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盾构隧道用混凝土管片质量检测技术研究

摘 要:文章主要针对盾构隧道用混凝土管片生产过程中易出现的质量问题,研究混凝土管片质量控制措施,分析混凝土管片质量检测技术存在的难点及其相关的技术处理方法, 提出一套规范、可行的混凝土管片质量检测技术方法,为管片生产控制提供科学有效的管理手段。
0 引言
  轨道交通建设项目多位于市繁华中心区域,且福建省内轨道交通建设项目有多处跨通航海域、江域,影响项目建设的因素较多,盾构法隧道在项目建设中具有较大的优势。盾构法隧道的广泛运用增加了预制管片的需求,预制管片的生产质量直接影响到前期生产、 现场安装及后期运用的安全与寿命。 因此,做好预制管片质量检测是一项亟待解决且具有重要的经济性和社会意义的工作。
1 盾构隧道用混凝土管片质量控制
1.1 研究对象项目简介
  该项目研究对象主要依托厦门市轨道交通 1号线三标管片厂预制生产的混凝土管片,其主要技术指标为:衬砌环直径外径 6 200 mm,内径 5500mm,厚度 350 mm,环宽 1200 mm;混凝土采用强度等级C50≥P10,埋深超过 30 m 处 P12。 衬砌环单环共 6 个部件,分别为 3 个标准块、2 个邻接块和1 个封顶块。
1.2 常见病害及成因分析
 1)管片自身质量存在问题。 管片生产过程中,由于密封垫的沟槽设置位置不合理,导致混凝土内部产生小型气泡,从而影响管片出来后的质量。 在实际使用时,外面的水绕过密封垫,从水泡、气泡孔处渗漏进来,这样管片就无法发挥应有的作用。
 2)管片止水条在工作中不紧实。 管片在工作中难免会发生碰撞,但是管片经过碰撞后,其上面的止水条由于不紧实而发生脱落, 密封垫没有形成闭合的防水圈,导致水从缝隙中流入。
 3)管片衬背注浆时工作不严谨。 管片衬背注浆时由于工作不严谨,注浆没有注满,这样的后果就是封条贴合不紧。 一旦管片顶部积水,随着时间的推移水会越积越多,密封垫压实比较薄弱的地方就会出现渗漏。
 4)掘进过程中推力不均匀。
  掘进过程中推力在其上面作用时,力是不受控制的,所以表面就会因为不均匀的力导致承担不起载荷作用力,产生裂纹等情况出现渗漏水。 除此之外,在掘进时推力过大也会造成管片产生裂纹而渗漏水。
 5)管片拼装质量存在问题。
  在进行管片拼装工作时, 上一道工序并没有将管片表面进行清洁处理。 管片中一旦有泥土等杂物,在拼装的时候就容易出现空隙从而出现漏水现象,这种问题会严重影响后续工作的进行,拼装 K 块时,K块密封条损坏,造成渗漏水;管片螺栓紧固不到位,造成管片防水没有压实发生渗水,或管片螺栓紧固过早,导致管片整体未压实。 以上原因都是在工作过程中管片拼装存在质量问题所导致的,对于这种问题,相关工作人员一定要多加关注。
2 盾构隧道用混凝土检测技术
  管片在出场前应检测的项目有:抗弯性能、渗漏检验、注浆孔抗拔试验、回弹强度、钢筋保护层厚度,另有采用目测及简易测量的检测项目:外观质量检测、管片尺寸偏差、三环水平拼装。文章内容主要针对抗弯性能、渗漏检验、注浆孔抗拔试验、回弹强度、钢筋保护层厚度五个项目进行深入的研究。 检测对象为 PⅠ-B1-39 环管片。
2.1 抗弯性能检测
  文章主要对外部施加荷载观测管片出现的裂缝尺寸进行观测,对管片进行承载能力极限试验,以检测其在规定的检测方法能否达到设计要求或达到破坏状态的最大承载力(如图 1 抗弯性能检验装置示意图)。
2.1.1 存在问题
 ①用于观测扰度、水平位移的 D1~D7 测点位置(即百分表安装位置)分布情况不明确;
 ②荷载加载系统的压力在需要稳压状态观测时,因荷载加载设备的密封性等仪器设备问题,压力值出现缓慢下降的情况。

2.1.2 处理方案
 ①扰度位移观测点布置方案主要按均匀分布的思路(图 2 抗弯性能检验位移测点示意图);
 ②水平位移观测点布置方案主要按对称分布的思路,在管片外幅面两端 1/2B 处(B:管片环宽)设置 D6、D7观测点;
 ③采用直读式加载装置,及时施加压力以补偿压力损失。 
  盾构隧道的防水体系由混凝土管片的自防水、弹性密封垫、注浆等构成。 预制管片在渗漏性能检测方面存在问题有:
 1)分级加载后的设定的稳压时间内,出现水压下降。
 2)渗漏检验过程中,因橡胶密封垫不密实出现渗漏水。 对此提出相应的处理方案:
 ①出现水压回落应及时补压,保证水压保持在规定压力值;
 ②因密封原因导致渗水,判定试验失败,重新检验。
2.2 注浆孔抗拔检测存在问题及其处理方案
  混凝土管片注浆孔在工程中主要有两个作用,一方面是将管片进行吊装处理,另一方面是在工程后期工序中进行灌浆操作。 另外,对管片进行安装时,主要使盾构机举头的螺纹与该组件的内螺纹孔对接好,以便后期能够顺利将举头拧进去,从而保证工作后期正常进行起吊和安装工作。
存在问题:
  在加载过程中,抗拔螺杆出现偏位,竖向位移检测数据不准确;处理方案:在检测前,预先加载 5 kN,并维持荷载约 10 min,观察抗拔螺杆的位置情况,避免在加载过程中出现偏位。
2.3 回弹强度检测及钢筋保护层检测
  该项目主要依据《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》JGJ/T 23 的相关规定进行检测。 回弹强度检测遇到的问题主要在构件组批划分。 应根据管片生产的实际情况,综合考虑构件的组批划分。 文章研究主要选择以每环的 3 个标准块、2 个邻接块合并作为一个构件,在 5 块试件上均匀布置测区进行检测,作为回弹强度检测的方案,主要原因如下:
 1)每环管片使用的混凝土方量为 7.73 m3,预制用的混凝土使用同一批材料拌制而成;
 2)管片标准块、邻接块弧长约 3.4 m,其外弧面为混凝土浇筑的施工面,内弧面预留 10 个连接螺栓孔,1 个吊装/注浆孔。 按 JGJ/T 23 规范要求布置测区,则需要避开外弧面、内弧面预留孔等位置,仅能在内弧面无预留孔、管片拼接面布置测区。 每一块分布 10 个测区,则测区过近未能做到合理布置;
 3)管片预制是同一环统一进行流水线生产,是每个构件验证身份的唯一性标识,作为后期运输、安装的依据,同一环的 6块,应为一个整体构件。
  依据《混凝土中钢筋检测技术规程》JGJ/T 152,进行钢筋位置及保护层厚度测定。 在检测前依据管片施工设计图纸中的钢筋配筋图,在待检测位置标注出全部待检的钢筋位置和相互距离的标示,检测过程中边检测边修正标示钢筋位置。
3 技术研究的成果
  开展混凝土管片系列质量检测工作,进一步对管片质量检测技术进行研究。 随着研发过程的进展,逐步解决了管片质量检测技术的疑难点并提出可行的方案,如抗弯性能、抗拔试验过程油压压力的补偿,抗弯性能水平位移观测点布置,渗漏检验水压压力的补偿,回弹强度构件划分及测区分布,钢筋保护层主筋定位等。并将各主要研发项目进行整理,制订相应检测方案及作业指导书,保证施工过程符合规范并具可操作性,有效地保证管片质量检测结果的准确性及公正性。
4 结语
  盾构施工技术的工作原理是通过盾构外壳和管片支承四周围岩,防止发生往隧道内的坍塌,是一种全机械化的施工方法。 施工人员在工作中必须认识到管片质量对于工程质量的重要意义,并在后续工作中加强对管片质量的检测。 该项目通过相应的技术手段对管片进行检测, 进一步研究管片检测技术,为管片质量控制提供更详细、可行的检测方案。
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