盾構法隧道管片開裂成因及其對策

本文根據盾構法隧道管片在生產過程、運輸過程、拼裝過程以及使用過程中裂紋產生的原因進行了全面分析，并根據不同成因提出相應應對措施，對預防管片施工過程中產生裂紋甚至開裂提供參考。

引言

城市軌道交通具有較高準時性、舒適性、便捷性、安全性及較大的運輸能力等優點，如今已成為解決城市交通出行問題的主要出路。盾構法作為城市軌道交通的施工工法之一，具有施工過程安全、機械化作業勞動強度低、地表沉降易于控制、對周邊建（構）筑物影響小等優點，已在城市軌道交通建設過程中得到廣泛應用。雖然盾構法隧道具有如此的眾多優點，但管片在施工過程中仍然不可避免地出現管片開裂、滲水、漏水、錯臺等質量缺陷，其中管片開裂引起后果最為嚴重。筆者根據在蘇州、廣州、重慶的施工經歷，針對盾構法隧道管片開裂的成因進行比較、分析和討論并進行總結歸納，以供同行借鑒、討論，以期提高盾構法隧道施工質量。

造成管片開裂的原因很多很復雜，按管片從生產到最終使用的時間段可將管片開裂劃分為四類，即管片生產過程產生的開裂、管片運輸及貯存過程中產生的開裂、盾構施工過程產生的開裂以及盾構隧道使用過程中產生的開裂。

管片生產過程產生的開裂

1.管片開裂原因

管片生產階段造成的開裂主要分為兩部分，第一部分為管片生產時采用不合理的配合比、使用不科學的施工工藝、振搗不密實造成管片裂紋，第二部分為管片養護不當產生的表面龜裂。

2.生產階段管片開裂對策

（1）按《普通混凝土拌合物性能實驗方法標準》（GB/T 20080）進行試驗、試配配合比，以經濟、合理的原則進行配合比設計。應注意根據氣溫、濕度等外部因素調整配合比。

（2）《盾構法隧道施工與驗收規范》中規定“管片澆筑成型后，在初凝前應再次進行壓面”。初凝前壓面有利于減少混凝土表面的塑性裂縫。

（3）盾構法隧道管片一般采用兩種振搗方式，一種是整體振搗模式，另一種人工振搗模式。整體振搗的優點是振動能量大，操作方便，水平面混凝土振搗均勻，缺點是在上孤面或外孤面易形成浮漿。人工振搗優點是特殊位置（如吊裝孔、螺栓孔）振搗質量易控制。缺點是對于整體振搗所產生的上層浮漿，必須額外增加混凝土進行補償，否則其上弧面會產生很多表面收縮裂縫，嚴重影響保護層的質量。

（4）管片混凝土澆筑成型至拆模期間應覆蓋保濕，可采用自然養護或蒸汽養護。管片拆模后應進行蓄水養護，蓄水池內水要干凈清潔，不得出現綠苔等異物。

采用蒸汽養護時，應經試驗確定養護制度。

管片運輸及貯存過程中產生的開裂

管片自養護完成后，至少吊運7次才能進行拼裝，因此在管片運輸、堆放中做好成品保護工作，吊裝及運輸過程受控于操作人員，要求操作工人有強烈責任心，而且每一步須認真操作，避免管片之間發生碰撞。

管片放置場地須平整，根據場地地形及管片吊裝方式可采用內弧面向上或單片側向方式碼放，各個管片之間須放置墊木，碼放高度不超過四片（按規范要求或設計計算）。

盾構施工過程中產生的開裂

1.盾構掘進時裂縫成因及對策

裂縫成因：通常情況下，盾構在調整姿態、過小半徑曲線時操作過急便會會產生管片破損、開裂、滲漏水及錯臺等質量問題，這主要是由于盾構機操作手為匹配盾構機姿態與隧道線路線性，調整油缸行程及推力，導致管片受力不均產生管片錯臺及開裂。

應對方法：（1）隧道轉彎時提前調整姿態，同時應盡量避免急糾偏。（2）利用管片楔形量調整油缸行程差。（3）防止因刀盤形成泥餅而導致總推力過大。

2.管片上浮裂縫產生的原因及對策

管片穩定后的高程高于安裝時的高程為管片上浮。

管片上浮原因：在硬巖地層，裂隙發育，含水豐富，管片在挖掘后的地層孔洞內由于受到水的浮力作用便會上浮。

應對方法：

（1）采用快凝漿液注漿，盡快封閉管片與地層的間隙，防止隧道上浮。

（2）同步注漿注意注漿的同步性和均勻性，根據總的方量計算，每100mm需注入的33---40個沖程量，注漿時均等注入空隙，同時做到上部的兩個注漿管的注漿量要為總的注漿量的3/4。

（3）在同步注漿的基礎上，結合聚氨脂注漿在隧道周圍形成環箍，每隔10m打一道環箍，使隧道縱向形成間隔的止水隔離帶，以減緩、制約隧道上浮。

3.管片拼裝過程中的開裂

管片拼裝過程中的開裂主要是人為因素，管片拼裝前須清理接縫，避免野蠻操作，環縫拼裝應平整為下一環的拼裝奠定良好基礎。

有時二次注漿壓力過大也會造成管片的開裂。

管片在使用過程中的開裂

地鐵運營過程中產生的開裂主要原因是隧道周邊土壓、水壓發生改變或地鐵列車振動土體而產生的。筆者尚未經歷管片使用過程中的裂縫，在此便不再贅述。

開裂管片的修補

管片裂縫修補前須制定《管片修補方案》，針對個別管片細微裂紋，首先可用高壓水或壓縮空氣吹洗干凈后，采用膠皇（膠皇：水=1：0.6的混合液，根據試驗確定）拌合的高標號水泥漿或水泥砂漿進行填補磨平，并嚴格控制實施程序和表面壓實抹光質量，做到既能保證結構強度，又能保證外觀顏色一致、美觀;對寬度超過0.2mm的裂縫，首先將裂縫鑿成“V”型（須鑿到裂縫根部或裂縫寬度小于規范要求處），沖洗破損面后采用上述材料進行修補。

結束語

綜上所述，只要下定決心從各個不同的角度來了解盾構管片裂縫產生的原因，通過不斷得摸索和試驗，從每一個可能出現問題的環節上都做好防控工作，管片開裂的防治就一定會取得新的成就。

（作者單位：重慶市軌道交通（集團）有限公司）