超大直徑泥水平衡盾構管片施工質量控制

徐菁

（南京市公共工程建設中心，南京 210019）

1 引言

由于盾構施工在工期、質量、安全等方面的優勢，在地下工程建設中越來越多地采用盾構法進行施工。 在盾構隧道中，管片承擔著抵抗周圍土層壓力、 深水壓力以及其他動荷載的作用，盾構管片施工質量的好壞直接關系到隧道整體的質量、安全及使用壽命。 本文結合南京在建的建寧西路長江隧道，對盾構管片在生產及拼裝過程中質量控制的關鍵點做出總結，為后續相似工程的盾構管片施工質量控制提供參考。

2 工程概況

南京建寧西路長江隧道位于南京長江大橋與揚子江隧道之間，路線全長約6.8 km，其中越江盾構段長約2 362 m，采用開挖直徑15.07 m 的超大直徑泥水平衡盾構機進行施工，盾構隧道采用平板型鋼筋混凝土管片襯砌，混凝土強度等級C60，抗滲等級P12，管片襯砌內徑13.3 m，外徑14.5 m，管片結構如圖1 所示，管片厚度600 mm，襯砌環采用通用楔形環錯縫拼裝。

圖1 隧道結構示意圖

3 管片生產質量控制要點

項目隧道盾構鋼筋混凝土管片采用自動化流水線法施工，通過管片模具在流水線上運行來實現脫模、合模、混凝土輸送灌注、振搗、出模、養護等生產全過程。

3.1 管片鋼筋加工及安裝

1）同一鋼筋骨架不得使用多于2 根帶有接頭的縱向受力鋼筋，且不得相鄰布置。

2）采用焊接連接時，應根據鋼筋級別、直徑及焊機性能進行試焊，在確定焊接參數后方可批量生產，骨架焊點應符合設計要求。

3）鋼筋保護層工前檢查合格率需達到100%。

3.2 管片混凝土質量控制

1）管片混凝土強度等級C60，抗滲等級應≥P12。

2）襯砌表面應密實、光潔、平整，邊棱角完整無缺損。

3）管片混凝土配合比在首次使用時，需進行開盤鑒定，混凝土的工作性能必須滿足設計配合比要求方可投入生產，混凝土的氯離子總含量不應超過膠凝材料總量的0.06%， 混凝土含堿量不得超過2.5 kg/m3。

4）混凝土灌注入模時，混凝土坍落度控制在（50±20）mm，并應注意控制澆搗的連續性和速度， 防止坍落度損失而影響澆搗質量。

3.3 管片養護

按照工藝流程，管片養護主要由蒸汽養護、水養護（冬季施工結冰時采用養護劑進行養護）、自然養護組成。

1）混凝土澆筑成型后至脫模前，應做好覆蓋保濕工作，以防止產生裂縫。 蒸汽養護要嚴格控制蒸養時間、升溫及降溫速率、恒溫時間和濕度等。 管片蒸養要滿足規定強度后拆模、起吊，起吊出來的管片在翻轉臺上翻轉成側立狀態，測量及標識后進行脫模后的水中養護。

2）管片出模后應全部放入水中養護，入水時應加強控制管片表面溫度與水的溫差，只有當溫差小于20℃方可入水，養護時應經常檢查水溫， 防止水溫過高和過低影響混凝土強度增長。

3）管片在貯存階段的養護時間不得少于14 d。 非冬季施工期間預制的管片應放置在水中養護7 d 以上[1]。

3.4 管片模具精度控制

1）模具應由專業廠商進行專項三維設計，應具有足夠的承載能力、剛度、穩定性和良好的密封性能，并應滿足管片的尺寸和形狀要求[2]。

2）模具在進場前應進行三維檢測（見圖2），確保模具投產前尺寸精確。 投入使用后每套模板每周轉100 次或對模板精度有懷疑時要進行偏差檢驗，寬度允許偏差±0.4 mm，弧弦長允許偏差±0.4 mm，內腔高度允許偏差-1～+3 mm。

圖2 管片模具偏差三維激光檢測

3）工廠加工好的模具在安裝后必須開展檢查驗收，驗收合格后進行試生產。 試生產的管片中，隨機抽取3 環進行試拼裝檢驗，其結果必須合格。

3.5 管片預制質量控制指標

1）管片首次生產應進行水平拼裝檢驗，驗收合格后方可批量生產；正常生產期間，每生產200 環后應進行水平拼裝檢驗1 次。 檢驗中必須采用激光三維測量技術，形成3 環拼裝展開圖，環間錯臺需滿足≤2 mm，其他指標應符合表1 要求。

表1 管片質量控制指標

2）要加強管片外觀質量控制，管片外觀不得有嚴重缺陷，外觀質量存在一般缺陷的數量不得大于同批次管片預制總數的5%。 存在一般外觀質量缺陷的管片，預制場必須按要求處理完善后重新驗收。

3）檢漏檢驗：每50 環抽查1 塊，連續3 次抽測均合格后，改為每100 環抽查1 塊，再連續3 次抽檢均合格，最終檢測頻率為每200 環抽查1 塊。 如1 次不達標，則恢復每50 環抽查1 塊。

管片預制具體質量控制指標詳見表1。

4 管片拼裝質量控制要點

盾構管片在生產完成后，還需粘貼止水材料，之后運輸至掘進現場，由專業設備吊裝運輸至盾構掘進處，檢查合格后進行拼裝，待襯砌管片脫出盾尾后，要及時進行壁后注漿，保證成型隧道質量。

4.1 管片運輸及吊裝

調度室接到盾構機長管片需求信息后， 聯系地面調度確定管片點位， 管片運輸過程中要安排專人對運輸的各個環節進行檢查，管片吊裝及運輸、管片拼裝前需重點檢查表2 的內容，合格后方可進行拼裝。

表2 管片運輸及吊裝過程檢查內容

4.2 管片安裝控制要點

1）加強對管片定位的控制，特別是首塊管片的定位易影響到整環管片的拼裝質量以及與盾構機的相對位置， 首塊管片要盡量做到居中拼裝。

2）管片拼裝要重點加強對襯砌環面的平整度、超前量以及盾構環面的橢圓度控制。

3）管片拼裝過程中要徹底清除盾殼安裝部位的垃圾，管片拼裝要嚴格控制好首塊管片的定位， 保證首塊與上環管片在同一平面， 并控制管片與盾殼之間的間隙在誤差允許范圍之內。

4）管片拼裝時應首先就位底部管片，然后采用自下而上、左右交叉的方式進行安裝， 相鄰管片之間要控制好環面的平整度以及封口尺寸，封頂塊最后插入。 插入封頂塊時，如遇阻礙應緩慢將管片抽出后再進行相應調整， 不得強行插入管片以及大幅度地上下調整，以免造成止水條的損壞或松動[3]。

5）管片在做防水處理前必須將管片表面清理干凈，再粘貼密封橡膠條。 彈性密封墊采用三元乙丙橡膠條，形式為角部棱角分明的框形橡膠圈，在封頂塊拼裝前，應在兩側的密封橡膠條涂上表面潤滑劑， 以減少封頂塊插人時彈性密封墊間的摩阻力。

6）管片拼裝時應按要求嚴格控制推進千斤頂的行進速度，千斤頂活塞伸出要同步均勻，嚴禁頂力大小不一或同一管片千斤頂分布不均勻，以防止管片出現結構性受力裂縫。

7）每塊管片拼裝完畢后，應及時對其環向和縱向的連接螺栓進行初步緊固， 螺栓緊固采用專門的扭力扳手等緊固工具。 待管片脫離盾尾時及時對拼裝成環的管片進行復緊[4]。

8）嚴格控制好管片塊與塊之間和環與環之間的螺栓緊固程度，采用環縫寬度和螺栓緊固力兩個指標控制：（1）緊固螺栓，使管片環縫縮小為1～2 mm；（2）以扭矩扳手控制環間連接螺栓緊固力，使之與區間隧道大致相等。

9）拼裝封頂塊前要對該位置的預留尺寸進行量測，確保封頂塊可以準確就位。

10）管片拼裝過程中要重點加強對管片迎千斤頂面、管片內弧面及環面錯臺量的控制， 保證管片左右兩端與上一環管片錯臺盡量為零。 在拼裝過程中，必須用鋼板尺進行測量，確認錯臺量符合標準后，方可頂出千斤頂。 管片拼裝完成后，要實時對內弧面及環面錯臺進行測量，如實記錄數據，以便指導下一步施工。

具體管片拼裝質量控制指標見表3。

表3 管片拼裝質量控制指標

4.3 壁后注漿控制

1）漿液應具有較好的可注性；具有固結收縮小，良好的黏結性、抗滲性、耐久性和物化穩定性；無毒并對周圍的環境污染??；注漿工藝應做到施工操作方便，安全可靠。

2）漿液應按配比拌制。 漿液的稠度、流動性、均勻性、含粒狀雜物的最大粒徑、凝結時間、強度、干縮率等均應符合相應的技術規范。

3）拌制后的漿液要易壓送，在運輸的途中不離析、不沉淀。

4）應對注漿所用漿液及生產過程進行全過程質量控制，并進行定期檢驗，同時接受監理單位和建設單位的檢測。

5）每環注漿量應保證地表沉降控制在規定范圍以內；注漿壓力的施加要以地表變形的控制為原則， 壓力應均勻施加以免造成管片損壞。

6）注漿材料應具有較好的抗水分散性和可注性，3 d、28 d水陸強度比應＞85%，pH 應＜9，凝結時間根據地層條件確定，并于掘進速度、 注漿作業相匹配， 固體強度1 d≥0.2 MPa，28 d≥1.0 MPa。 注漿作業時對注漿量 （一般情況充填系數1.3～1.8； 裂隙比較發育或地下水量大的巖層地段充填系數可適當提高）和注漿壓力同時管理，當注漿壓力達到設計值，注漿量達到設計注漿量的80%以上時應結束注漿。

成型隧道質量控制標準見表4。

表4 成型隧道控制標準

5 結語

本文以南京建寧西路長江隧道盾構施工為例， 通過對盾構管片在預制生產以及盾構掘進安裝過程中的管片的質量控制要點進行總結分析， 分別提煉出了管片生產及管片安裝施工中質量控制的關鍵點。

1）管片在生產過程中，要重點加強對管片混凝土質量的控制及管片模具的精度控制，利用三維激光檢測及3 環試拼裝等措施加強過程中的偏差檢驗。

2）管片安裝施工中，要重點加強對襯砌環面的平整度、橢圓度的控制，加強過程中環內、環間錯臺以及壁后注漿的質量控制。