盾构区间管片开裂原因分析及预防措施

盾构施工时管片产生裂缝的原因及对策盾构施工过程中，管片是构成隧道的主要组成部分，其质量的好坏直接影响到隧道的安全性和使用寿命。

然而，盾构施工中管片出现裂缝的情况时有发生，这可能会导致隧道的稳定性降低，甚至引发严重事故。

本文将探讨盾构施工时管片产生裂缝的原因以及应对策略。

一、原因分析1.地质条件：地质条件是影响盾构施工的重要因素，地下岩体的力学性质和变形特性直接关系到隧道的稳定性。

当地基土质较差、地下水位较高或者岩体裂隙较多时，管片易受到地下水压力和岩体活动的影响而发生裂缝。

2.施工工艺：盾构施工过程中，施工工艺的合理与否对管片质量起到决定性的作用。

如果盾构机工作面的推进速度过快，施工面附近土壤的累积应力将会超过其承载能力，造成管片的变形和破裂。

此外，施工工艺参数的选择和调整不合理也容易导致管片裂缝的产生。

3.材料质量：管片的材料质量直接影响到其抗压和抗弯强度，如果材料质量不符合设计要求或者存在生产缺陷，就有可能出现管片的裂缝问题。

二、应对策略1.加强勘察设计：在盾构隧道施工前，要加强对地质条件的勘察，对地下水位、岩层裂缝等情况进行详细分析，合理选取施工工艺和施工参数，为后续施工提供可靠的设计依据。

2.严格质量控制：管片的制作过程中，要加强对材料质量的把关，确保材料符合设计要求，并进行必要的检测和试验。

同时，要提高制作工艺的质量控制，保证管片的精度和几何尺寸的一致性。

3.施工监控与调整：盾构施工过程中，要加强对施工工艺参数的监控和调整。

施工过程中要及时记录和分析数据，对施工工艺进行必要的调整，确保施工的安全和质量。

4.加强风险防范：在盾构施工过程中，要充分认识到管片裂缝的风险，制定相应的应对措施并加以实施。

比如，可以通过加固或者预支护方式来减少管片裂缝的发生，或者在施工过程中增加监测手段，及时发现和处理问题。

5.引进先进技术：随着科技的不断发展，一些新的技术也被引入到盾构施工中。

例如，可以利用微震监测技术对管片的质量问题进行实时监测，在施工中及时发现裂缝的存在并采取相应的措施。

盾构隧道施工期管片开裂原因和相应对策1 施工阶段管片受力分析盾构隧道在施工过程中管片衬砌受到的主要荷载有千斤顶推力、注浆压力、上浮力、盾壳作用力、拼装荷载等。

（1）千斤顶推力千斤顶推力是盾构隧道掘进的驱动力，它反过来作用在管片上，是施工过程中隧道衬砌在轴线方向最大的外力。

在目前国内地铁盾构隧道施工中，淤泥质黏土层中总推力一般为8～12 MN，细沙土地层中总推力为12～15 MN，全断面砂土地层推力则为15～20 MN，复合地层推力有时候达到20 MN以上，大型跨江海盾构隧道千斤顶推力通常都在30MN以上。

（2）注浆压力依据盾构工法的特性：拼装好的衬砌脱离盾尾后，由于盾壳原来占据的空间、为衬砌的拼装操作所留空隙、盾构推进时带走的部分粘附于盾壳上的土体所形成的空隙等，在衬砌环背面与实际开挖洞壁间存在环形空隙，使土体暂时处于无支护状态，该空隙即为盾尾间隙。

盾尾间隙的大小是由盾构钢壳的厚度和盾尾操作空间决定的，一般为8～16 cm。

盾构工法施工中，对盾尾间隙的处理，即壁后注浆是施工的关键。

壁后注浆在填充盾尾间隙、加固土体的同时，对管片也产生了一定压力，该压力达到一定程度时，可能引起管片局部或整体上浮、错台、开裂、压碎或其他形式的破坏。

（3）上浮力盾构隧道的壁后注入的水泥浆液一般需要5～7h的初凝时间，而通常情况下这期间盾构一直在向前掘进，如果周围地层满足一定条件，一定范围内的土体未能及时握裹住管片，那么在这几个小时内有一段管片是悬浮在注浆浆液中的（或者是水、泥浆等），这就产生了管片上浮力（浆液浮力扣除管片自重）。

（4）盾壳作用力管片与盾壳之间存在着一定摩擦力，盾尾密封刷对管片环也存在一较为均匀的环向压力，一般情况下这些荷载不会对管片结构造成影响。

但是，当盾构在曲线段掘进、纠偏，或者因其他原因造成盾构长时间停止掘进（造成盾构机“栽头”发生）时，盾壳对管片造成的荷载尤其是挤压荷载就变得不可忽视，如图1所示。

盾构隧道管片破裂原因分析及应对措施由于目前盾构隧道的衬砌普遍采用单层装配式管片衬砌,盾构隧道的质量控制主要是对拼装管片的质量控制，包括管片生产质量、拼装质量二个方面。

下面针对我单位承建的新海大道站~盾构区间隧道成型管片破损的原因及相应处理措施进行阐述。

1、管片破损情况分类已成型隧道内管片破损情况根据破损的位置主要可以分为：管片纵缝破裂、管片环缝破裂、管片边角崩裂、管片环向螺栓孔处砼崩裂等几种情况。

2 破裂原因分析2.1 管片纵缝环缝破裂在初始掘进过程中，我们发现管片在从盾尾脱离的时候，盾尾密封刷将管片弧面破裂的砼碎块带自盾构机拼装部位，碎块发现的部位大都在管片环的下部，但进一步观察发现，破裂的部位并不一定在管片环下部，而是任何一个点位，而且发生管片纵缝破裂的同时，总是在盾构机线路纠偏微调的时候，有的管片边角破裂引起了渗漏水。

经过对破裂点的统计分析，我们认为破裂的原因主要有以下几点：(1)管片纵缝环缝破裂；(2)管片间止水密封条及软木衬垫的形式，见右图。

2.2 管片边角崩裂边角崩裂在隧道掘进中发生较少，且都发生在管片错台、拼装质量不好的管片上，见右图。

通过分析，可以确定边角破裂的原因是拼装质量不好引起的，由于管片间边角吻合不好，在下一环管片拼装千斤顶施加顶推力时，在边角应力集中，造成管片砼破碎脱落。

2.3管片环向螺栓孔处砼崩裂由于管片从盾尾脱离后进入土层，周边荷载模式改变，并随着时间逐步稳定。

在未稳定之前，管片间剪力、拉力主要由管片间螺栓承受，并传递至螺栓孔周边的砼。

在管片砼破裂统计中，管片环向螺栓孔处砼崩裂占大多数，见右图。

原因分析：⑴同步注浆量不足，管片在脱离盾尾后下沉，管片环之间剪力增大，引起螺栓孔附近砼破裂；⑵拼装质量不好造成管片错台，管片间剪应力集中至螺栓孔附近造成砼破裂；2.4其他破损原因①盾构姿态与管片姿态出现偏差，管片的环面与盾构推进方向存在夹角，其合力作用方向部位的管片发生破碎；②施工初期,由于工人经验不足,管片安装速度很慢,有时发生管片错台大、在管片边角或在螺栓孔处破裂的问题；③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，封顶块强行顶入，导致封顶块及邻接块接缝处管片破碎，破碎部位发生在邻接块上部及封顶块两侧；④螺栓初紧、复紧不及时或者螺栓拧的不够紧，管片受力后，环向螺栓由垂直方向变倾斜，造成管片产生错台，从而出现边角部位的破碎以及裂缝等问题；3、处理及预防措施在盾构机掘进过程中，我们针对上述问题产生的各种原因进行了分析，采取的处理及预防措施见下表。

盾构隧道管片衬砌裂纹病害整治技术提纲：1.盾构隧道管片衬砌裂纹病害的成因分析2.盾构隧道管片衬砌裂纹病害的检测方法3.盾构隧道管片衬砌裂纹病害的整治技术4.盾构隧道管片衬砌裂纹病害整治的应用实例5.盾构隧道管片衬砌裂纹病害整治的发展方向1. 盾构隧道管片衬砌裂纹病害的成因分析盾构隧道管片衬砌裂纹病害的成因有很多种，主要包括以下几个方面：(1) 材料缺陷：盾构隧道管片衬砌所用的材料质量直接影响病害的产生。

如果材料存在缺陷，例如内部有小裂纹，组织不均匀，存在夹杂物等，都会导致管片在使用过程中出现裂纹。

(2) 设计问题：盾构隧道的设计是十分复杂的，如果在设计中没有考虑到各种因素的影响，例如不恰当的工程参数、过小的弯曲半径、管片相互间的接合缺陷等，都会加深病害产生的程度。

(3) 施工问题：盾构隧道施工是非常复杂的，如果施工过程中存在问题，例如操作不当、质量检测不严格、材料不均匀等，都会让管片出现裂痕。

(4) 检修问题：在盾构隧道的使用过程中没有及时进行检查和维护的话，产生病害的风险就更大，例如水泥材料结构的侵蚀、热胀冷缩数字以及管片设备损坏等，都会导致管片产生裂痕。

(5) 环境问题：盾构隧道是由众多的管片组合构成的，如果在使用过程中遇到非常恶劣的环境，例如土壤下沉、高温潮湿、地震等都会给管片的使用带来风险。

2. 盾构隧道管片衬砌裂纹病害的检测方法盾构隧道管片衬砌裂纹病害的检测方法主要包括以下几个方面：(1) 可视检查：通过望远镜和高空等视来检查管片表面是否出现裂纹，以及裂纹的大小和长度等。

(2) 音探检查：利用超声波检测仪等检测管片内部有无空心化和隐性损伤等质量问题。

(3) 扫描电子显微镜：利用扫描电子显微镜对盾构隧道管片进行显微结构分析，发现管片材料中的微小裂纹，便于发现裂痕的发生位置。

(4) 直接测量：通过测量管片外表面的距离、厚度等指标，来科学的衡量管片的质量问题。

(5) 磁粉探伤：利用磁粉探伤仪等工具，对隐性缺陷进行检测。

盾构管片开裂及错台分析摘要: 本文以地铁盾构项目施工过程中盾构机械、地质水文环境、联络通道开挖、洞内注浆等情况下管片的开裂及错台的产状及分布为基础，分析了裂缝及错台产生的原因，并简述了目前常用的控制盾构管片裂缝及错台的防护措施。

关键词：盾构、管片、开裂、错台一、概述隧道及地下空间的大发展，促进了盾构法施工技术的进步，盾构法具有掘进速度快、质量优、对周边环境影响小、施工相对安全等优点。

目前城市地铁盾构隧道一般采用结构内径φ5400mm，外径φ6000mm，1封顶块+2临接块+3标准块的拼接形式，弯螺栓连接错缝拼装钢筋混凝土平板型φ300mm厚单层管片衬砌，环纵向接头为10处，按36°等角度布置，接缝防水采用密封垫沟槽内置高弹性三元乙丙橡胶密封垫，在一般情况下，成型快，防水良好，但也存在整体性相对较差的情况，在软土富水地区施工管片上浮以及联络通道破除管片、特别情况需洞内注浆、不均匀施工堆载等情况下，造成隧道局部位移变形，管片开裂及错台，给拼装带来困难并对防水构成隐患，直接影响盾构工程的正常施工及安全运营。

二、裂缝及错台的分布在盾构施工过程中，在特定情况下（除管片生产过程中质量问题造成的裂缝及破损），伴随隧道的上浮、局部扭转、侧向位移等出现管片开裂及错台具有一些特点，结合实际项目中的裂缝及错台监测情况及以往研究者的文献报告，综合如下：（1）管片横向裂缝主要出现在开裂管片的中部，与隧道轴线方向基本平行，开裂较严重的管片一般从中部环向向两接缝端出现5-7条贯通缝，缝间距20cm左右，中部裂缝最为严重，通常的情况下这类裂缝不会影响隧道结构的使用，但严重时，管片表面延裂缝出现渗水，表明裂缝较深，开展深度超出橡胶防水带，影响结构的使用，甚至可能降低隧道的防水等级。

（2）由于管片错缝拼装的结构特点，纵向管片的横向贯通缝呈现隔环相同部位管片出现，横向隔块出现的特点，以某施工项目为例，统计开裂管片21环，开裂较严重的管片5环，主要贯通裂缝均呈现纵向隔环横向隔块出现的特点，表明盾构管片接缝处的弯矩传递符合铰的特点，其管片内开裂裂缝分布类似纯弯简直梁。

盾构隧道管片破损原因分析和应对措施1.前言盾构机在直线段掘进时一般不会出现管片破损的现象，而在曲线段掘进时随着曲线半径的减小，管片破损的密度和程度都会上升。

经过理论分析和现场观察，针对盾构隧道曲线段管片破损的原因，进行探讨、总结，为提高盾构隧道施工质量提供一定的借鉴。

2.管片破损的类型盾构施工中由于管片受到千斤顶推力、盾尾刷的挤压、注浆压力等作用，会出现管片表面混凝土剥落、崩角、开裂等质量缺陷，将这些质量缺陷统称为管片破损。

按照管片破损部位的不同，可分为三类：第一类是管片内弧面破损，既在管片的内弧面出现混凝土剥落、开裂等质量缺陷；第二类是管片外弧面破损，既在管片外弧面出现的混凝土剥落、开裂等质量缺陷，该类破损由于发生的部位特殊一般不宜观察，但该类破损对隧道的防水及质量影响更大；第三类是管片环面破损，既在管片环面出现的混凝土剥落、开裂等质量缺陷，当混凝土剥落的范围和开裂的裂缝贯穿管片止水槽时会引起隧道渗漏。

盾构在曲线段掘进时，管片的破损主要表现为内弧面破损和外弧面破损，由于管片外弧面破损不易观察故不被人们所熟知。

3.造成管片破损的原因3.1从管片受力方面分析破损原因盾构隧道管片之所以出现破损主要是受到了力的作用，施工中隧道管片主要承受的力有：盾构机千斤顶的推力、盾尾对管片的挤压力、同步注浆压力、相邻管片之间的相互作用力及周围土体的压力等，其中起主导性作用的是千斤顶的推力、相邻管片之间的相互作用力和盾尾的挤压力。

为更好的分析管片破损的原因，在此针对管片在转弯段受到的千斤顶推力及盾尾的挤压力的特性对管片破损进行分析。

3.1.1转弯段千斤顶推力产生的水平分力会造成管片的破损盾构机在曲线段掘进中由于盾构机要拟合设计轴线，左右两侧千斤顶行程会不一致，产生千斤顶行程差，使得盾构机千斤顶与管片环面法线方向之间产生一个夹角，且该夹角随着盾构机千斤顶行程的增加而增大，一环管片掘进完成时夹角最大。

夹角的存在使千斤顶推力不是垂直作用在管片上，而是在沿着与管片环面法线方向成&角的一个力F，根据力的合成与分解原理，可将力F分解為垂直分力F1和水平分力F2，通过理论计算可以发现该水平分力F2随着左右千斤顶行程差的增大而增大。