复合式TBM质量通病原因分析及处理方案

案例：重庆轨道交通六号线二期复合式TBM茶园段

摘要：复合式TBM充分吸取了盾构机和敞开式硬岩TBM等多种掘进机的优点而设计的，它能够适应较广范围的地质条件，既能用于粘结性、砂质泥岩、非粘结性、有水或无水的软土或硬岩等多种复杂的地层；同时又能保证较高的掘进速度，能有效的控制地表沉降。经过采取优化的辅助措施，如膨润土、加泡沫剂、聚合物等，可以在松散的砂、砾地层中稳定开挖面，从而确保安全地掘进；

随着复合式TBM在重庆地铁轨道交通建设中的广泛应用,标志复合式TBM隧道质量水平的管片质量得到重点关注。本标段复合式TBM设备选型主要依据本工程地质条件和本工程特点来确定，管片安装机的操作采用无线遥控与有线操作的方式，以便使操作者能轻松、高效的操作，使注意力更多地集中在控制管片安装的质量控制上。尽管施工单位在设备选型、管片生产、管片拼装等方面已经做到精益求精，但从实际施工效果来看，管片拼装后仍存在管片渗水、错台、开裂等通病。为稳定管片质量,对管片质量通病进行研究并采取必要措施很有必要。

一管片渗水

1、原因分析

管片渗水影响因素较多，排除管片材质自身防水因素，导致管片渗水主要原因有：

（1）、管片的接缝防水（防水密封垫） 本工程接缝防水主要采取在管片密封垫沟槽内粘贴三元乙丙橡胶弹性密封垫，通过密封垫被压缩挤密来防水，此种材料施工较为方便，短期内防水效果较佳，但此种材料防水原理（密封垫能长时间保持接触面的压应力不松弛）决定了材料性能本身优劣将极大影响接缝的防水效果，另外一点就是密封垫的制作安装误差和粘贴密合程度也会影响到防水的效果。

（2）、壁后注浆防水壁后注浆主要用来控制地面沉降，但客观上是隧道防水的第一道防水防线。壁后注浆实施的好与坏，包括浆液配合比、注浆压力选择将直接影响到隧道的防水质量，同时壁后注浆的注浆量不足也会引起隧道产生较大沉降变形而漏水。

（3）、掘进过程控制不当引起漏水 ①盾构与管片的姿态控制不好，影响到管片的拼装质量，造成管片间错位，相邻管片止水带不能正常吻合压紧，从而引起漏水；②掘进过程中推力不均匀造成管片受力不均匀而产生裂纹、贯穿性断裂等而渗漏水。③在掘进困难时推力过大也会造成管片产生裂纹而渗漏水。

（4）、 其他操作原因由于掘进行程不足导致封顶块插入困难时止水条破坏而漏水。因此拼装封顶块时先量宽度是否足够，否则需要调整，不得强行插入，否则可能导致密封垫破损而引起渗漏水。

2、处理方案：

根据不同的部位及渗漏水情况进行统计分析，先利用管片注浆孔注水泥+水玻璃双液浆进行堵漏，然后再选用固化时间短、膨胀系数大的聚氨酯堵漏材料。

（1）管片环、纵缝封堵方式采用针头高压注浆堵漏的施工方式，所用材料为水溶性聚氨脂堵漏剂；

（2）在管片漏水处的每道环、纵缝上设两个斜向注浆孔，注浆孔距环、纵缝约80mm，两孔间距300～500mm，钻孔时钻头与管片表面呈60度～70度角进入，孔的末端应在管片厚度的1/2处达到两块管片的接逢处；

（3）钻孔完毕后在孔内埋没止水针头并用专用工具将其拧紧，漏水较大处的针头暂缓埋没但埋设塑料管作临时引水，在其相邻针头注浆完毕后将塑料管取出及时埋入针头用高于相邻针头注浆压力1～2MPa进行注浆；

（4）对所需注浆堵漏的纵、环缝在埋设针头前采用微膨胀、快干水泥进行嵌缝处理。嵌缝时要做到平整光滑、线条清晰、整体美观，并在所嵌缝的两端进行封闭处理，预防高压注浆时跑浆；

（5）正式注浆前先用清水对所埋设的每一个针头进行试注，一方面观察所埋设的针头根部是否漏水；若发现漏水要及时进行加固处理。另一方面对缝隙内的灰尘进行清洗，以便在正式注浆时能达到预期的质量效果；

（6）选用施工经验丰富的专业注浆人员，采用高压注浆设备，对所埋设的针头逐一压注油溶性聚氨脂堵漏剂，压力控制在10MPa左右，注浆顺序为以破损面为中心，由远向近依次压注；

（7）注浆时要保证缝隙表面有浆液渗出，同时相临两枚针头之间的缝隙上浆液要遇合，若发生无浆液渗出和不能遇合现象，应及时补设针头重新注浆。

二管片错台

1、原因分析

（1）、操作不当①拼装过程中管片的连接螺栓未拧紧或未及时进行复紧。②在硬岩段且处于曲线段掘进时姿态调整过急过猛易导致错台现象。③进行管片二次补浆的压力过大导致错台的出现。

（2）、 壁后注浆壁后注浆是保证管片错台与否的重要原因之一。隧道是一种管片衬砌和地层一体化的结构稳定的构造物，管片上的作用力也是在这个假设的条件下考虑的。这意味着管片背面空隙的均匀填充是确保作用外力均匀的先决条件。所以防止管片因外力作用而引起的错台主要是靠壁后及时、充实的填充,但是注浆的压力过大也会造成管片的错台。

（3）、管片选型因管片的选型不当可能导致盾尾间隙过小，在盾尾前进的过程中会使得管片发生错台，甚至管片外壁遭到破坏。同时本工程选用重庆地区和成都地区两家管片厂管片，通过开裂情况分析，管片混拼比用同一厂家管片更易产生开裂。

（4）、 姿态控制①在不均匀地层(例如左右不均匀段)会导致千斤顶对管片的作用力不均匀而产生的错台; ②在转弯段因千斤顶的不对称作用力而产生的一个偏离轴线向外的分力导致错台。

（5）、管片上浮管片出盾尾后由于地下水浮力的作用，就与在盾壳内的管片形成错台，随着掘进的进行，这种错台是缓慢和逐渐的发展，此种错台几乎不可避免。

2、处理方案：

（1）、根据隧道净空检查的结果分析，出现的错台不应侵入结构限界，否则应另行处理；

（2）、TBM掘进过程中，对TBM的姿态不应“急纠”，要逐步校正；

（3）、加大同步注浆量，及时填充管片与围岩之间的空隙；

（4）、根据地层岩性，及时采取措施防止由于隧道围岩应力环境和地下水环境突然变化造成的隧道变形。

三管片开裂

1、原因分析：

（1）、管片生产过程造成的开裂

此过程的开裂分两个阶段显示：第一阶段是管片脱模以后的养护阶段，主要是以表面裂纹为主，能目测；第二阶段是28d后在出厂运输、吊卸及拼装过程中发现的微细裂纹，这种裂纹出厂检查不易目测到，但管片一旦受到集中应力作用，裂纹就迅速扩展以致产生肉眼可见表面裂纹（裂缝）。

（2）、盾构施工过程中的管片开裂①拼装管片前对盾尾的清理不干净，使得管片的环缝夹有泥砂，造成整环管片的环面不平整，掘进时就会因不均匀受力而产生裂纹；②在拼装过程中因拼装顺序或管片类型错误使得环面不平整，导致受力不均匀产生裂纹；③在硬岩段或不均匀地层中因推力过大或推力不均匀导致管片出现裂纹；④在进行管片补浆时因压力控制过高导致管片开裂；⑤在姿态较难控制时，过于纠偏使得盾尾间隙过小或推力不均导致裂纹出现。

2、处理方案：

为便于进行管片裂缝修补，修补前先观察裂缝渗漏情况以及贯穿情况等，并做好标识与记录。施工工艺流程如下：

（1）、凿除破损混凝土 施工前将破损处仔细的检查后确定破损面积，然后用电动锤开凿或者使用手锤进行开凿，在开凿的过程中要确保破损面积不扩大，同时要注意施工安全。

（2）、清理破损基面在清理破损基面时，一般用钢丝刷或清水进行冲洗，确保基面残渣干净，待基面干燥后方可修补。

（3）、砂浆补平根据管片破损的程度采取相应的修补方式进行逐层修补，在第一道填补完成后，要保证黏贴度和硬度，待砂浆干硬后方进行下道的修补措施。

（4）、打磨待修补好管片破损基面后，在砂浆干硬后进行表面磨平处理，主要采用纱布或电动磨光机将表面清理平整，确保光滑度。

（5）、涂刷调色剂调色剂的主要配比为：52.5Mpa水泥：白水泥：粘合剂=1：2：0.8，在涂刷时必须用质地柔软的刷子进行涂刷，确保其表面颜色均匀，确保光滑度。

（6）、检查验收等完成调色剂后过2-3天进行自查，发现有修补效果不好的地方再重新进行修整，确保验收合格。

四结束语

随着TBM在城市轨道交通的广泛应用，随之出现的相关问题应得到参见各方的重视与研究。在TBM安装管片过程中，管片由于各种原因会产生质量通病,应对产生原因仔细分析,并采取相应的措施进行补救。同时在早期采取相应的预防措施以减少质量通病的产生。随着TBM技术的不断成熟和新材料、新工艺的进步,相信管片拼装后出现的渗水、错台、开裂等问题会得到更好的处理与解决。