钢环和芳纶布加固技术在盾构管片加固工程中的应用

钢环和芳纶布加固技术在盾构管片加固工程中的应用

曹永军邓统辉

深圳市地铁集团有限公司广东深圳518000

摘要：地铁安保区施工导致既有隧道盾构管片变形和裂损是对地铁运营影响极为严重的病害，对该种病害的整治也极为困难。本文选取了地铁盾构隧道管片加固工程案例，详细介绍了钢环和芳纶布加固技术在盾构管片病害治理中的应用，总结了钢环和芳纶布加固治理该类病害的经验，可为以后该类病害的治理工作提供借鉴意义。

关键词：钢环；芳纶布；盾构；安保区；加固；病害治理

1.工程概况

地铁1号线某区间（以下简称该区间），位于填海片区，于2011年6月开通运营；该区间采用盾构法施工。隧道埋深12m~18m，所处地层自上至下依次为填土、淤泥、黏土、砂质粘土和全、强、中风化花岗岩，其中隧道主要穿越粘土、砂质粘土和全、强风化花岗岩，淤泥地层基本位于隧道拱顶上1m。盾构隧道采用平板型单层管片衬砌，管片外径6m，管片厚度300mm，单环管片宽度1500mm，每环管片分为6块（3个标准块、2个相邻块及1个封顶块），采用通用环管片错缝拼装。管片为C50、P10钢筋混凝土管片，采用8.8级M24弯螺栓连接。

2病害情况和原因分析

区间隧道管片有异常情况：1.经过隧道收敛监测发现，与原设计尺寸有较大水平变形（最大12.6cm）；2.管片拼缝处存在混凝土脱落现象；3.隧道部分管片拱顶部位出现纵向的贯通裂缝；4.隧道部分位置存在渗漏水。

形成该病害主要原因为本段区间位于软弱填海区域，该填海区地质条件复杂，地下水位高，周边在建项目多，建设时间跨度长，地面施工荷载大由于周边工程活动引起地下水位下降、土层变化和卸载以及地面超载车辆反复振动等因素综合影响，对盾构隧道的偏压和超载引起管片开裂和椭变。

3管片加固方案

3.1管片加固原则

（1）对管片破损部位采取环氧砂浆嵌补、拱顶粘贴芳纶布进行补强；

（2）对于没有增大变化趋势且裂缝宽度小于0.2mm的裂缝，考虑到隧道管片的耐久性，采用弹性环氧树脂密闭注浆处理。

（3）管片环水平拉伸变形量>70mm、椭圆度>25%及纵向贯穿裂缝宽度>0.2mm是钢环加固的控制指标，且钢板分块根据现场实际情况采用6块拼装（见下图：小牛腿A1、小侧板A2、左大侧板A3、顶板A4、右大侧板A5、大牛腿A6）。

图1：钢环拼装图

（4）结构开裂和渗漏水影响结构安全和耐久性，对管片接缝渗漏水采取环纵缝弹性环氧堵漏、道床与管片隧道结构脱空部位采取刚性环氧加固。

3.2施工工艺

（1）环氧砂浆修补：

凿掉破损处不密实的混凝土和突出的骨料颗粒，清洗凿除面，修补破损处内层施加铁丝网补强，利用不锈钢膨胀螺丝固定于破损处，并涂抹高渗透改性环氧化学灌浆材料界面剂，再进行环氧树脂砂浆进行逐层修补作业（每层不超过20mm，层与层之间涂抹界面剂，涂抹界面剂之前需要用吹风机保持界面的干燥）待修补砂浆干硬后，用打磨机磨平表面。

环氧树脂砂浆采用现场拌制，按主剂：固化剂=3：1（特殊要求可加入适量促进剂，约为总量的1%）配制完成后加入水泥砂浆（水泥：砂=1：1）总量的2.5~3倍（以适合施工粘度为准），搅拌均匀后使用。

（2）粘贴芳纶布：

1）表面处理

粘贴芳化布前应清除管片表面的剥落、疏松、蜂窝、腐蚀等劣化混凝土，露出混凝土结构层，并用修复材料将表面修复平整，同时对对裂缝进行灌缝或封闭处理。

2）涂刷底胶

应按工艺规定配制底层胶粘剂，根据现场实际气温决定胶料用量。将底层胶粘剂均匀涂抹于混凝土表面，胶体厚度不超过0.4mm，

3）粘贴芳纶布

按设计要求的尺寸裁剪芳纶布，裁剪好的芳纶布应注意防尘与保护，不得污染与弯折。

按产品工艺规定配制浸渍胶粘剂并用特制短毛滚筒均匀涂抹于所要粘贴的部位，在搭接、拐角部位适当多涂抹一些，并挤出芳纶布外表面以去除气泡，使浸渍胶粘剂充分浸透芳纶布，滚压时不得损伤芳纶布。

多层粘贴重复上述步骤，应在芳纶布表面浸渍胶粘剂干燥后立即进行下一层的粘贴；

在最后一层芳纶布的表面均匀涂抹浸渍胶粘剂。

图2芳纶布粘贴示意图

（3）机械手及平板设计加工：

施工前根据施工环境确定机械手设计方案并开始加工（包括机械手安装用配套平板）。尺寸要求满足区间限界要求。

（4）管线改排：

主要工作包括强、弱电侧支架移位，线缆规整，接触网支座、锚脚移位，消防水管，其它零星管线规整等。

（5）牛腿及钢板的安装：

1）将轨道两侧道床水沟混凝土采用切割机及风镐凿除，保证满足设计牛腿安装尺寸。如局部水沟破除后尺寸不满足牛腿安装要求，则采取优化牛腿尺寸，增强牛腿刚度，禁止对道床混凝土造成破坏。

图3牛腿内拼图

2）牛腿支架安装完成后，开始进行环形钢板的安装工作，从两侧牛腿支架上的环形钢板开始拼装，最后安装顶部环板。钢板与管片采用M16不锈钢化学锚栓固定及刚性环氧树脂粘贴剂粘贴，

3）钢拉条设置在轨枕之间的间隔，要求每根钢拉条尺寸为100×2350×20mm，实际长度根据现场放样确定，每环钢圈至少设置2根钢拉条。

（6）在环形钢板拼装就位后马上进行环板固定工作：

1）利用不锈钢化学锚栓（M16，植入管片深度125mm）进行固定；

2）不锈钢化学锚栓的埋设采用排孔的方式依次进行；

3）环形钢板之间采用点焊定位，最后拼装接口的焊接采用坡口满焊；

（7）钢圈支撑成环焊接：在牛腿支架及道床上钢板支撑和环形钢板全部安装完毕后，各支撑之间进行整体焊接，采用坡口焊接（CO2保护焊），以保证内部支撑形成一个良好的受力整体，起到对隧道加固支撑的作用；焊缝的位置应避开管片纵缝。

（8）环氧填充：为使钢板与管片协同作用，钢环板安装完成后必须马上灌注刚性环氧，以使钢板与管片间密实：

（9）道床水沟恢复：牛腿预留孔位采用直径70mm的PVC管导流，为防止水从过水孔与PVC管间缝隙进入牛腿隔舱，隔舱内填充C20混凝土，隔舱两端缝隙采用环氧胶泥填充密封处理。

4结语

钢环及芳纶布加固技术能够有效的解决该类病害，该方案具有较大的可行性和实用性。通过该次整治，主要有以下几点经验和建议：

钢环加固应在外部施工基本完成，沉降基本稳定后实施，否则隧道衬砌变形会影响钢环的密贴度。钢环安装时应先安装底部牛腿，然后由下往上安装管片间协同作用，钢板安装完毕后，必须注刚性环氧树脂，以使钢板与管片间密实。

钢环拼装时采用M16不锈钢化学锚栓固定，锚栓植入管片深度应严格控制为125mm，避免钻穿管片发生突水等危害，同时锚栓孔应避开管片钢筋，避免损失管片结构，钢环拼装时如管片有渗漏现象，应先进行堵漏再安装钢板。

钢环牛腿设置在原管片道床两侧排水沟处，牛腿施工前应凿掉原水沟混凝土结构，牛腿支撑于道床侧面，上方通过两条钢拉条焊接连接，钢拉条敷设在轨道下方与道床混凝土通过环氧树脂粘贴固定，钢拉条采用绝缘涂料进行处理。牛腿加筋肋加工时应预留开孔，供排水使用。

建议在拼装前试拼装，模拟施工过程，以确定钢板拼装所需时间，提高安装技术熟练程度。施工过程中及钢环加固完成后，均应对地表沉降、钢板的受力及变形情况等进行监测，做到信息化施工，确保结构长期稳定。

参考文献

[1]张学文.运营期地铁隧道常见结构病害成因及治理方法研究[D].南京大学硕士学位论文，南京，2014.

[2]林楠，李攀，谢雄耀.盾构隧道结构病害及其机理研究[J].地下空间与工程学报，2015，11（11）：802-809

[3]石太伟.某地铁盾构隧道破损机理分析及加固设计[J].铁道标准设计，2014，58（6），116-128

[4]张明海，张乃涓.盾构隧道常见病害及其影响分析[J].城市道桥与防洪，2009，9（9），182-187