地铁隧道管片拼装质量控制.docx
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地铁隧道管片拼装质量控制
地铁隧道管片拼装质量控制
长春地铁一号线卫星广场～南环路站区间线路整体呈南北走向，区间采用盾构法施工，不采用减震措施，左、右线设计起止里程范围均为K24+466.905～K25+844.928，设计左线全长1379.487m、右线全长1379.464m（区间存在短、长链）。
区间纵向基本呈V形坡，最大坡度为25‰。
盾构隧道衬砌采用C50预制钢筋混凝土管片，衬砌环外径6.0m，内径5.4m，管片厚度0.3m，环宽1.2m。
管片衬砌每环由6块管片组成，采用错缝拼装方式，隧道转弯时采用左、右转弯楔形衬砌环，盾构机选用土压平衡盾构机。
管片拼装质量一直是地铁工程盾构法施工中的一项难题。
盾构施工的成果是也只是一环环相连接的管片，如果这些管片拼装质量不高，会在外观反映出来。
这将直接影响隧道的验收，间接的会对施工方有很多负面影响，因为管片拼装质量代表施工单位的施工水平，所以对其一定要非常重视。
本小组成立于2014年3月，为现场攻关型QC小组。
小组成员11人，均受过高等教育，有较强的实际操作能力和丰富的理论知识。
平均每人接受QC知识教育时间为30课时。
具体如下
QC小组名称
中铁二十二局集团有限公司长春地铁一号线南中区间项目经理部地铁隧道管片拼装质量控制QC小组
所属部门
长春地铁一号线项目经理部
小
组
人
员
情
况
顺序
姓名
年龄
性别
职称
文化程度
组内职务
1
刘小东
42
男
高工
本科
组长
2
韩震
38
男
工程师
本科
副组长
3
姚义
30
男
工程师
本科
副组长
4
李朋辉
31
男
工程师
专科
组员
5
刘畅
28
男
助工
大专
组员
6
周祖斌
29
男
助工
本科
组员
7
朱斌
29
男
助工
大专
组员
8
赵基鹏
29
男
助工
大专
组员
9
唐毅雨
28
男
助工
本科
组员
10
刘民
26
男
助工
本科
组员
11
张城凯
26
男
助工
本科
组员
管片拼装质量一直是地铁工程盾构法施工中的一项难题。
盾构施工的成果是也只是一环环相连接的管片，如果这些管片拼装质量不高，会在外观反映出来。
这将直接影响隧道的验收，间接的会对施工方有很多负面影响，因为管片拼装质量代表施工单位的施工水平，所以对其一定要非常重视。
从2013年11月3日盾构机始发开始，到掘进200环，管片拼装质量存在一系列的问题，集中表现在以下五点：
1、管片破碎
管片内侧破碎集中在管片的棱角处，主要为封顶块与邻接块的两个后角、标准块与邻接块的前后角；外侧破碎主要为标准块与邻接块的外侧，即整环管片的左右侧。
2、错台错缝
拼装完成的两环管片间内弧面不平，环高差过大，称之为错台；环纵缝不保持在同一直线称之为错缝。
错台集中在A块与B块的交界处，最大错台量达10mm；错缝现象较多，包括环缝和纵缝。
3、张角
管片张角最明显的现象为成环管片前后圆面大小不等，张角出现频率较多的为左右侧标准块与邻接块的纵缝处
4管片渗漏水
管片渗漏水体现在沿管片环纵缝出现的湿渍、滴水情况，主要存在于整环管片的上半部分。
5、管片变形
管片呈明显的类椭圆形，即横鸭蛋形状，管片直径偏差最大达16mm。
上述现象只是前200环管片外观的一小部分，如此质量很难通过隧道验收，并且照此下去，将对公司的声誉带来很大的负面影响，及时整治已经到了不容滞缓的地步了。
小组按照规范确定目标：
直径偏差控制在12mm内，环纵缝张开在2mm内，错台不得大于4mm，管片无明显张角，无破碎和滴水现象，允许偶见湿渍。
1、人员方面
项目部在职人员中有一半参与过北京地铁6号线的掘进工作，对盾构施工主体相当了解。
管片拼装手由分包劳务派出，个别拼装手对本台盾构机管片拼装机操作遥控器不太熟练，之前也没有太多此方面的经历。
2、机械方面
对管片拼装造成影响的主要是管片拼装机，本区间采用的铁建重工集团生产的盾构机，机器是新采购，设备还处于磨合阶段，管片拼装机压力过大，动作速度过快，拼装手拼装时很难精确控制，很容造成管片错台和管片碎裂。
3、材料方面
主要是管片本身的质量问题。
此次管片由业主指定荣昌管片厂生产。
与北京6号线相比，这一批管片的质量不高。
出厂时，部分管片表面存在气泡、麻面、掉皮、起砂情况，且大部分都有明显修补过的痕迹，管片水灰比过大，成脆性，易掉角。
这对管片拼装而言，有先天性的制约。
4、方法方面
工法方面小组总结出了以下几点：
⑴一般情况下，盾构机的千斤顶面与管片环面保持统一，这样一是容易控制盾构机姿态，二是不容易挤烂管片。
而实际情况是：
因为过急的纠正姿态，盾构机区压差过大，使得其与管片法面产生大的夹角，这样管片环面角部受力方向发生改变，产生应力集中，导致管片破碎。
示意图如下：
⑵恶性循环：
前一环管片环面不平整，块与块之间有错台错缝，如没有及时地纠正，下一环就会很难拼装并容易破碎，并将带来更大的错台错缝。
⑶管片环面不在同一平面，封顶块未拼装时，两邻接块上端间距已经不满足拼装要求，呈前大后小形状，使得封顶块拼装时，两后角挤碎，两前角处缝隙过大，纵缝呈明显的八字缝，封顶块下落。
从示意图来看，邻接块后端的间距明显小于封顶块需要的最小距离，所以这种情况往往是拼一块碎一块。
5、环境影响
本区间采用可惰性水泥浆液进行同步注浆，浆液凝固慢，管片在浆液还未凝固时就发生了上浮和下沉，对管片错台影响相当大。
小组总结了上述五项因素，并在确定要因方面展开了讨论，认为：
人是施工的主导，个人的专业素质及经验会对整个工程起到决定性的作用，如我方人员在管片拼装方面有独到的见解，则不会出现这些问题；
另外，机械也是限制管片拼装质量的一方面，但小组充分认识到，过去没有这些现代化的机械及设备，也成功完成了很宏伟的工程，施工者的现场经验可以弥补机械方面的不足，而这则更说明我们经验的欠缺，所以，机械不能够决定工程的成败，谋事在人，成事也在人；
从管片质量来看，虽然不高，但相同的管片其他施工单位却能够拼装的很好，这说明我们确实有不及他人的地方需要改进。
所以，材料只是一个小的方面，绝对不能够作为一个主要原因。
综上所述，各原因归结如下表：
原因分析表
序号
原因
是否要因
1
人员经验严重不足
是
2
机械方面
否
3
管片质量低
否
4
方法不当
是
5
环境
否
针对两大主要原因，小组经过讨论后，在实际工作的各个方面采取了不同的对策，见下表：
目标对策表
序号
方面
目标
对策与解决措施
1
人员
1.会拼装
2.懂拼装
3.精于拼装
1.引进高水平作业队伍
2.老师带徒，环环跟踪学习拼装方法
3.记录每一环的贴片位置、厚度
2
方法
1.将管片破碎频率降低，力争无破碎
2.将管片渗漏水控制在规范允许范围内
3.管片无明显错台错缝以及内外张角
1.微调掘进方向，尽快使管片与盾构姿态达到同心的理想状态
2.对环面不平整的管片根据具体情况进行合理贴片
3.放大邻接块后端间距，缩短邻接块前端间距
4.拼装前清理管片，不留任何可能对拼装造成影响的杂物
5.管片落底拼装，逐步收回横鸭蛋形状
从实事做起：
⑴改进调整管片拼装机油压，调到能精准控制的位置，加强可能对管片拼装带来影响的单双梁行走电机、拼装机液压设备的检查保养。
⑵盾构司机在接下来的掘进过程中，以管片姿态控制盾构姿态，使二者形成同心、平行的前进趋势。
⑶使用修补材料把过去破碎的管片进行修补，修补材料搭配取管片配合比；对渗漏点采取二次注浆的方式进行堵漏，并采用双液浆即：
水玻璃加水泥，严重渗水部位注入聚氨酯
⑷对较大缝隙的环纵缝采取嵌缝措施。
⑸更换拼装手，起用有多年盾构法施工经验，操作过铁建重工设备的拼装手；
⑹盾构队副队长下井跟踪作业、全程监控指导盾构推进，管片拼装作业。
⑺采用老师傅们的意见，固定一种纠偏方式，环环纠、缓缓纠。
举例说明：
蓝色方框代表纠偏用的石棉板
①纠管片外张角（内外张角纠法不同）：
外张角纠正示意图
位置0：
管片块与块之间的张角达1cm，采取在当块的背千斤顶面中间粘贴一块2mm厚的低压石棉板，如位置1所示；
每贴1块2mm的石棉板，张角就会缩小3mm左右（经验值），这样只需3环就可以纠回1cm的张角。
这是一个普通的数学原理，虽然我们学历很高，终究比不上那些老工人的经验丰富。
②防止封顶块破碎的方法
方法分两步：
a、在图示位置粘贴石棉板，这起到一个将管片整体向内收的效果；
b、在封顶块的背千斤顶面粘贴2～3mm的石棉板，这将会扩大封顶块与邻接块边缘最终的间隙，对防止封顶块破碎起到很好的作用。
如图所示：
③其他
a、针对管片环面不平整
同一环管片在拼装完成后迎千斤顶一侧环面不在同一平面上，不同块之间有凹凸现象存在，给下一环的拼装带来影响。
导致环向螺栓穿进困难，并造成管片破碎等问题。
原因分析：
ⅰ管片制作误差尺寸累计；
ⅱ拼装时前后两环管片间夹有杂物；
ⅲ千斤顶的顶力不均匀，使环缝间的止水条压缩量不相同；
ⅳ纠偏楔子的粘贴部位、厚度不符合要求；
ⅴ止水条粘贴不牢，拼装时翻到槽外，与前一环的环面不密贴，引起该块管片凸起；
ⅵ成环管片的环、纵向螺栓没有及时复拧及复紧。
治理方法：
对于已形成环面不平的管片，在下一环及时加贴楔子纠正环面，使环面平整。
预防措施：
ⅰ拼装前检测前一环管片的环面情况，决定本环拼装时纠偏量及纠偏措施；
ⅱ清除环面和盾尾内的各种杂物；
ⅲ控制千斤顶顶力均匀；
ⅳ提高纠偏楔子的粘贴质量；
ⅴ检查止水条的粘贴情况，保证止水条粘贴可靠；
ⅵ盾构推进时骑缝千斤顶应开启，保证环面平整。
b、针对管片环面与隧道设计轴线不垂直
拼装完成后的管片迎千斤顶的一侧整环环面与盾构推进轴线垂直度偏差超出允许范围，造成下一环管片拼装困难，并影响到盾构推进轴线的控制。
原因分析：
ⅰ拼装时前后两环管片间夹有杂物，使相邻块管片间的环缝张开量不均匀；
ⅱ千斤顶的顶力不均匀，使止水条压缩量不相同，累计后使环面与轴线不垂直；
ⅲ纠偏楔子的粘贴部位、厚度不符合要求；
ⅳ前一环环面与设计轴线不垂直，没有及时地用楔子环纠正；
ⅴ盾构推进单向纠偏过多，使管片环缝压密量不均匀而使环面竖直度差。
治理方法：
ⅰ合理的修改管片的排列顺序，利用增减楔子环（曲线管片）来进行纠偏；
ⅱ根据需要纠偏的量，在管片上适当的部位加贴厚度渐变的传力衬垫，形成楔子环，对环面进行纠正。
一般一次加贴衬垫的厚度最后不超过6mm。
偏差大可进行连续多环的纠偏达到目的；
ⅲ当垂直度偏差较大，造成管片拼装极苦难，盾壳卡管片严重时，可采用纠偏量较大的刚性楔子。
预防措施：
ⅰ拼装时做好清理工作，防止杂物夹杂在管片环缝间；
ⅱ尽量多开启千斤顶，使盾构纠偏的力变化均匀；
ⅲ在施工中经常测量管片环面的垂直度，并与轴线相比较，发现误差，及早安排制作楔子纠环面。
c、针对纵缝质量不符合要求
纵缝质量差表现在不同环的管片相互位置发生变动，致使纵缝出现了前后喇叭、内外张角、内弧面产生踏步、纵缝过宽、两块管片相对旋转等质量问题。
对隧道的防水、管片的受力都造成严重的危害。
原因分析：
ⅰ拼装时管片没有放正，盾壳内有杂物，使拱底块管片放不到位或产生上翘、下翻，环面有杂物夹入环缝，也会使纵缝产生喇叭；
ⅱ拼装时管片未能形成正圆，造成内外张角；
ⅲ前一环管片的基准不准，造成新拼装的管片位置也不准；
ⅳ隧道轴线与盾构的实际中心线不一致，使管片与盾壳相碰，无法拼成正圆，只能拼成椭圆，纵缝质量也就无法保证。
治理方法：
ⅰ用整圆器进行整圆，通过整圆来改善纵缝的偏差；
ⅱ管片出盾尾，环向螺栓在进行一次复紧，可改善纵缝的变形。
管片被周围土体包裹住以后，椭圆度会相应地减小，纵缝压密程度提高，此时将螺栓进行复紧可取的较好的效果；
ⅲ采用局部加贴楔的办法，作纵缝质量的纠正。
预防措施：
ⅰ拼装前做好盾壳与管片各面的清理工作，防止杂物夹入管片之间；
ⅱ推进时急纠偏，使盾构的轴线与设计轴线的偏差尽量减少，保证管片能够居中拼装，管片周围有足够的建筑空隙使管片能拼装成正圆。
ⅲ环面的偏差及时进行纠正，使拼装完成的管片中心线与设计线误差减少，管片始终能够在盾尾内居中拼装；
ⅳ管片正确就位，千斤顶靠拢时要加以均匀，除封顶块外每块管片至少要有两只千斤顶顶住；
ⅴ盾构推进时骑缝的千斤顶应开启，保证环面平整
d、针对错台量大
原因分析：
ⅰ管片拼装的中心与盾尾中心不同心，管片与盾尾相碰，为了将管片拼装在盾尾内，将管片径向内移，造成过大的环高差；
ⅱ管片拼装的椭圆度较大，造成环差过大；
ⅲ管片的环面与隧道轴线不垂直，如继续上一环的方向拼装将会与盾尾相碰，将管片向相反方向位移，造成过大的环高差；
ⅳ管片在脱出盾尾后建筑空隙没有及时填充，管片在自重的作用下落底，造成环高差过大。
治理方法:
拼装过程中发现新拼装的管片与前一环管片的环高差过大，可拧松连接螺栓，逐块调整管片的位置。
预防措施：
ⅰ将管片在盾构内居中拼装，使管片不与盾构相碰；
ⅱ保证管片拼装的整圆度；
ⅲ纠正管片环面与隧道轴线的不垂直度；
ⅳ及时、充足地进行同步注浆，用同步注浆的浆液将管片托住，减少环高差；
ⅴ严格控制盾构推进轴线和盾构姿态，确保管片能拼于理想的位置上。
e、针对管片椭圆度过大
拼装完成的管片的水平直径和垂直直径相差过大，导致椭圆度超过标准。
ⅰ管片的拼装位置中心与盾尾的中心不同心，管片无法在盾尾内拼装成正圆，只能拼装成椭圆形；
ⅱ管片的环面与盾构轴线不垂直，使管片与盾构的中心不同心；
ⅲ单边注浆使管片受力不均匀。
治理方法：
ⅰ采用楔子环管片纠正隧道的轴线，使管片的拼装位置处在盾尾的中心；
ⅱ控制盾构纠偏，使管片能在盾尾内居中拼装；
ⅲ待管片脱出盾尾后，由于四周泥土的挤压力近似相等，使椭圆形管片逐渐恢复圆形，此时对管片的环向螺栓进行复紧，使各块管片的连接可靠。
预防措施：
ⅰ经常纠正盾构的轴线，使盾构沿着设计轴线进行，管片能居中拼装；
ⅱ经常纠正管片的环面，使环面与盾构轴线垂直，管片始终跟随着盾构的轴线，使管片与盾尾的建筑空隙保持均匀；
ⅲ注浆时注意注浆管的布置位置，使管片均匀受力。
提高管片拼装质量有很多种途径，上述方法只是其中一部分，但总的来说，所有的方法它的原理都基本相同，知其一就明其二，正应了这句话：
勤能补拙，熟能生巧。
经过整改后，拼装效果立竿见影。
措施采取后十天内，就达到了预先的目的，有贯通后的数据统计：
管片拼装质量统计表
环号
破碎处数（尺寸超过20mm×20mm）
渗漏水环数
错缝错台环数
301～500
5
4
4
501～700
5
4
3
701～900
3
2
2
这次的事件对我公司以后的发展是个很好的教育。
盾构工法是一门高深的学问，经此之后，我们将更加重视经验的积累，对盾构法施工投入更多的精力，继续学习，学以致用。
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