盾構(gòu)管片力學(xué)性能及抗?jié)B性試驗

王 飛

(中鐵十二局集團第二工程有限公司，山西太原 030032)

1 概述

管片是盾構(gòu)施工的主要裝配構(gòu)件，是隧道的最外層屏障，承擔(dān)著抵抗土壓力、地下水壓力及一些特殊荷載的作用。管片質(zhì)量直接關(guān)系到隧道的整體質(zhì)量和安全，影響隧道的防水性及耐久性。

隨著廣深港客運專線獅子洋SDⅡ標(biāo)的施工建設(shè)，大直徑水下盾構(gòu)管片的生產(chǎn)應(yīng)運而生，管片生產(chǎn)技術(shù)也日趨成熟和完善。

2 試驗方法、步驟及結(jié)果

檢驗管片結(jié)構(gòu)性能的試驗一般通過管片抗彎試驗及抗?jié)B試驗兩個試驗來進行。

廣深港客運專線獅子洋隧道SDⅡ標(biāo)生產(chǎn)的管片外徑10 800mm，內(nèi)徑9 800mm，環(huán)寬2000mm，厚500mm，混凝土設(shè)計強度等級為C50，抗?jié)B等級為P12。與國內(nèi)其他盾構(gòu)隧道管片比較，管片混凝土耐久性設(shè)計，抗?jié)B要求均達到國內(nèi)領(lǐng)先水平。

2.1 管片抗彎試驗

2.1.1 管片抗彎試驗?zāi)康?/p>

通過分析模擬管片環(huán)在隧道土體中的受力情況，用來檢驗管片的極限抗裂強度及抗破壞能力是否能滿足或承受起隧道土體的土壓及地下水壓的作用。廣深港客專獅子洋SDⅡ標(biāo)每生產(chǎn)600環(huán)管片，作一次管片抗彎試驗。

2.1.2 抗彎試驗設(shè)備

抗彎試驗使用的主要設(shè)備:門式起重機1臺，抗彎試驗架1臺，液壓千斤頂1臺，百分表7塊，塞尺1把等。

2.1.3 抗彎試驗方法

1)采用簡支兩分點對稱集中加荷的方法(見圖1)。

2)隨機抽取一塊28 d以上齡期標(biāo)準(zhǔn)塊對其進行試驗。試驗前檢查管片外觀是否有裂紋、破損等缺陷。檢查試驗設(shè)備、儀表等是否完好。

3)在管片上布設(shè)測點，共有D1～D7七個百分表，其中D1位于管片內(nèi)弧跨中，D2，D3位于兩荷點正下管片內(nèi)弧面，D4，D5位于管片左端水平和豎向，D6，D7位于管片右端水平和豎向。

4)初始荷載為0，加荷共分八級。當(dāng)加荷至一定值時，開始觀察管片裂縫，以取得管片初始裂縫荷載值及破壞荷載值。

2.1.4 試驗結(jié)果

管片抗彎性能試驗記錄見表1。

表1 管片抗彎性能試驗記錄表

設(shè)計要求，當(dāng)荷載達到400kN時，靜停15min，觀察管片是否開裂。若在此荷載作用下管片未產(chǎn)生裂縫，則滿足設(shè)計要求。

從表1的數(shù)據(jù)當(dāng)中可以看出，當(dāng)荷載加至500kN時，我單位生產(chǎn)的管片依然未見裂縫，證明管片質(zhì)量合格，且達到了優(yōu)質(zhì)。

2.1.5 試驗方法的探討

1)管片受力情況與實際情況的近似性試驗。管片受力情況與實際情況的近似性試驗過程中，管片受力情況與管片在隧道土體中的真實受力情況不完全相同。雖然該試驗不能完全真實模擬，但能近似反映管片在隧道土體當(dāng)中的實際受力情況，是值得推行的方法。2)試驗方法的改進。廣深港客專獅子洋SDⅡ標(biāo)管片抗彎試驗，把加荷遞增量定上限。按照管片初始裂縫荷載設(shè)計值為400kN計算，在初始裂縫出現(xiàn)之前，則每級加荷50kN，出現(xiàn)裂縫后，則每級加荷25kN，接近破壞荷載極限時，則每級加荷10kN，每級加荷持續(xù)時間10min～15min。通過對管片兩種試驗方法的比較，改進后的試荷載遞增方式更趨合理。

2.2 管片抗?jié)B試驗

2.2.1 試驗?zāi)康?/p>

檢驗管片抵抗?jié)B漏的能力，從一個側(cè)面反映管片內(nèi)部結(jié)構(gòu)的密實性。廣深港客專獅子洋SDⅡ標(biāo)每生產(chǎn)5環(huán)管片，作一次管片抗?jié)B試驗。

2.2.2 抗?jié)B試驗設(shè)備

抗?jié)B試驗設(shè)備:門式起重機1臺，抗漏試驗架1臺，加壓水泵1臺，水箱1臺，水壓表1塊，橡膠密封墊、膠粘劑、緊固螺栓、卷尺1把等。

2.2.3 抗?jié)B試驗方法及步驟

1)將橡膠密封墊粘貼到抗?jié)B試驗架上，要求密封墊與鋼板粘結(jié)緊密平整，無縫隙;2)檢查進水孔、排氣孔及閥門是否通暢完好，確認完好后將管片平整的放到試驗架上，檢查橡膠密封墊有無損壞及是否貼緊管片外弧面;3)緊固螺桿按照管片徑向均勻分布于管片內(nèi)弧面，然后從中間向兩端緊固螺絲，螺絲受力均勻;4)在水泵上加水壓表，并在水箱中加滿水，接通電源;5)打開排氣閥和進水閥，開啟加壓水泵，通過進水閥進水。當(dāng)各排氣閥有水排出時，先將排氣閥關(guān)閉，再將進水閥關(guān)閉，然后關(guān)閉加壓水泵;6)檢查橡膠密封墊與管片之間有無漏水點，確認無漏水點開始加壓;7)采用水壓系統(tǒng)對管片外弧面施加水壓(見圖2)，采用分級加壓的方式，每次增量為0.2mPa，每級持續(xù)時間為10min。當(dāng)水壓達到0.8mPa，則持續(xù)5h，滲水不超過5cm即為合格。

2.2.4 試驗結(jié)果

管片抗?jié)B試驗記錄見表2。

表2 管片抗?jié)B試驗記錄表

從表2的數(shù)據(jù)當(dāng)中可以看出，在0.8mPa水壓持續(xù)作用管片5h的情況下，管片滲水只有14mm，符合設(shè)計要求，且遠低于設(shè)計滲水不得大于50mm的要求，證明管片質(zhì)量合格，且達到優(yōu)質(zhì)。

3 結(jié)語

文中所討論的管片試驗方法，模擬了管片在隧道中的受力或受滲情況，與實際情況比較吻合。

目前，管片生產(chǎn)的質(zhì)量控制一般都主要放在原材料上，而廣深港客專獅子洋SDⅡ標(biāo)管片生產(chǎn)成功地把管片抗彎和抗?jié)B試驗引入到質(zhì)量控制體系中，管片在隧道內(nèi)拼裝后的裂紋、滲水情況均滿足且高于設(shè)計要求。實踐證明管片抗彎和抗?jié)B試驗的科學(xué)性、合理性，使之成為管片生產(chǎn)質(zhì)量常規(guī)控制的有效手段。

[1]GB50446-2008，盾構(gòu)法隧道施工與驗收規(guī)范[S].

[2]GB50204-2002，混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范[S].

[3]劉鴻文.材料力學(xué)(下冊)[M].北京:高等教育出版社，1992.

[4]朱合華，陶履彬.盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)受力分析的梁—彈簧模型[J].巖土力學(xué)，1998(3):54-55.