芳纶纤维布修补盾构隧道管片技术

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摘要：地铁盾构隧道在施工掘进过程中，由于种种不可避免的原因造成管片出现开裂、掉角、保护层脱落等现象，部分混凝土脱落后出现管片钢筋外露情况，对隧道结构造成一定的影响，所以需采用环氧砂浆对出现保护层脱落的部位进行修补，同时为了防止新补环氧砂浆脱落，对后期地铁运营造成损害，在管片与新补的环氧砂浆表面采用环氧树脂与芳纶纤维布进行加固，以保证地铁运营安全，使其满足其安全使用需要。

关键词：盾构；隧道；管片；芳纶纤维布；加固；安全

中图分类号：U455.43文献标识码： A 文章编号：

一、引言

受国家大力进行基础设施建设和城市化进程的影响，目前城市地铁在各大城市如火如荼的进行大力建设，盾构法隧道作为最主要地铁隧道施工工艺，被越来越多应运，但是随着盾构法隧道的普及，随之而来的一些施工质量问题也暴露出来，主要是在盾构推进过程中管片出现开裂、掉角、保护层脱落、渗漏水等现象。主要原因是盾构推进过程中姿态不佳、地质情况复杂等各种主观、客观原因造成的。目前已经有多个城市的地铁盾构隧道出现了类似的情况。本文结合某市地铁盾构隧道管片开裂的实际情况，对隧道管片开裂进行相关的修补加固进行详细阐述，经修补加固的盾构隧道管片最终满足其安全使用需要。

二、工程简介

某市地铁区间隧道采用的是预制钢筋混凝土管片，管片外径6.2m，内径5.5m，宽度1.2m，厚度0.35m。每环管片纵向共16只M30螺栓，环向共12只M30螺栓。按照隧道埋深不同，管片配筋相应有差别，按照隧道埋深不同将管片分为P1、P2、P3三类，即浅埋、中埋、深埋环，浅埋覆土厚度h≤11m，中埋11

管片端面环缝采用凹凸榫槽结构（管片环缝结构见图1），纵缝采用平面式，衬砌间连接件采用双头弯螺栓。衬砌纵、环缝防水采用多孔特殊断面的三元乙丙橡胶弹性密封垫，外侧加贴遇水膨胀止水条，形成双道防水。

管片开裂的原因主要有以下几方面的原因：

1）设计方面：管片环向衔接处结构设计为凹凸榫槽，该类结构对拼装精度要求较高，限制了管片错台程度，易造成凹槽处局部应力集中，致使该部位混凝土开裂。

2）盾构机姿态影响：盾构机姿态控制不良，造成局部盾尾间隙较小，在管片拖出盾尾时，引起盾壳对管片挤压，致使管片局部应力集中，致使混凝土开裂。

3）管片错台：管片错台易形成对管片环缝处凹槽的径向剪切力，造成管片内弧面出现裂纹或破损。

4）该市地铁使用的是通用型双面楔形管片，楔形量为37.2mm，管片选型不合适将会引起千斤顶行程差较大或者盾尾间隙不合适，造成管片偏心受力或者管片受挤压，引起管片开裂。

该市区间隧道在盾构推进过程中，由于盾构姿态不佳等因素，造成部分管片出现开裂，开裂部位主要集中在隧道顶部和两侧腰部，开裂宽度从边缘至手孔边，深度由深及浅，以表层混凝土剥落为主，虽然在边缘部位开裂深度超过5cm，但均为管片侧面保护层厚度范围，有少量管片出现漏筋现象，管片开裂的主要形式见图2；所以需对上述开裂的管片进行修补，以保证隧道结构的耐久性及后期运营的安全性。

图1管片环缝结构图2管片开裂形式

三、修补概述

通过论证，对于拱顶100°范围内管片边缘开裂长度L≤1.0m时，采用环氧砂浆进行修补，对于100°范围内管片边缘开裂长度1.0m＜L＜2.5m，采用环氧砂浆加芳纶纤维布进行修补。

芳纶纤维布修补设计形式为：采用与管片等强度的环氧砂浆对于出现的开裂的部位进行修补，待环氧砂浆强度达标后，使用环氧树脂加芳纶纤维布进行修补补强。

四、修补施工技术

1、工艺流程

前期准备管片环氧砂浆修补管片清理涂刷底胶粘贴芳纶纤维布。

2、施工技术措施

（1）前期准备

由于在隧道内进行管片修补，施工空间较小，在进入施工现场作业前，保证施工现场三通一平，作业采用由外后内的顺序进行，配备两支施工队进行作业，每队4人，共8人。主要材料为AFS60芳纶布、环氧树脂胶A＆B、专用滚筒刷、毛刷、刮板、剪刀、凿子、榔头、混凝土角磨机、砂轮（砂纸）、吹风机、活动脚手架、棉纱、环氧砂浆等材料。

（2）管片环氧砂浆修补

在用环氧砂浆修补前，将已经开裂的混凝土凿除干净，对于部分存在钢筋锈蚀的情况，需用钢丝刷刷去钢筋表面堆积的疏松锈蚀，用油漆刷蘸水把开裂处表面洗刷一遍，待表面干燥后，在开裂表面涂刷界面剂，然后按照配比环氧砂浆对开裂处进行修补，根据实际情况可进行多次修补，保证环氧砂浆的密实度。

（3）管片清理

①混凝土表面如出现剥落、蜂窝、腐蚀等劣化现象的部位应予剔除，对于较大面积的劣质层，在剔除后应用聚合物水泥砂浆进行修复。

②用混凝土角磨机、砂轮（砂纸）等工具，去除混凝土表面的浮浆、油污等杂质，构件基面的混凝土要打磨平整，尤其是表面的凸出部位要磨平。

③用吹风机将混凝土表面清理干净并保持干燥。

（4）涂刷底胶

按一定比例将主剂与固化剂先后置于容器中，用搅拌器搅拌均匀，根据现场实际气温决定用量，并严格控制使用时间。

用滚桶刷或毛刷将胶均匀涂抹于混凝土构件表面，厚度不超过0.4mm，并不得漏刷或有流淌、气泡，等胶固化后（固化时间视现场气温而定，以手指触感干燥为宜，一般不小于2小时），再进行下一道工序。

（5）粘贴芳纶纤维布

①按设计要求的尺寸裁剪芳纶布，粘贴宽度为开裂管片处环缝至手孔边共20cm，粘贴长度为开裂管片范围两侧各外扩15cm。

②配置、搅拌粘贴胶料，然后用滚筒刷均匀涂抹于所粘贴部位，在搭接、拐角部位适当多涂抹一些。

③用特制光滑滚子在芳纶布表面沿同一方向反复滚压至胶料渗出芳纶布外表面，以去除气泡，使芳纶布、树脂、混凝土构件粘结成一体。

④如多层粘贴应重复以上步骤，待芳纶布表面指触感干燥为宜，方可进行下一层芳纶布的粘贴。

⑤在最外一层芳纶布的外表面均匀涂抹一层粘贴胶料。

⑥在芳纶布粘贴好之后，对其进行适当的外部保护。

五、施工技术要求

1）AFS60芳纶纤维布厚度不小于0.286mm，抗拉强度大于2000MPa，弹性模量不小于110GPa，延伸率大于2%。

2）底胶粘结强度大于2.74MPa。

3）浸渍树脂比重为1.0～1.3，抗拉强度大于30 MPa，抗弯强度大于10 MPa，粘结强度大于2.74 MPa。

4）原材料的力学性能指标均在80°高温下不衰减。

5）在涂刷混凝土界面剂时，在其未干前立即进行管片修补。

6）在管片修补时，需待盾构机台车离开200米，隧道稳定后进行。

六、结语

通过对由于盾构推进造成管片开裂修补后，经论证，满足结构安全及后期运营安全，以上是本人在施工过程中遇到的较为典型的工程实例，并进行了一些简单认识和总结，希望能给类似的工程提供一点参考和帮助，同时也希望各位同行给予批评和指正。

参考文献：

[1]GB50446-2008 盾构法隧道施工及验收规范

[2]DG/TJ08-2041-2008 地铁隧道工程盾构施工技术规范

[3]GB50299-1999 地下铁道工程施工及验收规范

[4]GB50204-2002 混凝土结构工程施工质量验收规范