隧道纵向施工缝设置位置研究材料2014-12-28

第一篇：隧道纵向施工缝设置位置研究材料2014-12-28

一、铁路规范或指南对于隧道衬砌结构纵向施工缝的要求

1、《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB10753-2010）

第8.1.11条规定“混凝土衬砌应采用全断面一次成型法施工，特殊情况下可按设计要求进行分部施工。有仰拱的衬砌应先施作仰拱，仰拱与回填应分开浇筑。”

第8.4.22条规定“施工缝的留设位置和连接形式应符合设计和施工技术方案的要求。”

第8.4.26条规定“底板、仰拱混凝土应分段连续浇筑，一次成型，不留纵向施工缝。”

第11.6.5条规定“1.边墙纵向施工缝不应留置在剪力和弯矩最大处或底板与边墙的交接处，而应留置在高出底板顶面不小于30cm。2.施工缝距预留孔洞边缘不应小于30cm。”

结合上述要求，施工缝应设置于底板顶面以上不小于30cm、距离边墙进水孔不小于30cm。

本验收标准前言说明：本标准全部条文均为强制性条文，必须严格执行。

2、《高速铁路隧道工程施工技术指南》（铁建设【2010】241号）

第12.5.10条规定“1.拱墙衬砌结构混凝土施工应连续浇筑完成。2.墙体纵向施工缝不宜设在剪力与弯矩最大处或底板与边墙的交接处，应留在高出底板顶面不小于30cm，且宜在水沟盖板底面以下的墙体上，并应设连接钢筋。3.施工缝距墙体预留孔洞边缘不应小于30cm。”

第12.5.16条规定“4.仰拱施作应各段一次成型，不得分部浇筑。” 结合上述要求，施工缝应设置于底板顶面以上不小于30cm、距离边墙进水孔不小于30cm，并低于水沟盖板。

3、《高速铁路设计规范（试行）》（TB10621-2009）

第8.6.7条规定“隧道衬砌结构施工缝、变形缝应按一级防水要求采取可靠的防水措施”。条文说明中进一步解释“隧道衬砌结构施工缝、变形缝是防水设计的重点部位，应做到不漏、不渗，无湿渍”。

《高速铁路设计规范（试行）》中对于施工缝的位置无具体要求。

4、《铁路隧道设计规范》（TB10003-2005）

第13.2.5条规定“隧道衬砌混凝土应连续浇筑，拱圈、仰拱、底板不得留纵向施工缝。施工缝设置应遵守下列规定：1.墙体纵向施工缝不应留设在剪力和弯矩最大处或底板与边墙交接处，应留在高出底板顶面不小于30cm的墙体上；墙体有孔洞时，施工缝距孔洞边缘不应小于300mm”。

5、《铁路隧道防排水施工技术指南》（TZ331-2009）

第10.1.3条规定“二次衬砌混凝土应连续浇筑完成，宜少留纵向施工缝；分段浇筑时，应先做仰拱或底板，后做拱墙；边墙水平施工缝宜低于洞内排水侧沟盖板底面，但需高于边墙进水孔至少要有止水 带半幅宽的距离。”（本线隧道采用的中埋式止水带宽度为30cm，半幅止水带宽度为15cm）

第10.3.1条规定“1）边墙纵向施工缝不应留置在剪力与弯矩最大处或底板与边墙的交接处，而应留置在高出底板顶面不小于30cm，且宜在水沟盖板底面以下的墙体上。2）当墙体有预留孔洞时，施工缝距孔洞边缘不应小于30cm。”

结合上述要求，施工缝应设置于底板顶面以上不小于30cm、高于边墙进水孔不小于30cm，并低于水沟盖板。

本指南前言中有叙述文字“本技术指南在编制过程汇总中，认真总结了我国铁路隧道防排水施工的经验和教训，学习和借鉴国际先进标准，重点对施工过程中的工艺、方法、措施和质量控制目标作出了规定，反映了防排水工程施工的新技术、新材料、新工艺、新方法，突出了铁路隧道防排水的技术特点。”条文说明中有叙述文字“为更好地推广应用隧道防排水的有效经验和成果，适应我国现阶段铁路隧道建设的需要，故制定本技术指南”。

结合前言说明及条文说明可以看出，《铁路隧道防排水施工技术指南》（TZ331-2009）相关要求，不是强制性条文。

6、对照分析

《高速铁路隧道工程施工技术指南》（铁建设【2010】241号）、《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB10753-2010）、《铁路隧道设计规范》（TB10003-2005）对于施工缝的位置要求是一致的，即 “纵向施工缝不应留设在剪力和弯矩最大处或底板与边墙交接处，应设置于底板顶面以上不小于30cm、距离边墙进水孔不小于30cm。”

《铁路隧道防排水施工技术指南》（TZ331-2009）与上述要求不同之处在于，施工缝距离边墙进水孔不小于30cm，且高于进水孔。

二、隧道衬砌结构纵向施工缝设置位置

1、施工图设计位置

本线隧道施工图中，隧道衬砌结构纵向施工缝位置同时满足上述施工指南和验收标准中的关于施工缝设置位置的要求，此时，施工缝位置距仰拱第一次填充位置128cm。如图1所示

图1 一般衬砌段保温沟槽详图（张呼施隧（参）-01）

2、防排水变更设计位置

结合本线实际施工工艺和管理水平，按照《高速铁路隧道施工技术指南》（铁建设【2010】241号）要求，鉴于施工单位反映原设计隧道仰拱高度一次浇筑完成，存在模板安装、仰拱混凝土外观、尺寸、混凝土振捣质量控制难度大等问题。《隧道防排水及附属结构参考图》“张呼施隧（参）变-03”图中，将施工图中隧道纵向施工缝在满足规范的前提下适当降低，同时调整排水沟底面高程和横向导水管位置。此时，施工缝位置距仰拱第一次填充位置78cm，如下图2所示。

图2 一般衬砌段保温沟槽详图（张呼施隧（参）变-03）

3、本次研究内容

本次研究进一步降低施工缝的位置，同时必须满足《高速铁路隧道工程施工质量验收标准》（TB10753-2010）关于纵向施工缝设置位 置的要求。

（1）本线无带底板衬砌，参照时速250公里客运专线铁路《双线隧道复合式衬砌》通用图“通隧（2008）0201”确定的Ⅱ级衬砌底板位置，距离轨面74cm，与本线仰拱填充面顶部距轨面的距离一致。故选取高出仰拱填充面顶30cm位置作为纵向施工缝位置。经过研究，需将边墙进水孔的位置调整至施工缝上方30cm，而进水孔则侵占靠墙侧电力电缆槽的空间，电力电缆槽原设计尺寸为30cm（宽）×30cm（深）。

经与电力专业沟通，靠墙侧的电力电缆槽深度尺寸最多可以缩减5cm，即30cm（宽）×25cm（深）。在调整电力电缆槽尺寸问题上，可以直接将电力电缆槽尺寸调整至30cm（宽）×25cm（深），也可以在电力电缆槽底部做一个倒角15cm（宽）×5cm（高）。此时，施工缝位置距仰拱第一次填充位置60cm，如图3所示。

图3 一般衬砌段保温沟槽详图

存在问题：施工缝位置不满足《铁路隧道防排水施工技术指南》（TZ331-2009）中施工缝高于边墙进水孔不小于30cm的要求。（2）结合本线仰拱填充施做实际情况，可认为第一次仰拱填充高度处为弯矩及剪力最大，施工缝可高出此位置不小于30cm，结合侧沟的高度，将施工缝设于侧沟高度处，此时，施工缝位置距仰拱第一次填充位置48cm。如下图4所示。

图4 一般衬砌段保温沟槽详图

存在问题：①施工缝位置不满足《铁路隧道防排水施工技术指南》（TZ331-2009）中施工缝高于边墙进水孔不小于30cm的要求。②底板顶面与一般认为的位置不同。

（3）建议

综合本次研究中两种施工缝位置存在的问题，建议选择第一种处理方式。

第二篇：钢筋混凝土水池施工缝留置位置图解

钢筋混凝土水池施工缝留置位置图解（施工缝图解）

·水池底板一次浇筑完成。底板与池壁的施工缝在池壁下八字以上150~200mm处，底板与柱的施工缝设在底板表面。

·水池池壁竖向一次浇筑到顶板八字以下150~300mm处，该处设施工缝。柱基、柱身及柱帽分两次浇筑。第一浇到柱基以上100~150mm，第二次连同柱帽一起浇到池顶板下皮。池顶一次完成。

第三篇：隧道施工

喷射砼

1.喷砼湿喷采用干喷，这是大家默许的，干喷工艺，会有粉尘污染、回弹严重以及混凝土品质的不均匀等问题

2.还有用石粉代替水泥的,速凝剂不舍得放的3.不按照配合比施工,还有喷射砼中不加粗骨料的，砼拌和时私自调整配合比,相对增加石子,砂的用量,减少水泥用量,从而节省成本

4.在工字钢内侧贴上石棉瓦, 面上喷一层混凝土，里面是空心,喷混凝土厚度就只有一点厚,与设计相差太远, 塌腔空洞石棉瓦遮盖不注浆

5.纤维喷射混凝土纤维不是拌的，是洒在拌好的料上，为了应付检查的，其他时候从开工到结束就没怎么用过

6.掌子面没见几个施工队喷过，既降低材料用量，又减少施工难度。

7.初支混凝土厚度不足，喷射砼强度也不足

8.喷射次数也不合格,开挖出渣后，直接立钢架，然后喷混凝土，先喷钢架使其固定，所以刚架处往往是一次喷射厚度过大,而且还容易在钢架后产生空槽，也是导致以后刚架处经常出现漏水的一种因素

9.存在漏喷,钢架后存在空洞,拱架和混凝土成整体了,而与围岩间产生了间隙,如果注浆填充的话,注浆量过大

现场监管小结:隧道混凝土施工工序就不说了，规范要求的现场一般都达不到，质量好不好看看渗水和裂缝就知道了。现场施工必须要求隧道队采取合理的的工程技术措施，最起码要合理

爆破施工

1.光面爆破根本达不到，导致岩石突出较多，而清理又做的马虎，导致初支被侵入的地方超出规范要求。

2.炮眼填药后，就用纸箱子用水一泡代替炮泥的现场监管小结：炮眼位置角度和炸药这些毕竟需要现场和爆破经验来决定，可一些细节需要注意，另外爆破安全需要加强警戒

钢筋网

有时候边仰坡钢筋网25*25cm的故意制作多了,就全加在本应是Ⅳ,Ⅴ级围岩的20*20cm钢筋里面了,甚至直接用25*25cm 的代替,还有直接用φ6的代替φ8的钢筋

现场监管小结：钢筋型号的改变在施工中是防不胜防，这个就需要经常下现场来量测，把安全隐患遏止在萌芽中

二衬

1.水泥质量不好不说，能少放水泥就少放，而且平整度和强度不敢恭维

2.二衬后面经常出现空洞

3.二衬尺寸不够,40cm砼的二衬甚至只有20cm,里面钢筋就能省就省了，拱墙二衬设计有2层钢筋，他们只是在挡头位置4根钢筋是双层，里面都是一层，因为有模板台车挡住了，你不仔细往里看不出来

4.衬砌板都买质量差的，能凑合的就凑合现场监管小结:经常用尺子量测,要求隧道队埋几个钢筋头,通过量测钢筋露出的长度推出混凝土厚度

违反正常施工工序:

进行暗洞开挖几十米了,截水天沟和边沟排水还没完成现场监管小结:这个得催促隧道队及时完成，在雨季时更得提前准备

隐蔽工程

拖到晚上做,把仰拱工字钢偷完.锚杆做20-30公分直接焊在钢筋网上

现场监管小结:之所以放在晚上做，就时想偷个空子，只有现场监管吃点苦，才能尽可能的保证质量

防水板

防水板洞口位置用好的，里面用劣质的，甚至不挂，其施工过程受破坏的程度使其防水作用是大打折扣

现场监管小结:不规范施工是隧道漏水的主因

二缝(施工缝,变形缝)的处理

止水带,止水条存在减少工序,未加保护,止水带安装存在不合格,导致止水效果达不到

现场监管小结:这些部位工序少一步，以后渗水现象就会多一些

焊接质量

1.钢架焊缝不合格,焊接长度不足,漏焊,焊穿,假焊，甚至只有点焊下就进洞了,没有严格的把关

2.防锈处理几乎没有，经常有带锈蚀的钢筋就用了

现场监管小结:什么地方点焊，什么地方单面满焊得严格要求，焊缝高度一般不小于连接件中较小钢筋直径或板厚

水沟盖板

做水沟盖板本来应该放四根钢筋的只放两根,甚至有的不放

现场监管小结:关键部位要严格要求，特殊情况可以根据实际情况调整

片石混凝土

设计片石是20%的量，实际甚至是混凝土20%

现场监管小结:报检程序一定得严格执行

围岩类别

围岩的类别改变，其价格相差很远

现场监管小结:根据实际情况上报，需要变更的及时反应

监控量测和地质预报：

这个就不多说了，编数据的多，一套能合格完成监控量测的仪器需要10万多，隧道队一般的仪器也达不到精度要求

现场监管小结:要求严才能保质量，最起码的地表下沉，用水准仪和收敛计就能做个差不多

临时钢架

施工中临时钢架基本不采用,只是在明显出现变形的时候才采用

现场监管小结:设计的东西到现场很多就不同了，围岩差的就要严格要求

偷工减料的造成来源:

1.是设计单位,本来隧道设计,主要停留在一些经验公式上,没有很完整的一套理论公式,再加上设计单位为保护自己的利前益,往往设计时很保守,这就为偷工减料留下了机会,隧道的设计图纸有很多错误和设计的不可操作性在里面,比如说操作空间只有50cm怎打4m锚杆？还有如果相临的两工序太近,的确存在施工不方便的情况.这些可以根据现场施工组织安排自行调整.由于隧道设计经验成份较多,所以,一旦出了事故,只要是不是偷工减料很过份,所以在定责任时,很难划清责任界限,这一点是偷工减料一个根源

2.项目部（施工单位）工程利润薄,进度紧,中标项目管理层人员一再压缩,大包出去给这些隧道施工队,即所谓的管理型,这样所造成的现场监管不到位,给现场施工造成偷工减料有机可乘,而去管理这种挂靠的的施工,管理人员的为难处境很多时候很多人难以理解，不知道是隧道队挂靠项目部，还是项目部挂靠隧道了

3.监理单位:隧道里面空气不好,监理旁站的很少,很难达到现场监管的目的4.是业主一再压缩工期.工期压缩投资不增加,那么就需要增加的机械和人员配置，隧道老板也不愿意，另外,为了加快进度，全部按规范操作根本达不到，所以这也为偷工减料留下了隐患.5.是隧道队伍,知道设计的比较保守,所以凭经验就开始疯狂的偷工减料,防不胜防啊

管理人员和隧道队相处:

1.隧道队刚开始就开始偷工减料,项目部还能管的了,等项目部给征地,买好炸药,就开始一门心思的想着省钱了,简直是无所不用其极,你管的了这个,那边就又出来问题了,你管都管不及,经常有明里答应整改的,第二天一看，早掩盖了,进入下一环节了。

2.项目部现场监管的技术员一定得熟悉图纸和设计要求，把规范掌握好，这些隧道队经常就借监管人员不熟悉的地方大肆偷工减料，如果你不熟悉出了错，一旦给他们留下把柄，他们就借机施工，等你明白过来，他们还会反咬一口

3.还好项目部还有些记价的权利,隧道队就给你软硬兼施,最可恶的就是，做到赚钱的活干完，他们就开始胡乱干活,等你给他发整改罚款通知了,他们尥蹶子走人了，留下烂摊子，谁来收场?这些都值得我们深思

监管人员总结:

1.隧道在施工中都存在着偷工减料的问题，工人偷工,老板减料.这在隧道施工中很正常,业内人士都知道，好象就是潜规则

2.隧道偷工减料带来的质量事故最为严重.注浆、锚杆、喷混凝土、钢架，超前小导管，总之：凡是初支，都能省,这也不能完全算偷工减料，新奥法讲的就是根据实际情况来调整，这只是管理制度没有配套，只要是合理的省，也不算偷工减料。比如黄竹山二号隧道进口那几十米,一看就是二级或者三级围岩,可以适当调整工法,用台阶法甚至全断面都可以考虑.但并不能象他们现场这些个隧道队说得,我干了几十年了,都是这样干的,其实经验并不是不对,只是经验是用在更好的更优质的完成隧道,而不是用在偷工减料上, 隧道地质的复杂性不是那些凭自己干了几年隧道，有经验就能干隧道的，不能被他们的话给唬住了, 就是他们的很多经验制造了安全隐患，施工灾难。一定要严格按照规范和设计来施工,这规范才是很多人和很多年正确施工经验的总结.3.怎样合理的施工，即帮助隧道队合格的完成工程，又及时完成工程进度，这就是监管人员的职责所在

第四篇：美缝施工合同书

美缝施工合同书

发包人（全称）（以下简称甲方）

承包人（全称）（以下简称乙方）

依照《中华人民共和国合同法》、《中华人民共和国建筑法》及其他有关法律、行政法规，遵循平等、自愿、公平和诚实信用的原则，双方就本建设工程事项协商一致，订立本合同并共同遵照执行。

一、工程概况

1、工程名称：

2、工程地点：

3、工程原料：

色彩自行协商

二、工程的承包形式及范围

墙地面缝隙美化。

三、工程价款

总价款为

四、合同期

开工日期

****年**月**日，竣工日期

****年**月**日合同工期总天数        天。期间如遇不可抗力因素的影响，经甲方和监理签字认可后，工期可相应顺延。

五、工程质量标准符合国家验收标准

六、付款方式

签订合同工人进场后，甲方预付，施工中完成墙面两栋（每栋四层），付，剩余部分待工程竣工验收合格后一次性付清。

七、施工组织与工期

乙方必须按合同工期和批准的进度计划组织施工，接受甲方、监理对工程进度的监督、检查，工程实际进度与计划不符合时，甲方、监理有权限期改进，乙方应按甲方、监理的要求提出整改措施报甲方、监理审批后执行，期间赶工费用由乙方自理。

八、安全及文明施工与管理

1、乙方必须严格执行有关安全操作管理规范。

2、在施工过程中发生的工伤事故或其他内部纠纷，由乙方自行处理并承担全部经济责任。工期不得顺延。

3、乙方应优先发放施工人员工资，不得拖欠，并处理好劳资纠纷及相关问题，不得因此影响施工，以及不得给甲方造成不良影响，否则甲方有权采取解除合同、责令退场、要求赔偿损失、支付违约金等措施。

4、变更事项：施工中如一方要求更换材料和品牌，需征得另一方同意。并现场签订变更单，认定增减费用后执行。因变更产生的费用及时结清。

5、施工验收

甲方应接到乙方通知三日内进行验收。如甲方在规定的时间内不进行验收，应视质量合格。

九、甲方责任

1、甲方必须遵守合同付款方式。

2、如甲方原因造成停工，甲方负责支付乙方的机械设备租赁费（按市场价计算）工期顺延。

十、乙方责任

1、按约定保质保量的完成施工任务，符合工期及质量要求。

2、必须服从甲方现场管理，遵守法律及行政规章、遵守各项规章制度，维护甲方名誉，如发生有故意损害甲方声誉，严重违反纪律，违反协议的行为，甲方有权要求乙方赔偿经济损失或承担违约责任，直至终止合同。

3、乙方不得以任何理由擅自停工或消极怠工，以及采取吵闹、威胁等不当手段，否则，甲方有权责令其退场，一切后果由乙方承担。

4、本工程的质保期一年，两年内维护。质保期内若发生质量问题，乙方应在接到甲方电话或书面通知      日内进场维修。因甲方造成的损坏，不在保修范围，如需乙方维修产生的费用由甲方负责。

本合同一式两份，双方各执一份，签订之日起生效。具有同等法律效力。一旦违约，应一方支付违约金10%。

发包人：

承包人：

甲方代理人：

乙方代理人：

电话：

电话：

****年**月**日

****年**月**日

仅供参考

第五篇：上海地铁盾构隧道纵向变形分析

上海地铁盾构隧道纵向变形分析

【摘 要】隧道若发生纵向变形将严重影响到隧道结构的安全。分析探讨了纵向变形的发生、变化情况以及隧道结构和防水体系所允许的纵向变形控制值。结合工程实践,对隧道发生的典型沉降曲线规律进行了深入的分析,其结论对有效控制隧道纵向变形具有指导意义。【关键词】隧道;通缝拼装;纵向变形;环缝;错台;防水;失效

至2020年,上海将建成轨道交通运营线路达到20条、线路长度超过870 km以及540余座车站的网络规模。这其中,以盾构隧道结构为主的地下线路几乎占到一半。控制隧道纵向变形是确保隧道结构安全的重要因素之一。在研究隧道纵向变形时,我们首先要关注这种变形是以何种方式发生、又是如何发展变化以及隧道变形控制值是多少等问题,本文对这些问题进行了分析探讨。

1、盾构隧道结构和构造设计

盾构法隧道是由预制管片通过压紧装配连接而成的。与采用其它施工方法建成的隧道相比,盾构隧道明显的特点就是存在大量的接缝。1 km长的单圆地铁盾构隧道需要五~六千块管片拼装而成,接缝总长度约是隧道长度的20余倍。因此,盾构隧道的多缝特点已成为隧道发生渗漏水最直接或潜在的因素之一(见图1)。在盾构拼装结构中,接缝有通缝和错缝之分,现以单圆通缝盾构隧道为例进行隧道纵向变形分析。1.1 盾构隧道结构与构造设计 1.1.1 管片厚度、分块及宽度

单圆通缝隧道管片厚度350mm,管片为C55高强混凝土,抗渗等级为1 MPa。一环隧道由6块管片拼装而成(一块封顶块F、两块邻接块L、两块标准块B和一块拱底块D),圆心角分别对应16°、4×65°和84°(见图2a)。封顶块拼装方便,在拱底块上布置了两条对称的三角形纵肋。整个道床位于拱底块内,底部没有纵缝,对底部环缝渗漏水有一定程度的抑制作用,可大大降低处理底部渗漏水的难度。

1.1.2 纵缝和环缝构造

在管片环面中部设有较大的凸榫以承受施工过程中千斤顶的顶力,可有效防止环面压损,既利于装配施工,又易于整个环面凹凸榫槽的平整密贴,提高管片外周平整度;并可提高环间的抗剪能力,控制环与环之间的剪动,同时也可减少对盾尾密封装置的磨损。靠近外弧面处设弹性密封垫槽,内弧面处设嵌缝槽。环与环之间以17根M30的纵向螺栓相连,在管片端肋纵缝内设较小的凹凸榫槽,环向管片块与块之间以2根M30的环向螺栓压密相连,能有效减少纵缝张开及结构变形,环、纵向螺栓均采用热浸锌或其它防腐蚀处理。

这种构造设计使得隧道在拼装完成后形成具有一定刚度的柔性结构,环向面之间以及纵向面之间可以达到平整密贴装配,既能适应一定的纵向变形能力,又能将隧道纵向变形控制在满足列车运行及防水要求的范围内;同时,满足结构受力、防水及耐久性要求。

错缝拼装与通缝拼装略有不同,其拼装方式是隔环相同,拱底块不设三角肋,在道床底部有一条纵缝, 6块管片所对应圆心角分别为20°、2×68.75°、3×67.5°(见图2b)。不论是通缝还是错缝拼装,隧道总体上呈“环刚纵柔”的特点。

1.2 装配隧道对纵向变形的适应性分析

错台是指两环隧道之间发生的径向相对位移,隧道纵向变形的适应性是指在保障隧道结构安全前提下各组成构件所允许的最大环间错台量。从以下几方面分析各自对环间错台量的适应情况。1.2.1 环面构造对错台量的适应性

如图3a示,在管片环面中部设了较大的凹凸榫槽。因环面装配部位的凹槽比凸榫稍大,存在约8mm的极限装配余量,可允许凸榫在凹槽内沿着径向作微量移动或滑动。这种环面间的相对移动表现在隧道壁上就是错台现象(见图3)。无论环面凹凸榫槽的初始装配关系如何,当环间错台达到4~8mm时,凸榫的顶部边缘将与凹槽的底部边缘相接触,若继续发生错台,凹凸榫槽将发生剪切。应当说环面上设置的凹凸榫槽对提高环间的抗剪切能力是有益的。从环面构造可知,当环间错台量超过4~8mm时,环面缝隙将按线性张开。所以, 4~8 mm错台量应是环面装配和错台的控制值。1.2.2 密封垫对错台量的适应性

在环面上靠近外壁约30 mm处设有密封垫(现多为三元乙丙橡胶材料),按照设计构想,理想装配条件下密封垫径向宽度的重叠达23 mm,并可抵御环面间张开4~6 mm而不会发生渗漏水。通过对密封垫试验和数值计算分析发现,当环面之间发生错台时,密封垫表现出复杂的形状,不同部位呈拉压剪等十分复杂的受力状态。从理论上讲,当环间错台量为4~8 mm(甚至更大一些)时两块压紧状态的密封垫是不会产生渗漏水的。由于环面上的密封垫不是完整的(分别粘贴在12块不同管片上),装配后单侧整环密封垫长达19.415 m,且存在许多棱角组合,加之防水材料质量及施工技术条件等制约因素,多数渗漏水发生在错台量<8 mm(甚至更小)的情况下(见图4)。

1.2.3 螺栓孔和螺栓对错台量的适应性

为便于管片拼装紧固,一般螺栓孔设计的要比螺栓稍大,螺栓孔径为35mm,螺栓直径为30 mm,在管片拼装或产生错台时可允许螺栓适当调整。当环间错台量较小时,螺栓会随管片发生移动,螺栓拉伸量相当有限。不论螺栓与螺栓孔的初始装配关系如何,在错台量达到6~12 mm后,螺栓孔与螺栓的对应位置关系都趋于极限,螺栓将发生拉弯,同时对手孔部位的混凝土产生压剪作用。因手孔部位增强了配筋,螺栓会在手孔部位的混凝土压坏之前先于拉坏。

通过以上分析可知,隧道环面构造、防水体系及螺栓等在隧道发生变形过程中所起的作用不尽相同,对错台量的适应性也并不完全一样。但将它们装配成一条完整的隧道后就必须要求管片间的变形要协调,即只有当错台量同时满足结构抗剪、螺栓受拉及防水有效等要求时,隧道安全才有保障。受管片制作、拼装施工、密封垫质量等因素的影响,通常在隧道投入运营之初,环缝、十字缝或管片接缝处就已发生了渗漏水,隧道在施工过程中已经用掉了大部分结构变形和防水预留量,而留给运营期间允许发生的变形余量非常少。因此,综合多方面因素,将环面间的错台量控制在4~8mm即可保障隧道的安全。

2、隧道纵向变形分析

在隧道防水设计中,一般取纵缝和环缝张开量来确定密封垫的性能,弹性密封垫在隧道张开量达到4~6 mm时还具有防水能力。但隧道纵向变形究竟是以隧道顶底部刚性张开方式还是以环面错台方式进行的?或是两者兼之?下面分别对两种情形进行讨论分析。

2.1 假定隧道纵向变形是以刚体转动的方式进行的

将单环隧道假定为一个理想的刚体,允许环与环之间发生小角度θ的刚体转动,隧道顶(底)部张开量Δ,形成隧道纵向沉降变形(见图5)。当隧道发生沉降时,隧道顶部压紧,底部张开(或闭合)量Δ;反之,隧道顶部张开Δ,底部压紧。根据刚体转动几何条件,隧道环宽w、直径D、环间张开(或闭合)量Δ及隧道纵向沉降曲线半径R之间有如下几何关系:

当取环宽为1.0 m、隧道外径为6.2 m,隧道纵向沉降(或隆起)与环缝张开关系见表1。若依此计算,当环缝张开量为6 mm时,隧道防水已经失效。但在隧道实际变形中,如此小沉降半径(甚至更小)是存在的,但防水体系并没有发生失效现象。这说明将隧道纵向变形视作整环隧道刚体转动的假定与隧道实际发生的纵向变形有着较大出入。在已建隧道中,隧道长度与直径之比L/D>150,隧道纵向端点与车站锚固联结,车站刚度较大,而且隧道与周围土层之间存在一定的抗剪力,对隧道沿纵向移动有较大约束,加之管片之间螺栓紧固作用等,对隧道整环发生刚体转动或沿纵向产生较大的水平位移(缝隙)起到极大约束作用。一般情况下,沿隧道纵向难以产生较大的环间缝隙或刚体转动。

2.2 假定隧道纵向变形是以环间错台方式进行的

从上述分析得知,隧道环与环之间可以发生小量级的错台而不破坏隧道的安全性,假定隧道纵向变形曲线视作是由环与环之间发生不同错台而形成的,现分析沉降曲线为等圆的错台情况。将最下部的一环定为第1环,称之为基准点,第1环隧道底部与沉降曲线最低点之间沉降差定义为初始错台变形δ1,第2环与第1环之间的错台变形量δ2,第i环隧道与i-1环之间的错台变形量δi。根据图6a示,第一环的初始错台量为δ1,则有:

根据表2和图6分析可知:①沉降曲线半径越大,沉降影响范围越大,环间错台发展速度越缓慢;反之,沉降曲线半径越小,沉降影响范围越小,环间错台发展就越快(即错台很快就超出安全控制值)。②沉降曲线半径越大,沉降范围内的累积沉降量越大。由式(3)可以看出,即使环间的错台量是一个较小的数据,但在一个较大范围的隧道累计变形量来说仍然很可观。③即使在等半径沉降曲线上,不同距离的环间错台量是不同的。由式(2)可知,距离基准点越远,环与环之间的错台变形量就越大。

隧道安全取决于隧道结构和防水体系的安全,通过对隧道的长期现场监护监测发现,隧道结构沉降变形和防水之间又是相互影响和相互促进的,隧道渗漏水会引起隧道变形加大,隧道变形加大又会加剧隧道渗漏水,形成恶性循环。

在隧道发生渗漏水的许多部位,沉降曲线半径超过15 000m,满足隧道纵缝张开的设计要求;在发生较大沉降变形区段,沉降曲线半径远小于15 000m,隧道没有发生渗漏水,也未发现隧道顶底部的转动张开;在几处发生过险情的隧道区间,隧道沉降半径远小于500 m,发生漏水的整环隧道多位于沉降曲线的直线段,个别环间错台量达数厘米,在隧道内壁上表现为明显错台形式。理论分析和隧道发生渗漏水的实际情况都证明了隧道纵向变形方式是以环间错台方式进行的,将隧道纵向沉降曲线视作是由一系列环间错台构成的这一假定是合理的。

2.3 隧道纵向变形过程分析 在隧道发生沉降(隆起)后,隧道总长度增加,沉降变化越多,变化量越大,隧道总长度增加量就越大。当错台量较小时,隧道纵向增加量较小,可用下式来表达:

当错台量超过4~8 mm时,隧道纵向长度计算还应考虑纵向环面缝隙的增加量w0。下面根据不同程度的错台量对隧道结构安全和防水影响进行分析:(1)当环间错台量为1~4 mm时,这个量级的错台可以通过隧道环面构造设计本身加以调整,但会对密封垫产生一定的拉压作用。从几何意义上讲,变形前密封垫径向重叠厚度至少可达约23 mm,发生错台后密封垫仍可保持约19 mm的重叠厚度。根据式(4)计算,若错台为1 mm,单环隧道增加长度0.005 mm;若环间错台4 mm,单环隧道增加长度0.008 mm。这个量级的小错台量引起隧道纵向长度的增加非常小,环间缝隙宽度不增加。

随着环间错台量的增大,密封垫不同部位表现为十分复杂的拉压剪等受力状态,密封垫一般不会发生渗漏水现象,但环面间的防水能力在一定程度上被大大削弱,隧道发生渗漏水的概率大为增加。纵向连接螺栓或将进一步发挥抗拉作用,对手孔部位的混凝土施加低水平的压剪作用。

(2)当环间错台量达4~8 mm时,即在前一阶段变形基础上继续发生错台4 mm(见图3b)。不论环面凹凸榫槽最初装配位置如何,此刻凹凸榫槽处在极端配合状态,凸榫顶边缘与凹槽底边缘相接触,凹凸榫槽直接发生剪切,螺栓也处在进一步拉紧状态,密封垫的变形和受力状态也随错台量的加大而加剧,但密封垫径向重叠厚度仍可达15 mm。根据式(4)计算,若错台达到4~8 mm,单环隧道长度增加将达0.032 mm。这个级别的错台引起隧道总长度的增加量依然很小,环间缝隙宽度不增加,但密封垫之间、密封垫与管片之间都可能会直接发生渗漏水现象,环间防水能力被极大削弱,隧道发生渗漏水的几率成倍增加,必须引起警惕,采取措施控制错台的进一步发展。

(3)当环间错台量达8~13 mm时(见图3c),环面凹凸榫槽已发生直接剪切,凹凸榫槽局部会出现裂缝,而导致防水失效,这个错台量会引起环面凹凸榫槽出现“艰难爬坡”现象,环间缝隙呈线性扩大,螺栓被拉流。尽管密封垫径向重叠厚度仍有10~15 mm,但因管片局部发生破坏、环面间缝隙超过防水标准而失去防水作用。根据式(4)计算,若环间错台量达到13mm,隧道长度增加迅速,单环隧道增加量也达13.083mm,环缝张开量将迅速增加超过6 mm,环间防水体系基本失效,将会有大量水土流入隧道,环缝漏水严重。图7是整环隧道发生竖向错台示意图,当环间发生竖向错台时,依附于管片上的密封垫将随同管片一起发生错台。在隧道顶底部位错台最为显著,其它部位并不明显,但此时环面上凹凸榫槽还处在咬合状态,错台将呈直线方式发展。隧道处于此种状态十分危险,若变形继续发展,后果不堪设想。

(4)当环间错台量为13~23 mm时(见图3d),环面间持续剪切导致凹凸榫槽结构进一步破坏,防水体系完全失效,凹凸榫槽还处在咬合状态,错台将呈线性发展直至结构失稳,尤其当隧道下卧土层是砂性土层的状况时风险性更大。

分析表明:①若错台量在几毫米以内,隧道总长度增加量很少,环间缝隙宽度并不增加,隧道结构安全尚处在可控状态,但会大大削弱密封垫的防水效果;②若错台量超过环面凹凸榫槽配合极限之后,环间缝隙按线性发展,管片会发生破损、防水失效等现象,给隧道安全带来灾难性威胁。因此,径向错台的增加不仅会引起隧道环面发生剪切,还将导致隧道纵向水平位移(环面缝隙)的增加。

以上仅是对隧道竖向发生径向错台进行分析,实际上隧道发生纵向变形远比此复杂。隧道在装配完成受力后其环面并不是一个真圆,环面凹凸榫槽的装配关系随之发生变化,这些变形会沿着隧道纵向进行传递,隧道纵向和横向变形在一定范围内相互影响。

3、隧道纵向变形典型曲线及工程实例 3.1 隧道纵向沉降典型曲线

图8是典型纵向沉降曲线,沉降曲线呈对称漏斗型。一半曲线是一条反S沉降曲线,曲线的上部向下弯曲,下部向上弯曲,中间呈直线段变化。可将曲线划分成三段,现逐一分析如下: 第一段为向下弯曲段(沉降加速段)。该段隧道受扰动影响较小,环间错台较小,纵向变形量小,环与环之间的错台迅速变大,环间缝隙基本上没有张开,也不发生渗漏水,此阶段的纵向变形累计量较小。

第二段为直线变形段(沉降均速段)。该阶段隧道受扰动影响较大,该段环与环之间的错台量较大,凹凸榫槽相扣处在剪切状态,错台基本上呈直线型发展,没有明显弯曲,纵向沉降累积量迅速变大,环间缝隙防水失效,有大量水土涌入隧道。

第三段为向上弯曲段(沉降减速段),也是最后一个阶段。该段环与环之间的错台变形由大变小,曲线呈向上弯曲状,此阶段的纵向累计沉降量达到最大。

近年来发生的几起隧道险情大沉降与上述隧道纵向变形曲线非常吻合。3.2 工程实例

(1)图9是上海轨道交通2号线某停车场出入库线下行线隧道泵站发生事故后形成的沉降曲线。因泵站施工引起隧道大量漏水漏砂,隧道发生了较大错台变形,个别环间错台量达到数厘米,最大累计沉降量达26 cm,后经及时抢险才得以控制隧道危情。

(2)4号线大连路区间隧道因结构存在固有缺陷导致隧道漏水漏砂,环间发生了较大错台沉降,纵向累计和差异沉降变形都很大,环间发生错台量达到3~5 mm,累计沉降达9 cm,影响范围超过100m,后经及时发现抢险并最终得到根治。环间过大的错台变形势必会引起隧道结构开裂,导致隧道受损或破坏,防水体系失效,给隧道结构安全带来直接威胁,多处隧道发生的纵向大变形验证了这一变形过程。

4、结语

本文通过对地铁盾构隧道纵向变形进行分析,得到如下结论:(1)地铁盾构隧道纵向变形基本上是以径向错台方式进行的。

(2)径向错台的增加不仅会引起隧道环面发生剪切,同时会引起环缝间隙按线性发展,导致隧道结构损坏、防水失效。必须严格控制各类因素引起的环间错台量。

(3)研究了不同沉降曲线半径的环间错台变化规律,等半径沉降曲线上不同位置的错台量是不同的。结合工程险情研究了典型的隧道沉降曲线。

(4)隧道安全与隧道结构变形和防水密切相关,防水的成败关系到其长久安全,“见水就堵”是十分重要的。这些分析结论进一步加深了对隧道发生沉降方式和变形控制值的认识,对指导地铁盾构隧道安全监控具有重要的意义。