論試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)在盾構(gòu)隧道管片中的運(yùn)用

夏朝宏

（廣西創(chuàng)新建筑工程質(zhì)量檢測(cè)咨詢有限公司，廣西南寧 530031）

當(dāng)前，盾構(gòu)法隧道施工在地鐵建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用。其中預(yù)制混凝土襯砌管片是盾構(gòu)隧道的重要組成部分，其成型后質(zhì)量直接關(guān)系著地鐵的安全營(yíng)運(yùn)，因此，在施工過(guò)程中需對(duì)管片各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)檢測(cè)以確保管片生產(chǎn)質(zhì)量。

1 工程概述

南寧地鐵1號(hào)線盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)采用六塊預(yù)制混凝土管片拼裝成環(huán)，每環(huán)由3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)塊、2個(gè)鄰接塊和1個(gè)楔形塊組成，管片與管片、環(huán)與環(huán)之間通過(guò)螺栓連接。型式檢驗(yàn)包括檢查外觀質(zhì)量和尺寸偏差，水平拼裝、檢漏試驗(yàn)、抗彎性能和抗拔性能等。檢測(cè)時(shí)，管片抗彎試驗(yàn)及抗?jié)B檢漏試驗(yàn)采用標(biāo)準(zhǔn)塊管片進(jìn)行試驗(yàn)；管片灌漿孔螺栓抗拔試驗(yàn)采用楔形塊進(jìn)行試驗(yàn)；管片采用三環(huán)水平拼裝，環(huán)外徑6000mm，內(nèi)徑5400mm，片寬1498mm，片厚300mm。混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)C50，抗?jié)B等級(jí)P12，養(yǎng)護(hù)齡期超過(guò)28d。管片內(nèi)弧面鋼筋保護(hù)層設(shè)計(jì)厚度40mm，外弧面鋼筋保護(hù)層設(shè)計(jì)厚度50mm。

2 試驗(yàn)依據(jù)及所需儀器設(shè)備

（1）《預(yù)制混凝土襯砌管片（GB/T22082—2008）》《盾構(gòu)隧道管片質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（CJJ/T164—2011）》有關(guān)技術(shù)資料。

（2）主要儀器設(shè)備包括剛性臺(tái)架系統(tǒng)、加壓千斤頂、百分表（0.01mm）、裂縫寬度檢測(cè)儀、水壓表、游標(biāo)卡尺、鋼筋掃描儀及其他輔助設(shè)備。

3 試驗(yàn)準(zhǔn)備

混凝土管片成品試驗(yàn)檢測(cè)前，需做好以下準(zhǔn)備工作：

（1）搜集管片的相關(guān)資料，如施工設(shè)計(jì)圖紙、混凝土管片施工記錄、原材料和混凝土強(qiáng)度及配合比報(bào)告等，然后制定檢測(cè)方案。

（2）檢查儀器設(shè)備是否正常工作，是否在檢定校準(zhǔn)有效期內(nèi)，測(cè)量精度是否合適。

（3）準(zhǔn)備相關(guān)試驗(yàn)表格，如試驗(yàn)記錄表、工程現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)見證確認(rèn)表、檢測(cè)委托單等。

（4）進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)開展試驗(yàn)工作，具有一定的安全隱患，需對(duì)檢測(cè)人員開展安全技術(shù)交底，包括正確操作試驗(yàn)的步驟、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境注意事項(xiàng)等。

4 成品管片檢驗(yàn)

4.1 外觀質(zhì)量檢驗(yàn)

混凝土襯砌管片外觀質(zhì)量檢驗(yàn)主要是目測(cè)輔以尺量的方法，如檢查管片裂縫，應(yīng)記錄每條裂縫的位置，采用裂縫寬度檢測(cè)儀測(cè)量最大寬度，精確至0.01mm，鋼卷尺測(cè)量長(zhǎng)度，精確至1mm，判定裂縫類別；檢查管片內(nèi)、外表面露筋及孔洞，記錄其位置及數(shù)量，鋼卷尺測(cè)量每個(gè)孔洞的最大孔徑，精確至1mm，深度游標(biāo)卡尺測(cè)量孔底至管片表面的最大距離，精確至1mm；檢查管片疏松、夾渣和蜂窩，記錄其位置及數(shù)量；管片麻面、粘皮采用鋼卷尺測(cè)量其尺寸并計(jì)算面積；檢查管片缺棱掉角、飛邊和管片環(huán)、縱向螺栓孔，做好記錄。

筆者認(rèn)為，管片外觀質(zhì)量檢驗(yàn)不僅反映管片的美觀，而且一定程度也反映了管片的生產(chǎn)質(zhì)量，管片缺陷越少越美觀，越能體現(xiàn)生產(chǎn)單位技術(shù)管理水平。

4.2 尺寸偏差檢驗(yàn)

管片尺寸偏差檢驗(yàn)包括寬度、厚度和鋼筋保護(hù)層厚度。寬度采用游標(biāo)卡尺測(cè)量，在管片內(nèi)、外弧面的兩端及中部各測(cè)量1個(gè)點(diǎn)，每塊6個(gè)測(cè)點(diǎn)，精確至0.1mm，允許偏差±1mm；厚度采用游標(biāo)卡尺測(cè)量，在管片四角及拼接面中部各1個(gè)點(diǎn)，每塊8個(gè)測(cè)點(diǎn)，精確至0.1mm，允許偏差+3mm、-1mm；鋼筋保護(hù)層厚度采用鋼筋掃描儀測(cè)量，在管片內(nèi)、外弧面各測(cè)量5個(gè)點(diǎn)，精確至1mm，允許偏差±5mm，管片檢測(cè)位置應(yīng)分布均勻。管片尺寸不但關(guān)系著安裝質(zhì)量，而且還影響了受力性能，因此，應(yīng)嚴(yán)格控制管片尺寸偏差使其符合允許偏差要求。

4.3 水平拼裝檢驗(yàn)

盾構(gòu)隧道管片使用模塊化生產(chǎn)，為了解管片成環(huán)后的縫隙需進(jìn)行水平拼裝檢驗(yàn)，縫隙越小環(huán)越牢固。具體做法是隨機(jī)選擇三環(huán)管片進(jìn)行拼裝，毎環(huán)管片拼裝順序依次為：B塊、A1塊、A2塊、A3塊、C塊、K塊，并使用螺栓固定管片；安裝完畢后進(jìn)行環(huán)向縫間隙（允許偏差0～+2mm）、縱向縫間隙（允許偏差0～+2mm）及成環(huán)后內(nèi)徑（允許偏差+2mm）、成環(huán)后外徑（允許偏差-2～+6mm）檢驗(yàn)。將試驗(yàn)測(cè)得的環(huán)向、縱向縫間隙和內(nèi)外徑偏差記錄成表，與下一次試驗(yàn)記錄進(jìn)行對(duì)比并形成偏差曲線圖，以供后期模具精度糾編。

表1 管片抗彎性能檢驗(yàn)結(jié)果

4.4 管片檢漏試驗(yàn)

檢漏試驗(yàn)的目的是模擬管片在不同水壓力下抗?jié)B透能力，同時(shí)也反映了混凝土管片的密實(shí)狀態(tài)。選擇代表性的管片，安裝連接好檢漏裝置，以0.05MPa/min的加壓速度從0開始按0.2MPa、0.4MPa、0.6MPa、0.8MPa、1.0MPa分級(jí)加壓，每級(jí)持壓10min，檢查管片是否有滲漏水現(xiàn)象，觀察側(cè)面滲透高度，側(cè)面滲透高度不超過(guò)管片厚度的1/5為合格。第六級(jí)加壓至1.2MPa后，持壓2h，直至試驗(yàn)完成。持壓過(guò)程中，應(yīng)保證水壓穩(wěn)定，出現(xiàn)水壓回落應(yīng)及時(shí)補(bǔ)壓，保證水壓保持在規(guī)定壓力值。

4.5 管片抗彎性能檢驗(yàn)

4.5.1 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

管片環(huán)構(gòu)成隧道主體結(jié)構(gòu)，承受隧道周圍土體的側(cè)壓力，抗彎試驗(yàn)就是用來(lái)檢驗(yàn)管片的極限抗裂強(qiáng)度及抗破壞能力是否能滿足或承受起隧道土體的土壓力及地下水壓力的作用。

4.5.2 試驗(yàn)方法

（1）采用簡(jiǎn)支兩分點(diǎn)對(duì)稱集中加荷（如圖1所示），兩支座為管片環(huán)向、端面與內(nèi)弧面的交線處。施荷點(diǎn)為管片外弧面中部，兩集中荷載點(diǎn)距中點(diǎn)的距離為450mm。

圖1 管片抗彎性能檢驗(yàn)裝置

（2）采用分級(jí)加荷的形式進(jìn)行，每級(jí)恒載時(shí)間不少于5min，記錄每級(jí)荷載值作用下的各測(cè)點(diǎn)位移，并施加下一級(jí)荷載。當(dāng)管片出現(xiàn)裂縫后，應(yīng)持續(xù)荷載10min，觀察管片裂縫的開展，并應(yīng)取本級(jí)荷載值為開裂荷載實(shí)測(cè)值。當(dāng)加載至設(shè)計(jì)荷載時(shí)，應(yīng)持續(xù)荷載30min，觀察管片裂縫開展，記錄最大裂縫寬度，隨后卸載，終止檢驗(yàn)。

（3）位移觀測(cè)設(shè)置。水平位移測(cè)點(diǎn)：設(shè)于管片外弧面上近端面處位置（如圖1所示）。

垂直位移測(cè)點(diǎn)：設(shè)于管片內(nèi)弧面的中點(diǎn)和兩個(gè)荷載作用點(diǎn)位置處及管片外弧面上近端面處位置（如圖1所示）。

各測(cè)點(diǎn)均設(shè)百分表，用專用支架固定。

（4）位移計(jì)算。在各級(jí)試驗(yàn)荷載下，管片中心點(diǎn)、荷載點(diǎn)、水平點(diǎn)位移計(jì)算公式如下：

中心點(diǎn)位移：L中=D1-（D4+D5）/2

載荷點(diǎn)位移：L荷=（D2+D3）/2-（D4+D5）/2

水平點(diǎn)位移：L平=（D6+D7）/2

式中：D1~D7為各百分表所測(cè)得的位移，各百分表的位置如圖1所示。

4.5.3 檢驗(yàn)結(jié)果

（1）以某次試驗(yàn)為例，管片抗彎性能分別在56kN、112kN、168kN、224kN、252kN、266kN、280kN的荷載下進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)需計(jì)算各級(jí)荷載作用下中心點(diǎn)、荷載點(diǎn)、水平點(diǎn)位移和裂縫寬度，試驗(yàn)結(jié)果見表1；管片出現(xiàn)裂縫的位置，如圖2所示。

圖2 裂縫位置（單位：cm）

（2）設(shè)計(jì)要求當(dāng)荷載達(dá)到280kN時(shí)，持荷30min管片的裂縫寬度應(yīng)不大于0.20mm。從以上數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)試驗(yàn)加載至224kN時(shí)，管片中部開始出現(xiàn)裂縫即圖2對(duì)應(yīng)的1#裂縫，最大寬度為0.05mm；當(dāng)試驗(yàn)加載至設(shè)計(jì)荷載280kN時(shí)，共出現(xiàn)8條裂縫，最大寬度為0.18mm即圖2對(duì)應(yīng)的5#裂縫，滿足設(shè)計(jì)要求，說(shuō)明本次管片抗彎試驗(yàn)結(jié)果合格。

4.6 管片灌漿孔螺栓抗拔性能檢驗(yàn)

4.6.1 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

對(duì)預(yù)埋在管片中央的吊裝孔螺栓套進(jìn)行破壞性抗拔試驗(yàn)，檢測(cè)其在外力作用下承受的最大抗拔力，為管片吊裝提供參考依據(jù)。

4.6.2 試驗(yàn)方法

將螺桿旋入吊裝孔螺栓管內(nèi)，檢查螺桿旋入深度和垂直度；把橡膠墊和承壓鋼板套進(jìn)螺桿，安裝穿心式張拉千斤頂，旋緊螺母，使管片、螺桿、螺栓、千斤頂、螺母連接為一個(gè)整體，同時(shí)安裝荷載及位移測(cè)試裝置。管片抗拔性能檢驗(yàn)采用分級(jí)加荷的方式進(jìn)行，每級(jí)持荷時(shí)間不少于5min，記錄每級(jí)荷載作用下螺栓的位移量。以某次試驗(yàn)為例，試驗(yàn)荷載分別按0kN、50kN、100kN、150kN、200kN、225kN、237.5kN、250kN進(jìn)行，在各級(jí)試驗(yàn)荷載作用下，相對(duì)應(yīng)的螺桿位移分別為0mm、0.35mm、0.56mm、0.78mm、1.53mm、2.23mm、2.63mm。當(dāng)加載至設(shè)計(jì)荷載250kN時(shí)，觀測(cè)螺桿位移量共6次，首次位移量2.93mm，此后5次均為2.94mm，繪制抗拔試驗(yàn)荷載–位移曲線。試驗(yàn)荷載加至設(shè)計(jì)荷載250kN時(shí)，所測(cè)得最后三次位移的相鄰兩個(gè)位移差均小于0.01mm，符合設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)語(yǔ)

檢驗(yàn)管片的外觀質(zhì)量、尺寸偏差和水平拼裝，檢驗(yàn)結(jié)果按《盾構(gòu)隧道管片質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（CJJ/T164—2011）》作出符合性判斷；檢驗(yàn)管片的檢漏性能、抗彎性能及抗拔性能，是模擬管片在抗?jié)B、受力工作狀態(tài)下所進(jìn)行的檢驗(yàn)，其檢驗(yàn)結(jié)果按設(shè)計(jì)要求作出判斷。實(shí)踐證明，通過(guò)檢驗(yàn)管片的各項(xiàng)試驗(yàn)指標(biāo)，可以更好地了解管片的質(zhì)量狀況，達(dá)到管片質(zhì)量控制的目標(biāo)要求。