隧道盾構(gòu)施工鋼襯套施工工藝

1、鋼襯套施工工藝簡介鋼襯套加固應(yīng)用領(lǐng)域說明 鋼襯套加固襯砌內(nèi)輪廓的工藝工法近幾年已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在地鐵盾構(gòu)隧道的管片及水工隧道的襯砌內(nèi)輪廓結(jié)構(gòu)加固上。 地鐵盾構(gòu)隧道處于一定的工程地質(zhì)環(huán)境中，在受外部作業(yè)影響時(shí)，將會(huì)改變盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，可能導(dǎo)致盾構(gòu)隧道產(chǎn)生過大的橫向變形，引發(fā)管片開裂、接縫張開、螺栓失效等現(xiàn)象，進(jìn)而誘發(fā)隧道病害。隧道病害給隧道的正常運(yùn)營帶來安全隱患，甚至引發(fā)嚴(yán)重事故，造成重大損失。另外，地鐵盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)在役期間，各種功能會(huì)隨時(shí)間的推移而減弱，可靠度降低，影響正常使用。如果能夠?qū)σ寻l(fā)生病害的地鐵盾構(gòu)隧道，及時(shí)對其病害程度采取有效的修復(fù)加固措施，就可以節(jié)省投入，達(dá)到經(jīng)濟(jì)高效的目的

2、。因此，對地鐵盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固具有重要意義。 但是目前鐵路隧道尚無采用鋼套襯進(jìn)行隧道加固的案例。 目前，業(yè)界對橫向變形過大的盾構(gòu)隧道主要采用鋼襯套加固，鋼襯套加固作為混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)已較為成熟，據(jù)悉，目前國內(nèi)對地鐵盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)采取鋼襯套加固的工程實(shí)踐主要在上海、廣州、武漢、昆明等城市的個(gè)別嚴(yán)重病害地鐵隧道。a ) 地鐵隧道上部加固實(shí)景 b ) 地鐵隧道下部加固實(shí)景 鋼襯套加固應(yīng)用案例 水工隧道加固實(shí)景鋼襯套加固應(yīng)用案例 不僅地鐵隧道應(yīng)用鋼襯套加固技術(shù)，國內(nèi)的水工隧道如穿黃隧道也在襯砌內(nèi)輪廓加固中采用了鋼襯套加固技術(shù)。 穿黃隧道鋼襯套加固應(yīng)用案例 穿黃隧道鋼襯套加固應(yīng)用案例 曾東洋、何川（

3、2004）以南京地鐵南北線一期工程為背景，采用三維有限元法對管片接頭受力進(jìn)行了分析計(jì)算，對不同荷載下的管片接頭轉(zhuǎn)角、變形及抗彎剛度進(jìn)行研究，進(jìn)而探討了接頭轉(zhuǎn)角和抗彎剛度的相關(guān)變化規(guī)律，相關(guān)成果為管片接頭抗彎剛度的確定提供了新的參考。 張海波（2005）等運(yùn)用考慮接觸問題的三維有限元法對通、錯(cuò)縫拼裝的管片襯砌在施工期間的受力特性進(jìn)行分析，得出管片襯砌應(yīng)力應(yīng)變規(guī)律，成果為可為盾構(gòu)隧道管片襯砌的設(shè)計(jì)提供參考。國內(nèi)外研究的進(jìn)展與現(xiàn)狀 陳俊生（2006）等對管片進(jìn)行現(xiàn)場加載試驗(yàn)以及數(shù)值模擬，對管片螺栓孔附近產(chǎn)生開裂和破損的原因進(jìn)行探討，得出由施工過程中管片襯砌間相對扭轉(zhuǎn)造成的結(jié)論；并得到了管片接頭的極限

4、荷載和應(yīng)力與裂縫的分布，認(rèn)為接頭螺栓等與管片砼之間的強(qiáng)度關(guān)系決定了正彎矩作用下的管片接頭強(qiáng)度；通過計(jì)算不同偏心距荷載下和正負(fù)兩方向下接頭變形特點(diǎn)及其抗彎剛度，認(rèn)為接頭剛度受接頭內(nèi)力組合的偏心距影響。 楊征（2007）通過有限元計(jì)算和室內(nèi)相似模型試驗(yàn)，系統(tǒng)研究了大型管片襯砌結(jié)構(gòu)受力規(guī)律及其影響因素。結(jié)合 1:20 的室內(nèi)模型試驗(yàn)，對不同荷載作用下結(jié)構(gòu)變形和受力隨土層荷載、水壓力以及側(cè)向土壓力變化的影響規(guī)律進(jìn)行探討，再與數(shù)值計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比，研究了不同荷載模式下的土層荷載、水壓力以及側(cè)向土壓力的選取方法并對軟硬不均勻地層條件下的管片結(jié)構(gòu)受力特性進(jìn)行研究。 國內(nèi)研究的進(jìn)展與現(xiàn)狀 何川、張建剛、楊征（

5、2008）以武漢長江隧道穿越軟硬程度差異極大的層狀復(fù)介地層為背景，采用模擬試驗(yàn)系統(tǒng)，分析了層狀復(fù)介地層對管片結(jié)構(gòu)力學(xué)特征的影響。相關(guān)成果為武漢長江隧道的管片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了重要的參考價(jià)值。 劉庭金（2010）根據(jù)地鐵盾構(gòu)隧道保護(hù)經(jīng)驗(yàn)和管片模型試驗(yàn)結(jié)果，提出了地鐵盾構(gòu)隧道變形的控制值，通過依托工程地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形實(shí)測數(shù)據(jù)分析，對盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)的安全現(xiàn)狀進(jìn)行評估，并提出了針對隧道變形監(jiān)測工作的建議。顧麗江（2010）根據(jù)盾構(gòu)隧道出現(xiàn)的破壞特點(diǎn)，考慮盾構(gòu)隧道水平向和豎向荷載比、土層抗力等因素的影響，探討了混凝土應(yīng)力螺栓受力、縱縫張開隨橫向變形的發(fā)展規(guī)律，并以直徑變化量為控制指標(biāo)參數(shù)評價(jià)盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)受力和

6、變形性能。國內(nèi)研究的進(jìn)展與現(xiàn)狀 葉飛（2011）針對盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)在施工階段的受力性能開展研究，探討了注漿壓力、千斤頂推力、拼裝荷載、盾殼作用力、上浮力等荷載對結(jié)構(gòu)性能的影響；并從注漿壓力控制、螺栓二次預(yù)緊、掘進(jìn)千斤頂控制等角度對盾構(gòu)隧道管片襯砌結(jié)構(gòu)的保護(hù)提出相應(yīng)建議。 李宇杰（2012）運(yùn)用三維有限元軟件建立了能夠精確模擬管片與螺栓之間相互作用關(guān)系的一種盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)非連續(xù)接觸計(jì)算模型，并對非線性接觸問題的基本原理進(jìn)行較為詳細(xì)的介紹；采用結(jié)構(gòu)荷載模型方法，對盾構(gòu)隧道管片結(jié)構(gòu)在非連續(xù)接觸模型方法、彈塑性損傷模型方法和慣用法模型中的受力和變形特性進(jìn)行分析，得出了盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)混凝土材料在拉、壓應(yīng)力

7、分別作用下的強(qiáng)度和剛度特性。國內(nèi)研究的進(jìn)展與現(xiàn)狀 隧道修復(fù)加固的有增大截面法、外包鋼加固法、預(yù)應(yīng)力加固法、化學(xué)灌漿法、外部粘鋼法等，分別適用于不同情況，加固方法的選取應(yīng)結(jié)合結(jié)構(gòu)承載特征、結(jié)構(gòu)形式、允許空間等多種因素綜合考慮決定。結(jié)合自身承載特征和破壞機(jī)理，選取合適的加固方法和工藝。 目前，國內(nèi)外隧道中混凝土襯砌主要加固方法包括內(nèi)部涂抹環(huán)氧砂漿、粘貼碳纖維布、粘貼鋼板條帶、噴射高強(qiáng)混凝土，及裂縫封閉灌漿補(bǔ)強(qiáng)、鋼襯套加固等。隧道修復(fù)加固的研究進(jìn)展 近年來，鋼板襯加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)已逐漸成為工程界關(guān)注的熱點(diǎn)問題，越來越多的工程技術(shù)人員和科研人員把注意力轉(zhuǎn)向該領(lǐng)域，目前，國內(nèi)外工程界關(guān)于粘鋼加固法在鋼

8、筋混凝土結(jié)構(gòu)加固領(lǐng)域的研究已取得不少成果。 隧道的襯砌是特殊的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，隧道鋼襯套加固原理是在破損管片內(nèi)環(huán)面粘貼鋼板，利用鋼板與管片間填充的高粘結(jié)能力、高強(qiáng)度的膠粘材料，使鋼板和管片成為受力整體，共同抵抗外界荷載。從概念上講，隧道鋼板襯加固屬于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的粘鋼加固的范疇，但兩者有各有特色，是共性與個(gè)性的統(tǒng)一。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的粘鋼板加固能有效改善和提高結(jié)構(gòu)的承載性能。隧道鋼襯套修復(fù)加固原理 粘鋼補(bǔ)強(qiáng)加固具體施工工藝流程為：補(bǔ)強(qiáng)位置畫線放樣鋼筋、波紋管掃描標(biāo)記布孔、開孔基面鑿毛糙化基面、孔內(nèi)清洗孔道灌膠、植筋鋼板定位安裝封邊埋管灌膠、養(yǎng)護(hù)環(huán)氧膠泥涂刷粉色。隧道鋼襯套修復(fù)加固工藝流程 隧道

9、鋼襯套加固工藝流程 隧道鋼襯套具體施工方法 （1）鋼襯套補(bǔ)強(qiáng)位置畫線放樣 根據(jù)鋼板粘貼位置施工圖，在現(xiàn)場畫出每塊鋼板粘貼具體位置、范圍，并標(biāo)記出鋼板加固形式。鋼板位置的確定按設(shè)計(jì)圖中尺寸以襯砌施工縫為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行放樣。鋼板長邊的確定至少需放出3個(gè)點(diǎn)。鋼板環(huán)向位置以隧道拱頂實(shí)際中線確定。 （2）二襯鋼筋掃描標(biāo)記為了打孔時(shí)準(zhǔn)確避讓二襯鋼筋，開孔前用PS1000鋼筋掃描儀對已標(biāo)出鋼板補(bǔ)強(qiáng)位置進(jìn)行掃描畫線標(biāo)記。 隧道鋼襯套具體施工方法 （3）布孔、開孔 在已標(biāo)記出的鋼板粘貼位置，按照鋼板開挖示意圖中相應(yīng)鋼板開孔位置及間距，放出錨栓孔位，并作標(biāo)記。錨栓孔位可根據(jù)已掃描出鋼筋位置進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以避讓二襯鋼筋。

10、調(diào)整范圍不超過5cm，且錨栓孔中心距鋼板邊線不小于6cm。 開孔應(yīng)在隧洞拱頂補(bǔ)充回填灌漿、裂縫處理完成后進(jìn)行。鉆孔采用電鉆鉆孔，鉆孔孔徑為25mm，鉆孔深度35cm。開孔方向?yàn)樗淼缽较?，即垂直與開孔位置混凝土面。為了保證開孔方向不發(fā)生較大偏差，開孔時(shí)輔以導(dǎo)向器。導(dǎo)向器為內(nèi)徑32mm鋼管（一組三個(gè)）垂直焊接于平整、順直角鋼上制成。 隧道鋼襯套具體施工方法 （4）二襯混凝土鑿槽 二襯混凝土需要按照鋼板尺寸進(jìn)行鑿槽鑲嵌，深度20mm，為了方便在二襯混凝土表面快速鑿槽，可以對鑲嵌鋼板區(qū)域進(jìn)行分塊切割，再鑿除的方法。加工正方形鋼拓板，采用手持式切割機(jī)沿鋼拓板周邊切縫，切縫完成后再鑿出嵌槽，依次完成整塊鋼

11、板尺寸的切割、鑿槽工作后，再用角磨機(jī)將鋼板嵌槽四周混凝土打磨平整。 采用專用的鑿毛機(jī)將中心區(qū)域鑿毛，標(biāo)準(zhǔn)為混凝土面平整、無污物，鑿毛深度應(yīng)不損傷鋼筋，并滿足已卷鋼板輪廓與二襯壁面相容，鑿毛深度約3-5mm。 混凝土基面開孔和基面鑿毛糙化施工順序可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際施工情況進(jìn)行調(diào)整。 隧道鋼襯套具體施工方法 （5）基面及孔內(nèi)清洗 基面打磨完成后采用高壓風(fēng)吹去混凝土表面及孔內(nèi)粉塵、雜物，然后用工業(yè)酒精清洗混凝土表面，再用試管毛刷蘸工業(yè)酒精清洗錨栓孔。完成后用棉布封堵螺栓孔直至開始注膠植筋。 （6）鋼板加工及表面打磨 鋼板加工及表面打磨在工廠進(jìn)行，鋼板按照規(guī)格下料，彎曲弧度與襯砌內(nèi)輪廓弧度一致。鋼板粘結(jié)面需進(jìn)行打磨除銹處理，打磨采用砂輪機(jī)拋光打磨，去除鋼板表面鐵銹露出金屬光澤且粗糙，打磨完成后用清洗劑清洗鋼板表面。 隧道鋼襯套具體施工方法 （7）鋼板開孔 在混凝土面開孔完畢后，用與鋼板尺寸相同的透明塑料板對已開孔進(jìn)行臨摹拓孔。拓孔完成后將塑料板與鋼板對應(yīng)進(jìn)行開孔標(biāo)記圓心。再采用圓規(guī)畫出開孔圓，標(biāo)記完成后用磁座鉆對位鋼板進(jìn)行開孔。鋼板開孔在洞外施工，可在洞內(nèi)開孔完成后進(jìn)行。 （8）預(yù)埋螺栓 植筋膠應(yīng)按廠家規(guī)定配比進(jìn)行拌合，植入錨筋為全螺紋絲桿。 隧道鋼襯套具體施工方法 （9）鋼板定位安裝 待植筋膠完全固化后進(jìn)行鋼板定位安裝，將加工好的鋼板放入已切好嵌槽，與錨筋對孔，螺母