隧道管片损伤及修复关键技术研究

梁旭东

（中铁十八局集团第四工程有限公司 天津 300222）

地铁修筑于地下，避免了其与其他运输系统的相互干扰，因此成为城市建设中的首选。在地铁大规模的建设中，盾构法施工因其施工速度快的特点被越来越多应用。在盾构法施工中，管片质量是影响施工的一个重要因素，其管片结构一旦发生变形、破损，将会对施工进度产生严重影响，更甚者还会影响隧道的安全性。此外，管片损伤后对其修复较为困难，需要投入大量的人力、物力资源。

地铁施工过程中管片常见的损伤为裂缝、侧壁漏水等，为了明确管片损伤产生的原因对管片在制作、养护、运输、施工等阶段进行了详细分析。为保证施工中及施工完成后隧道的安全稳定，对隧道内出现的裂缝、漏水等问题分别采用补浆填充、补强环氧树脂等措施进行处理。

本文针对隧道管片出现损伤的原因分析及相对应的修补措施，为今后类似工程提供了有益参考。

1 工程概况介绍

石家庄地铁的天元湖站～东上泽站区间左线采用盾构法施工，左线起始里程为ZK34+097.900，终止里程为ZK34+694.910，区间左线存在长链（长链长度为1.960m：ZK34+475.782=YK34+473.822，线路左线长度为598.970mm。线路轨顶标高50.366m～51.856m，结构覆土厚度为10.32m～11.86m；区间左线线路共有两处平面曲线，曲线半径分别为2000m、800m，区间线间距为8.23m～19.68m。区间纵断面采用“人”字型坡设计，设计最大坡度为4.0‰，配合盾构工法的平面方案，线路自东上泽站出站后，先以3.0‰行进到线路最高点，接着以4‰下坡穿越到天元湖站后轨排井段。区间附属结构包含一处联络通道，放置在线路最高点附近，里程为K34+530.000。区间工程施工线路示意图如下图1所示。

盾构区间结构型式为钢筋混凝土圆形结构，采用装配式钢筋混凝土单层衬砌，盾构管片内径5400mm，衬砌环外径6000mm，管片厚度300mm，管片宽度1200mm，分为6块（1个封顶块、2个邻接块、3个标准块）。衬砌环采用标准环+左右转弯楔形环型式。

图1 区间工程线路

2 隧道管片损伤原因分析

隧道施工过程中，常见的管片损伤的主要为：管片纵缝破裂、管片环缝破裂、管片边角崩裂、管片环向螺栓孔处砼崩裂等几种情况。

图2 管片裂缝图

图3 管片边角崩裂图

2.1 管片纵缝、环缝破损

盾构管片安装过程中容易出现裂缝，破损现象如图2所示，主要原因包括以下三个方面：

（1）管片安装过程中，对其姿态调整时局部发生了应力集中现象，从而导致纵缝、环缝破损；

（2）由于施工采用的软木衬垫非理想的均质材料，导致止水槽受力不均匀，并最终引发饮水槽附近出现纵缝和环缝。

图4 螺丝孔处砼崩裂图

2.2 管片边角崩裂

观测发现当管片安装质量不合格时容易出现边角崩裂的现象，确定边角破裂的原因是管片拼装质量差，螺栓未拧紧，接缝张开过大，以致推进过程中管片受力不均，在下一环管片拼装千斤顶施加顶推力时，在边角应力集中，造成管片砼破碎脱落。

2.3 管片环向螺栓孔处砼崩裂

管片环向螺栓孔处砼破裂，主要是由于螺栓受力过大，导致该现象发生的原因为：

（1）管片施工中同步注浆量不足，引发管片下沉，增大了管片环之间剪力，并最终引起螺栓孔附近砼破裂；

（2）管片拼装不到位，导致管片错台现象的发生，并使得管片间剪应力集中至螺栓孔附近，当应力超过砼承载力后发生破裂；

2.4 其他破损原因

①管片在运输、吊装过程中受挤压、碰撞，易出现裂缝或缺边掉角；

②千斤顶撑靴顶在管片上不正（盾尾间隙不均匀时）会使管片内侧或外侧的混凝土破损和开裂。

3 隧道管片损伤修复关键技术

3.1 管片裂缝修复

针对管片上的裂缝，当裂缝宽度小于0.2mm时，采用封闭法进行处理；当裂缝宽度大于0.2mm或有贯穿裂缝时，采用压力灌浆法处理。修复采用德阳先科复合制品有限公司生产的专用PTC50修补粉填补或修抹，并掺入适量白水泥调色，补后尽量接近原色，具体施工工艺流程及施工要点如下：（1）发现裂缝首先及时进行二次补浆填充（使用双液浆，水泥、水玻璃比为1：1）；（2）用水把需要修补的部位湿润（湿润要达到吸水均匀饱和的效果，但不能有积水）；（3）裂缝较浅时，用海棉粘上修补水泥浆在两侧均匀涂抹，直到把裂缝都填满抹平；（4）出现较大裂缝时，用尖匙把修补砂浆填补到裂缝内，直至填满；（5）10～15分钟后检查修补的修补粉与原有混凝土结合情况，如果结合紧密则再次用修补粉填满找平抹光滑，如有剥离现象则需把修补粉敲掉重新修补。

图5 PTC50 修复料强度变化曲

修复后试件抗压强度变化曲线如图5所示。从图中可以看出修复后的第一天强度增长较快，已经达到了32MPa，第二天开始强度增长速度有所下降，但是也存在明显改变，到达第七天时强度增长到53MPa，已经达到要求，说明该修复方法取得了较好效果。

3.2 管片漏水修复

对于管片的漏水现象，当隧道内单个湿渍面积大于0.2m2时，进行漏水处理。漏水湿渍面积较大处以高模量聚氨酯密封胶嵌填，其它采用聚合物水泥砂浆嵌填。考虑到接缝堵漏时需要连续封闭前后多环接缝，故规定只在漏点处用快硬水泥封缝埋管引水，其它漏水现象直接用嵌缝材料嵌填密封。

3.3 管片崩、缺角修复

对于管片崩、缺角损伤，采用强度高、凝结速度快、防水性能后的环氧树脂砂浆进行修复。为了保证施工质量，配制时所需的砂经炒干处理，操作中保持通风良好，调配好的砂浆应在30分钟内使用完成。具体的施工工艺及施工要点如下：（1）用工具把崩、缺角部位混凝土敲掉，将修补表面清理干净；（2）将搅拌后的环氧树脂砂浆涂抹于接合面，用灰匙、平镗初修饰成型；（3）5分钟后检查混凝土结合情况。如果结合紧密则再次填满找平涂抹光滑，如有剥离现象或裂纹出现则需把修补砂浆敲掉重新修补；（4）修补达到的效果应为：新旧混凝土紧密结合，强度达到要求，颜色一致，表面无裂纹无凹凸，平整光滑，用灰匙柄重敲击该部位无脱落、无剥离、无裂纹产生。

修补工艺如下：

修补前应先将修补部位的疏松层剔去，擦去粉尘污物，用水冲洗干净，在用已拌好的浆料修补的过程中，不得重新加入水分。在炎热或干燥天气条件下，在修补层终凝后数小时内，需适当淋水或用湿物覆盖养护。

所有缺陷的修补在混凝土达到一定强度后要进行表面打磨，尽量消除修补痕迹。

对于进场管片在地面转运期间产生的临时碰伤，考虑到急需使用的要求及特点，采用双快型砂水泥拌制的浆料（包括净浆、砂浆，净浆中双快型砂水泥和水的重量比为1：0.3～0.5；净浆中双快型砂水泥、水和细沙的重量比为1：0.35～0.5：1），双快型砂水泥其物理性能和普通水泥基本相同，其和易性较好，细度较细。

图6 双快型砂水泥拌制浆料的强度变化曲

双快型砂水泥拌制浆料的强度增长曲线如图6所示。从图中可以看出，该浆料强度增长速度快，在5小时内，其抗压强度已经达到49.5MPa，5小时以后，强度增长速度下降明显，到24小时后强度增长到63MPa。研究还表明该砂浆28天的抗压强度只比24小时增长了7%，有效缩短了施工等待时间，加快了施工进度。

4 结论

本文通过石家庄地铁1号线盾构区间隧道管片损伤及修复工程实际，首先针对管片损伤出现的原因进行了分析，并对管片裂缝、管片渗水、管片崩角、管片缺角等问题的对应的修复措施进行了研究，得到了以下结论：

（1）管片吊运时尽量避免吊钩发生剧烈摆动和急剧下降而造成管片间的碰撞；运输时应平稳，不颠倒，管片间不得相互碰撞。从而避免运输过程中对管片的损伤。

（2）管片安装中严格控制，保证其平顺性及注浆的完整，避免应力集中的发生。

（3）双快型砂水泥浆料在短时间内（5 小时内）具有较高强度，采用该材料修复管片损伤时，可以有效提高施工进度。