料吊装孔预埋件与抓举头不紧密的现象，在动荷载的作用下会将握裹塑料吊装孔预埋件的混凝土损坏，从而导致塑料吊装孔预埋件被拔出 ，即所谓的“扫牙”现象。

处理措施：

（1）保证抓举头的加工质量 ，加工的抓举头螺牙必须与预埋件螺牙相匹配（见图11）；（2）抓举头在使用过程中应加强检查，对磨损比较大或已经变形的抓举头要及时进行更换。同时，抓举头使用达到600环管片时就需进行更换。

图11 抓举头螺牙与塑料预埋件螺牙相匹配

3.4 抓举头在拧进塑料吊装孔预埋件过程中没有顺着螺牙拧进

强行用力造成了对握裹塑料吊装孔预埋件混凝土的破坏 ，产生滑丝现象，在动荷载的作用下，将握裹塑料吊装孔预埋件混凝土损坏，从而导致管片在未上拼装机前将管片吊装孔损坏，无法使用或将塑料吊装孔预埋件拔出。

处理措施：

抓举头旋入时要将抓举头位置放正，顺着预埋件螺牙旋入，特别是在安装抓举头时，要清理掉预埋件里面的大部分积水，才可以保证在抓举头旋入施工时清楚看见旋入是否正确。同时，必须保证抓举头的排水孔畅通。如遇有预埋件内螺牙有垃圾的情况，要及时清理干净才能进行施工。

为防止施工时有淤泥等杂物掉落吊装孔内，可在施工前加盖密封盖，在安装抓举头时取下，待管片拼装完毕后再次加盖密封盖（见图12）。

图12 加盖吊装孔密封盖

3.5 抓举头在拧入塑料吊装孔预埋件时未将抓举头螺牙全部拧入

由于塑料吊装孔预埋件有一定的锥度，造成抓举头与预埋件内螺牙间有间隙，导致在盾构机的管片拼装机吊运和拼装管片过程中出现塑料吊装孔预埋件内螺牙与抓举头不紧密的现象，在动荷载的作用下将握裹塑料吊装孔预埋件外螺牙内的混凝土损坏，使塑料吊装孔预埋件与周围的混凝土分离，从而导致塑料吊装孔预埋件被拔出。

处理措施：

加强盾构现场施工质量控制，严格要求施工人员将抓举头完全旋入吊装孔，保证抓举头与预埋件的紧密结合。

3.6 盾构施工过程中，管片安装精准位置，需用拼装机上小镐调整管片角度（拼装机见图13）。塑料吊装孔预埋件与混凝土结合体在拼装机的作用下，加上管片安装时的动载、角度等因素，塑料吊装孔预埋件于混凝土结合体实际所受的抗拔力会较高（管片拼装状态见图14），如果拼装手经验不足，施工时管片多次旋转过位，或为防止错台发生多次调整管片角度，势必会将管片塑料吊装孔预埋件拔出，并同时损坏管片吊装孔位置周围的混凝土，甚至会使混凝土出现露筋现象[1]。

处理措施：在拼装机满足抓举头起吊安装的前提下，尽可能地降低小镐抓举油缸的油压，也可增加小镐衬垫面积，使管片受力得到缓冲。同时应加强拼装手的技术培训，建议请经验丰富的拼装手带班教学。

图13 拼装机BIM图

图14 管片拼装状态BIM图

4 结语

管片塑料吊装孔不但是影响管片拼装质量的条件，更是管片拼装过程安全的保证。在盾构隧道施工过程中，管片塑料吊装孔预埋件被拔出的情况大多数是由于在盾构施工过程中操作不当所造成的，只有加强管片生产施工管理和盾构施工管理，才能最大限度地降低盾构施工过程中由于管片塑料吊装孔预埋件被拔出而出现的质量和安全事故。