市域铁路大直径盾构管片质量监理管控要点

纪俊吉

[摘  要]：随着城市内市域铁路项目的建设，在市区段铁路地下化的建设将成为必然的趋势。与地铁盾构单洞单线不同的是，地下铁路的建设往往采用大直径的单洞双线建设。大直径盾构法隧道的建设，对于管片的生产制造、运输吊装、检验验收、防水等均提出了新的挑战，文章基于市域铁路项目的实践，首先对监理管控内容及各阶段的难点进行分析。对各阶段的管控要点进行总结，针对项目中常见的管片质量问题进行汇总分析，供同类项目参考。

[关键词]：市域铁路; 大直径盾构; 管片; 质量控制

U455.43B

管片自生产至成型，往往会出现诸多质量问题，如管片外觀质量、环面不平整导致裂缝、盾尾刷约束导致管片破损、管片防水材料脱落、螺栓连接不到位、定位孔破损等[1-3]。

对于大直径盾构法隧道，相对于小直径管片，管片结构形式及其安装工艺和装备皆有所不同。随着隧道直径的增大，管片厚度、自重、分块数等均随之增加，对管片的生产制造、运输吊装、检验验收、防水等均提出了新的挑战。

为明确和规范大直径隧道管片从选型、生产、拼装、验收的质量控制要求，推进大隧道内管片“高质量、高效率、高水平”的管理。本文基于上海轨道交通市域线机场联络线项目的实践，从监理角度出发，对大直径盾构管片质量管控要点进行分析总结。

1 工程概况

本标段内区间隧道均采用14 m级泥水气平衡盾构机进行施工，管片外径13.6 m，内径12.5 m，隧道内单洞双线，标准断面见图1。

管片采用错缝拼装工艺，在加强隧道整体性的同时，通过管片的旋转，满足隧道轴线和推进施工的需要。管片环缝设剪力销，纵缝设定位棒。

每环管片由封顶块F块（1块：F块）、邻接块L块（2块：L1、L2）、标准块B块（6块：B1、B2、B3、B4、B5、B6）共9块管片组成，为双面楔形管片。

2 监理管控内容及难点

监理管控内容主要可以分为管片生产驻场监理、进场验收、下井前验收、管片拼装检验、成型隧道验收等内容。针对各环节，基于本项目实践，管控难点总结如下。

2.1 管片生产难点

产品质量瑕疵多，原因复杂控制难。由于管片为预制化生产，涉及环节多，容易出现质量瑕疵，如管片明显色差、管片微小气泡、管片表面裂纹等。对于原因的分析，往往涉及到多个环节，如原材料变化、养护条件变化、水质变化、振捣不到位、脱模时间等等，原因复杂，质量控制难。驻场监理需做好管片生产管控，对不合格管片不予验收。

2.2 下井前验收难点

防水材料粘贴问题多，保护措施需到位。对于大直径盾构隧道而言，管片的防水措施比较多，包括多道弹性密封垫、外侧海绵橡胶条等。防水材料的粘贴对于管片渗漏是至关重要的。部分防水材料未做好成品保护，导致被雨淋、太阳暴晒等，均可能导致防水材料脱落、失效，监理应督促施工单位做好成品保护措施，及时架设遮雨棚。

2.3 管片拼装检验难点

过程控制测量多，姿态控制是关键。由于盾构机内部元件的遮挡，在拼装过程中很难直接测得管片的轴线偏差、椭圆度参数。拼装过程的管片分部指标需通过盾构机参数进行计算，管片错台、间隙等需要人员测量得到。管片的拼装质量往往与盾构机姿态密切相关，如盾构纠偏侧向分力过大导致管片破损、盾构姿态偏差导致管片偏差过大、同步注浆不密实导致管片上浮等。

管片螺栓连接。随着隧道直径的增大，考虑到管片的运输，管片衬砌环的分块是相应增加，横向、纵向连接螺栓数也增加，螺栓的连接质量是关键，监理应对螺栓连接质量抽查。

2.4 成型隧道验收难点

问题发现滞后，及时分析原因。对于地下工程而言，隧道结构上的质量问题往往不会即时出现，而是等到隧道结构稳定后方会显现。监理应做好定期巡视检查工作，对于大直径盾构管片而言，外观质量的检查往往受到光线、距离等影响，观测难度大。对管片出现的较大错台、渗漏、破裂等情况进行统计分析，分析产生原因，督促施工单位按照修补方案进行修补。

大直径管片姿态测量难度大。测量管环的传统方法是平杆法，但是在大直径盾构隧道中测量时，由于隧道直径大，平杆测量跨度大、盾构隧道内各类配套设施阻碍等，平杆法测量往往不适用，需要采用断面法、三维激光扫描等[4-5]。

3 监理控制要点

监理管控内容见图2。

3.1 管片生产控制要点

（1）原材料控制、 钢筋笼的制作检查、混凝土浇捣控制：与结构施工类似，不再赘述。

（2）钢模控制：钢模的控制分为进厂验收、浇捣前快速检验、定期检验。生产厂家应采用先进可靠的检测技术进行精度检验，高精度钢模采用三维检测技术。

（3）管片养护控制：检查管片蒸养是否按静停、升温、恒温和降温四个阶段进行，温度控制情况，施工记录是否及时完整准确，自动温控系统运行情况是否稳定;管片脱模后经标识再吊运至养护水池进行7 d以上水中养护，入水前管片与水的温度差不得大于15 ℃;在水池中管片堆放排列整齐，并搁置在软质材料的垫条上，垫条厚度一致;管片必须全部浸没入水中，并且定期测量养护水的pH（9～12）值，保持养护水pH值满足要求。管片生产单位及监理单位应定期测定养护水池中水的pH值并留存测定记录。

（4）管片脱模控制：以同等条件养护的试件的抗压强度达到起吊强度方可脱模、吊运;检查脱模、吊运操作和相关吊运设备是否按规定操作程序进行;检查脱模管片外观，尤其是管片边角、止水槽、手控、定位棒等易损部位。

3.2 管片进场验收要点

监理应对管片现场验收的以下要求进行检查：

（1）混凝土强度、抗渗等级等性能和管片结构性能应符合设计要求（实验报告、管片结构性能检验报告和出厂合格证）。

（2）外观质量不应有严重缺陷。

（3）存在一般缺陷的管片数量不得大于同期生产总数的10%;对于一般缺陷，应由生产单位按技术要求处理后重新验收。

（4）几何尺寸和主筋保护层厚度应符合允许偏差（每200环抽查1环）。

（5）凡经检验合格的产品，应按规定填写出厂证明书。

3.3 管片下井前验收要点

管片防水材料粘贴完成后，监理对管片进行验收，内容包括：

（1）管片情况：破裂、裂缝、平整度情况。

（2）螺栓孔、注浆孔检查情况：孔内有无异物。

（3）定位棒情况：定位棒是否安装到位。

（4）防水材料粘贴情况：防水材料是否粘贴牢固。

管片下井前，防水材料复试合格的情况下应全数验收，做好堆放保护与防雨、防晒措施，发现粘贴防水材料的部位有损坏、粘贴不牢固等情况，必须及时采取措施修补。管片制作和运输过程中留下的油污、油渍，必须用专用工具对管片防水槽和管片端面进行清洁。

3.4 管片拼装检验要点

根据GB50446-2017《盾构法隧道施工及验收规范》、DG/TJ08-236-2013《市政地下工程施工质量验收规范》、设计图纸的要求，拼装过程的控制指标见表1。

3.4.1 轴线偏差、椭圆度

管片平面偏差、高程偏差、椭圆度，通过管片拼装过程盾构机显示的参数利用公式计算出来，管片轴线偏差的计算系数随盾构机构造不同有差异。

管片高程偏差=0.26×切高+0.74×尾高+（下-上）/2

管片水平偏差=0.26×切平+0.74×尾平+（左-右）/2

管片横径=盾尾直径-盾尾间隙（左）-盾尾间隙（右）

管片竖径=盾尾直径-盾尾间隙（上）-盾尾间隙（下）

3.4.2 错台、间隙

拼装时管片错台，通过钢尺测量管片之间的高低差來确认。

拼装时管片环缝、纵缝间隙，通过塞尺确认管片之间的间隙。

管片错台、间隙测量方法

3.4.3 螺栓连接

管片螺栓采取“一次预紧一次紧固三次复紧”的工艺改善螺栓与螺孔的匹配度和紧固性。管片在拼装成环前螺栓至少一次预紧，扭矩达到80%。管片成环后所有纵、环向螺栓至少一次紧固，扭矩达到100%。三次复紧为：管片出盾尾后，进行第一次复紧;管片出台车位置前，进行第二次复紧;隧道贯通后进行第三次复紧。

3.5 成型隧道验收要点

根据GB 50446-2017《盾构法隧道施工及验收规范》的规定[6]，成型隧道验收的项目：

主控项目：

（1）结构表面应无贯穿性裂缝、无缺棱掉角，管片接缝应符合设计要求。

（2）隧道防水应符合设计要求。

（3）隧道轴线平面位置和高程偏差应符合规定。

（4）衬砌结构严禁侵入建筑限界。

一般项目：隧道允许偏差（椭圆度、环内错台、环间错台）应符合规定。

对于出现的质量问题，监理应督促施工单位编制相关的修补、注浆、堵漏方案，需注意的是相关方案必须经过业主和设计单位认可。

4 常见质量问题及分析

管片常见质量问题见图3。

4.1 管片渗漏、湿渍

管片的渗漏、湿渍往往都是防水材料失效造成的，通过对本项目管片渗漏、湿渍的统计，分析其原因主要如下：

（1）防水材料粘贴后成品保护不到位：管片防水材料粘贴完成后，未及时进行保护，导致下雨后防水材料脱落，提前膨胀，防水失效。

（2）防水材料不合格：防水材料本身不合格，如遇水膨胀率、膨胀时间等不满足设计要求。

（3）管片拼装作业不规范：管片拼装过程中挤压管片止水条，造成止水条被挤压变形或粘接不牢，从而造成渗漏。

（4）地质条件变化：盾构在水域段、陆地段交接处掘进时，地质条件变化可能导致管片错台引起渗漏。

4.2 管片破损

轻微的管片破损表现为定位孔破损，严重的表现为大块边角破损，结合项目情况，分析其原因：

（1）始发段拼装作业不成熟：在始发阶段管片极易发生破损现象，主要是盾构刚刚始发，对于各项施工参数尚不明确，仍在探索。

（2）定位孔破损：管片吊装时未对准定位孔，从而导致周边破损，此原因可能是管片未设置对齐标志、拼装机操作不当、定位孔与定位销之间存在间隙等。

（3）管片拼装过程操作不当：管片拼装机移动过快，导致管片受到磕碰。

4.3 管片错台

本项目实施过程中出现管片连续较大错台的现场，通过对施工条件的复核，总结原因：

（1）拼装作业不规范，拼装过程中未及时清理管片下方杂物、螺栓未及时复紧等。

（2）注浆控制不当：注浆的目的是填充管片与土体之间的空隙，当注入的浆液不饱满、凝固时间过长，管片往往出现上浮的趋势，导致错台产生。

（3）盾构姿态控制不好：盾构姿态对管片最直接的影响就是盾尾间隙，若盾尾间隙过小，往往会造成管片难以安装、盾尾刷挤压造成错台等。

4.4 管片色差

管片色差对于管片质量影响不大，但是对于优质工程的创建是关键的。本项目管片色差出现的主要原因分析：

（1）粉煤灰原材料变化：混凝土配合比发生变化，尤其是粉煤灰的掺量、原材料厂家发生变化，导致混凝土色差。

（2）脱模剂变化导致：使用不同的脱模剂，环境温度、稀释比例等均会对管片表面产生色差。

（3）水质变化：养护用水的来源、更换频率等均会产生影响。

4.5 管片侧面气泡

管片侧面气泡产生的原因往往是由于混凝土浇筑时振捣不到位、脱模剂使用、外加剂的使用等有关。

5 结束语

大直径管片自生产至拼装成隧道结构，从原材检测、生产管控、进场验收、管片拼装、隧道验收等，涉及到较多管控环节、多家管理单位，监理质量管控难点多。本文基于上海轨道交通市域线机场联络线项目的实践，对监理管控内容、各阶段难点、控制要点、常见质量问题及原因等进行了全过程的总结，供类似项目参考。

参考文献

[1] 彭涌涛. 隧道管片拼装常见问题分析[J]. 公路， 2013（10）：240-244.

[2] 李永鸿. 盾构隧道常见质量问题分析[J]. 市政技术， 2010，28（6）：89-92.

[3] 许建忠. 超大直径隧道管片纵向螺栓施工期间断裂原因分析[J]. 地下工程与隧道， 2016（3）：4.

[4] 张凤龙. 复杂条件下铁路大直径泥水盾构施工综合技术[M]. 北京： 中国铁道出版社， 2015.

[5] 张仁鑫. 盾构管片拼装质量可视化检测技术研究[D]. 武汉： 华中科技大学.

[6] 盾构法隧道施工及验收规范： GB 50446-2017[S].