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专业知识

管片链接螺栓损坏原因

2020-03-17

地铁盾构隧道接头一般由连接件、传力衬垫、定位装置、密封垫及嵌缝五个部分组成,其构造的复杂性决定了接头部位的受力情况也十分复杂,而接头的安全性能对整个管片结构的安全与稳定有着极大的影响,相关研究表明,管片结构常出现的扭转、开裂、防排水系统损坏等问题均跟接头密切相关,可谓“接头稳则管片牢,接头损则管片损”。

目前,国内外采用的接头形式多种多样,如连接件的接头、螺栓连接接头以及可弯柔性接头等[[34],接头形式的选择主要依据地质条件、外部荷载的大小、管片结构特性和拼装方式、施工成本及便利程度、养护维修难度等因素,在地下水丰富的地区还要重点考虑接头的防水性能。本章针对有螺栓连接的接头形式,结合其施工时的受力情况分析其接头螺栓损坏的原因和相应的处治措施。相关研究表明,地铁盾构隧道管片接头螺栓的安全性及耐久性影响因素有很多种,一般可分为材料因素、施工因素、环境因素及一些不确定因素。

1、材料因素

地铁盾构隧道接头螺栓与管片结构紧密相连,为保证结构防水性能良好并防止接头螺栓及管片结构内部钢筋锈蚀,一般会在接头螺栓外部涂抹一层橡胶材料,因此,接头螺栓的安全性及耐久性除了跟管片结构使用的混凝土强度、水灰比、外加剂强度有关以外,还跟橡胶材料的强度密切相关

对于接头螺栓来说,材料因素毋庸置疑是影响其安全性及耐久性最重要的因素,材料因素的影响主要体现在以下几个方面:

(1)混凝土强度

混凝土强度包括混凝土抗压强度、抗拉强度和抗剪强度,其强度跟混凝土粗骨料含量、水泥强度等因素有关。接头螺栓在管片拼装、连接及隧道正常运营阶段,可能承受管片传来的压力和拉力,除此之外,由管片扭转引起的剪力作用对接头螺栓的影响也不容忽视。因此,混凝土的强度在极大程度上决定了接头螺栓的安全性和耐久性。

(2)水灰比

水灰比是指混凝土中水与水泥用量的重量比值。水灰比主要影响混凝土的流变性能、水泥浆凝聚结构以及其硬化后的密实度,因而在组成材料给定的情况下,水灰比是决定混凝土强度、耐久性和其他一系列物理力学性能的主要参数,水灰比越大,水的比重就越大,多余的水会造成混凝土抗渗性能的降低。

(3)橡胶分子

橡胶材料是一种高弹性的高分子材料,其强度和耐久性主要取决于生胶材料选择及配方,对于橡胶来说,其热稳定性、防水性能及耐氧化性能均对接头螺栓的安全性和耐久性有着重要的影响。

(4)螺栓自身材料质量

螺栓作为连接管片的关键物件,其自身的强度,防腐及防水级别,选用的类型都必须严格按照设计要求进行选取。螺栓的质量对管片连接的最终效果具有非常重要的作用。

2、施工因素

在实际施工过程中,因施工水平限制,施工工艺不规范及施工组织管理不当等因素,地铁盾构隧道的管片结构及接头部位常常出现一定的施工问题。施工振捣、偏压扭转、混凝土浇筑及涂橡胶层等施工工艺对结构的安全性和耐久性影响较大。

对于管片接头部位来说,混凝土的施工工艺、防水部件的施作和超、欠挖均是影响其耐久性的重要因素。管片结构的防水措施一般有管片自防水、壁后注浆及接缝防水等,通过壁后注浆进行防水时,注浆要饱满、及时,保证注浆后盾体及管片与岩体的摩擦系数足够大,注浆完毕后要及时压浆。此外,接缝的防水施工也是保证接头安全稳定重要措施,因此,在接缝的环缝和纵缝止水带施工时,须务必保证施工质量

3、环境因素

对于地下工程,其独特的施工位置决定了其施工质量及结构的安全性受地层环境影响较大,因其多数位于地下,不可避免地会遇到与地下水相关的各种问题,如渗流,涌水等,对于一些富水地区,地下水中往往存在一些侵蚀性较强的物质,对管片混凝土侵蚀性强,因此通常造成混凝土开裂及钢筋锈蚀等工程问题,在实际工程中必须慎重处理。除此之外,空气中存在的强酸、强碱及微生物等物质极易造成接缝防水材料的老化脱落,进而引起接头螺栓的损坏。

在实际工程中,地下工程尤其是地铁的施工前,必须对其所处的地质条件进行超前勘测,如围岩级别、地下水位情况,岩土体液化情况,有无溶洞等。在一些特殊地质及地层修建地铁时,必须保证设计和施工质量,防止施工时出现不均匀沉降、塌方、涌水等现象,保证衬砌结构和管片接头的安全稳定

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