管片破碎现象分析及管片修补方案.docx
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管片破碎现象分析及管片修补方案
管片破碎现象分析及管片修补方案
1.管片破损现象分析
1.1.概述
随着城市的日益发展和扩大,城市交通拥挤问题也越来越突出。
为缓和交通拥挤的状况,城市的交通纷纷向空中和地下发展。
在地铁隧道施工工程中,经常会发生管片破碎、隧道渗水、漏浆、地面沉降等一系列问题。
管片破碎现象是施工中的最普遍现象。
由于管片破碎,不仅会引起隧道渗水、漏浆,而且会影响到隧道的使用性能,因此是隧道施工过程中较棘手也是必须妥善处理的问题之一。
1.2常见管片破碎发生部位
管片破碎现象在隧道衬砌的内外两侧均有发生。
衬砌外侧,一般发生在管片与盾构机外壳的接触部位(以拱底块、标准块与邻接块接缝处、封顶块居多);内侧一般发生在管片的角部(以标准块、邻接块和封顶块居多),管片中部少有发生。
1.3管片破碎原因分析
造成管片破碎有多种原因:
(1)搬运和堆放时造成的破碎,在搬运、堆放过程中的碰磕,
经常导致在碰磕位置处产生小块破裂。
(2)管片拼装操作
1拼装时,由于管片环面之间及相邻两块管片间接触面达不到理想的平行状态,使得衬砌角部先受力而产生应力集中,导致管片角部破碎。
2封顶块安装时,由于先行安装的5块管片圆度不够,两邻接块间的间隙太小,把封顶块强行顶入,导致封顶块及邻接块接缝处管片破碎。
有时未按设计要求在其两侧涂刷润滑剂,亦会导致管片破碎,破碎部位发生在邻接块上部及封顶块两侧。
3前一环环面不平整,块与块间有错位,导致下一环管片拼装时易产生破碎。
4拼装时为抢进度,管片就位速度过快而产生碰磕,以及存在管片错缝时,易引起管片边角的破碎。
5管片横鸭蛋
隧道衬砌共有六块管片组成,拼装成环后,其外径为6200mm,内径为5500mm。
实际拼装成环后,衬砌的横向、竖向直径均有不同程度的偏差,设计允许偏差值为10mm。
一般衬砌拼装成环后,横向直径增大、竖向直径减小,俗称横鸭蛋。
相应地,衬砌与盾构机壳之间的空隙,横向缩小、竖向增大。
衬砌横鸭蛋主要造成两个方面的影响:
一、导致衬砌与盾构机内壳之间的净距减少,特别是盾构姿态与管片姿态不一致时,易造成推进时盾构机壳擦伤管片,破碎部位一般发生在管片外弧面,以标准块与邻接块接缝处最为普遍。
二、当管片拼装成环后其直径为设计直径时,管片纵缝各槽口应完全吻合。
衬砌横鸭蛋,造成衬砌纵缝略有张开,部分槽口已吻合,而其他槽口仍存在空隙,由于受力不均匀应力集中,容易导致管片破碎。
这种情况下,破碎一般集中在管片内弧面的角部而且破
碎时间发生在管片脱出盾尾后。
(3)盾构机姿态与管片姿态相互关系不一致
1在隧道施工过程中,为控制好隧道轴线,必须逐环测量盾构姿态和管片姿态,根据测量资料及时调整各项推进参数。
当管片与盾构机相对关系一致,即管片与盾构机基本保持同心,管片法面与盾构机推进方向基本垂直时,管片破碎较少。
在实际施工过程中,
管片与盾构机的相对关系常常不能保持理想状态,当管片的环面与盾构推进方向存在夹角时,其合力作用方向部位的管片容易破碎。
2盾构机轴线与管片环向轴线间交角偏大
盾构推进过程也是不断纠偏过程。
盾构机与管片衬砌环间的相对关系不可能总是保持理想状态,特别是转弯、竖曲线段和纠偏量大时,管片外弧与盾尾内壁间的距离沿环向分布不均匀,造成一侧间距很小,而另一侧间距较大,这时易产生卡壳”现象,即两者碰在一起。
盾构机一推进,就会造成管片一定部位破碎。
3衬砌环面不佳
造成衬砌环面不佳有多种原因,如纠偏、拼装质量差、环缝夹泥等。
管片环面不佳,引起管片受力不均匀,从而导致应力集中部位的管片破碎。
(4)推进时管片受力不均匀
盾构推进时推进力通过油泵衬垫传递到管片上,油泵衬垫与管片接触部位是应力集中区。
如果衬垫面不平整或者衬垫面与管片环面存在夹角,就会造成管片破碎。
(5)同步注浆浆量分布不合理
同步注浆浆量分布不合理不会直接造成管片破碎,但会导致管片卡壳”而造成破碎。
同步注浆后,隧道上部的浆液会逐渐向下部流动,形成下部浆液多而上部浆液少的状况,引起隧道上浮,上部管片(尤其是封顶块、封顶块与邻接块接缝处)与盾构机内壳间隙减少,推进时造成管片破碎。
(6)管片质量
运到现场的管片本身存在质量问题,如管片的保护层过厚、管片养护时间不足、管片裂缝较多、管片修补部位强度没有达到设计要求等,在施工时也容易造成管片破碎。
(7)管片破碎原因统计
表1管片破损原因统计表
管片破碎原因
百分比
搬运和堆放
5.3
管片拼装操作
38.2
盾构机姿态与管片姿态相互关系不一致
21.6
推进时管片受力不均匀
18.5
同步注浆浆量分布不合理
6.5
管片质量
9.9
1.4管片破碎的防治措施
管片破碎常常是以上一种或一种以上因素综合作用的结果,经
过仔细分析再采取针对性措施进行处理,可以减少管片破碎现象的
发生:
1.4.1搬运堆放时的针对性措施
(1)在搬运过程中轻吊慢放,着地时要平稳;堆放时不宜超过3层,并正确摆放垫木。
(2)吊放管片的钢丝绳上缠橡胶条等,在起吊时,能起到缓冲作用,或者选用尼龙绳来代替钢丝绳。
(3)选、摆放好垫木,在管片车上管片搁置部位设置橡胶条,以起到缓冲作用。
1.4.2管片拼装时的针对性措施
(1)按要求贴好角部止水橡胶条、传力衬垫、纠偏石棉橡胶板。
(2)拼装前,先测量前一环各管片之间的相互高差,包括环向和径向。
根据实测数据,调整已粘贴好的纠偏锲子,以保证拼装后环面的平整度。
(3)拼装前清理前一环管片上的泥块及浆液,保证环面清洁、无夹泥。
(4)拼装时保证衬砌环圆度,块与块不错位。
推进油泵的伸缩顺序应与管片拼装顺序一致。
两侧标准块、邻接块安装时油泵应同时收缩及伸出,以减少环与环之间管片错位现象。
(5)封顶块安装前,实测并确保顶部两邻接块间间距,并通过推进油泵的伸缩来调整好邻接块间的间距,控制在比设计值大6mm左右,以便顺利安装封顶块。
(6)竖曲线段推进时,在安装拱底块时根据实际情况予以落
低或抬高,减少管片卡壳”现象
143推进时的针对性措施
(1)推进前检查各油泵衬垫的完好情况,发现有破损的及时调换,同时应仔细观察衬垫与管片环面的吻合程度,对不吻合处可增设石棉或橡胶锲子来调整,确认吻合后再开始推进。
(2)在盾构推进时,及时根据设计要求、盾构穿越土层的变化、上部载荷情况以及测量资料来调整各项施工参数,将盾构姿态严格控制在设计允许偏差范围之内。
同时,结合隧道衬砌的实际情况,在不超出偏差范围的情况下,对盾构姿态作适当调整,使盾构机与管片尽可能处于同心状态。
(3)当管片与盾构机轴线夹角较大、管片与盾构机壳间隙较小又必须进行盾构机姿态调整时,可以采取以下措施:
通过粘贴纠偏锲子来调整衬砌环面;
推进时,前半环顺着管片原轴线方向推进,待管片与机壳之间的缝隙增大后,后半环推进时再对盾构姿态进行调整。
以上两种措施结合运用,可以使管片与盾构机之间的轴线夹角变小,同时减少管片外部的破碎。
(4)同步注浆时,控制好注浆量的分布和注浆压力。
管片与机壳上部无缝隙时,增大上部的注浆孔注浆量及注浆压力,下部注浆孔不注,通过浆液将管片往下压;如管片与机壳下部无缝隙时则反之。
正常推进时,在总注浆量不变的前提下,减少管片下部注浆孔的注浆量,可以减少管片的上浮。
在曲线段推进和纠偏时通过有目的地选择盾尾同步注浆孔,改变各个注浆孔的注浆量分配和注浆压力,来调整管片姿态。
144把好管片质量关
对进入施工现场的管片,应逐块进行检查。
发现管片明显存在质量问题的,应坚决退回生产厂家,不让一块不合格管片下井。
同时派专人负责管片的生产,进驻生产厂家掌握管片生产情况,将施工中发现的管片质量问题,及时向生产厂家反馈,督促生产厂家改进生产工艺,提高管片质量。
管片存在小的质量问题可以进行修补处理的,应在地面进行修补、并做好标识,养护到设计规定强度后再下井使用。
1.5结论
在盾构法隧道施工过程中,通过采取各种措施,特别是控制好管片拼装操作质量,管片破碎现象发生几率较原来减少50%左右,
尤其是标准块与邻接块接缝部位的破碎大为减少,从而减少了由于管片破碎引起的渗水、漏浆现象,对于提高隧道的质量,保证隧道的安全运行,具有一定的意义。
2管片修补方案
管片运输、吊放和拼装过程中,不可避免地会产生管片碎裂,从而导致隧道渗漏水。
主要采取措施可分为以下方面,即:
管片出厂前修补、工地现场地面修补、工地现场井下修补、拼装结束后的碎裂再次修补、渗漏水的封堵等。
2.1、管片出厂前修补
我们要求管片生产厂家在管片出厂前,必须对成品管片的外观进行检查。
发现管片有缺边少角等情况时,由专业修补人员进行修补,待修补处具有一定强度时,方能运输出厂,同时做好管片修补记录,以备核查。
2.2、工地现场地面管片修补与止水材料、传力材料的粘贴
由于管片吊运至现场管片堆场时,经常会造成管片缺边掉角现象。
因此,在管片卸车和翻运中,必须细致认真。
一旦发现管片有碎裂现象,由专人对碎裂部位进行及时清理,同时,采用双快水泥予以修补,待修补部位具备一定强度时再吊入隧道使用。
在止水材料和传力衬垫粘贴时,必须按照规定进行粘贴,防止由于粘贴不正确造成管片在拼装时受力不均而碎裂。
2.3、井下管片修补
对已经拼装完成,造成管片有碎裂的部位,在管片脱出盾尾并具备修补条件时,对碎裂部位进行清理,凿除碎裂的部分,并由专人进行修补,为保证管片的外观质量,必须消除由于修补造成的色差。
2.4、管片渗漏水的封堵
(1)环、纵缝及手孔渗漏水封堵
对环、纵缝渗漏水现象,我们主要采用嵌入海绵条,同时用双快水泥予以封堵。
手孔渗漏水一般为橡胶密封圈损坏造成的,主要采用更换密封圈的方法进行消除渗漏水。
如以上方法均无法有效封堵渗漏水,则米用下面的方法进行。
(2)咼压灌注堵漏
高压灌注堵漏工艺,主要为在管片裂缝内注入水溶性聚氨酯堵漏剂,使其遇水分散乳化,进而凝胶固结,与周围混凝土粘接,起到止水和加固补强的双重功能。
1)施工工艺
a.寻找裂缝
对潮湿的部位,先清扫结水,待潮湿部位全部清理干净、表面稍干时,仔细寻找裂缝,用色笔或粉笔沿裂缝做好记号。
b.钻孔
按混凝土结构厚度,距离裂缝约150〜350mm,沿裂缝方向两侧交叉钻孔。
孔距按现场情况而定,以两孔注浆后浆液在裂缝处能交汇为原则,孔径采用非标的13mm针头。
孔与裂缝断面成45度〜60度倾角交叉,并交汇与外侧向内1/3范围。
c.埋设止水针头
止水针头是浆液注入裂缝内的连接件,埋设时用专用工具紧
固,并保证针头的橡胶部分及孔壁在未使用前干燥,否则在紧固时容易引起打滑。
d.裂缝修补
灌注浆液从第一针头开始,当浆液从裂缝处冒出,应立即停止灌注,移入下一枚针头,以此类推,直至全部灌满为止。
为使裂缝完全灌满聚氨酯浆液,应进行二次注入。
第二次注入
应与第一次注入间隔一段时间,但必须在聚氨酯浆液完全凝固前完成。
e.表面清理
待聚氨酯浆液凝固后,管片表面应及时清理,保证隧道外观良好。
2)施工用材料
a.水溶性聚氨酯堵漏剂;
b.双快水泥;
c.泡沫条;
d.高压注浆泵专用止水针头;
3)施工设备;
a.高压注浆泵;
b.电锤、冲击钻;
c.钢丝钳等零星工具。
2.5•管片修补材料
粘结剂选甲苯乙烯-丁二烯共聚物(麦斯特BARRAEMULSLON57乳液);107#胶粘剂(可以粘结剂代用);管片生产用同品种水泥和42.5白水泥;修补用的砂应先过0.9mm筛;修补用的石子选用5-16伽细石(需冲洗);管片修补剂:
将粘结剂与水泥按体积1:
2配置,搅拌均匀,制成乳状稠度粘结浆体。
2.6.管片修补方法
(1)龟裂及宽度小于0.2mm的裂缝直接用细砂皮把裂缝周围磨
平即可。
(2)气泡的修补
1)管片拆模后由专人负责检查,管片四周包括密封垫沟槽两
侧,底面的气泡采用107#胶结剂加水泥混合腻子(以满足操作要求的稠度)
2)进水池养护前用细砂皮打磨平整光滑。
3)管片凹槽侧面的气泡填补于出厂前进行,修补前需清洁管
片表面。
(3)缺棱掉角的修补
1)修补前将混凝土基层上的松散颗粒、油脂或其他污物清理干净,再用水浸透基层。
2)将管片修补剂与(快硬)水泥混合成浆体(以满足修补操
作要求的稠度),用抹刀涂于准备好的潮湿(面干)混凝土表面,表面的空隙要涂满,一次修补厚度不超过5伽,等浆体干后马上再抹一层,直至抹平,将多余的浆体清理干净。
3)缺棱掉角深度大于1cm可采用修补砂浆修补,修补砂浆配
比:
管片修补剂:
(快硬)水泥:
砂=1:
2:
1.5,须二次修补。
4)修补好以后应进行适当养护,保持潮湿状态,不少于3天
5)用砂皮打磨光滑。
(4)当管片破损深度>5mm时
先用凿子刮去表面微细裂痕,用水清洗基面,清除所有的浮浆、油迹、粉尘等杂物,然后装上木模板,用管片修补剂进行修补填平,干透后再用砂纸将表面打磨平整。
(5)当管片露筋时
基层处理,用刀刮去钢筋表面的污垢,再用高纯度酒精清洗钢筋,并清除表面所有杂物。
待干透后,在管片周边装好木模板,再用管片修补剂将修补部位填平,干透后再用砂纸将表面打磨平整。
(6)当管片边角崩块时
基层处理,用凿子刮去表面微裂痕,并清除表面所有杂物。
然后在管片周边装好木模板,再用管片修补剂将修补部位填平,干透后再用砂纸将表面打磨平整。
2.7.其它注意事项
(1)白水泥用来调控修补混凝土的色差,掺加比例一般需大于总水泥用量的50%,各按实际效果调整。
(2)管片修补后24小时内应防止雨水直接冲淋与曝晒。
(3)根据实际情况,各类缺陷的最后一次修饰(修补)应于
出厂前进行:
用管片修补剂涂刷平整,消除修补后产生的裂缝。
凝固后打磨光滑,管片缺陷的最后一次修饰并养护1天后方能出厂。
(4)安排熟练修补工进行修补,并达到修补质量要求。
(5)出厂前修补场地大小即待修补管片的堆放周转、修补人员的配备满足相应管片出厂节拍。
合理安排管片修补的提前量,确保一定的合格管片存量,遇连续下雨天可采取待修补管片集中(水平)堆高,以轻质建材覆盖遮雨再进行修补,保证修补质量。
(6)管片出厂前须逐块检查修补质量,不符合要求(包括养
护期)不得出厂。
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