摘要：本文介紹地鐵管片灌漿孔塑料套管的產(chǎn)品特點(diǎn)并結(jié)合XX地區(qū)的施工實(shí)際應(yīng)用情況，對所出現(xiàn)問題進(jìn)行探析，提出一些預(yù)防措施及新的抗拔試驗(yàn)方法。

關(guān)鍵詞：地鐵管片塑料套管抗拔試驗(yàn)       目前，為解決日益嚴(yán)重的交通擁擠問題，國內(nèi)的幾個(gè)主要大城市如XX、XX、XX等都先后大規(guī)模地興建地下軌道交通工程，以緩解城市交通壓力。在地鐵工程中，由于盾構(gòu)法施工與礦山法相比，具有速度快、低造價(jià)、質(zhì)量好、安全環(huán)保、對地面干擾較小等優(yōu)點(diǎn)，目前，已經(jīng)得到廣泛的認(rèn)可和應(yīng)用。隨著對國外技術(shù)的吸收與消化，地鐵工程國產(chǎn)化程度的不斷提高，管片生產(chǎn)及盾構(gòu)施工技術(shù)也日漸成熟。灌漿孔塑料套管（以下簡稱塑料套管）是安裝管片時(shí)必不可少的預(yù)埋件，其質(zhì)量好壞直接關(guān)系到管片安裝時(shí)的安全性。本文就地鐵管片塑料套管的應(yīng)用情況及抗拔試驗(yàn)方法方面提出筆者的一些見解。


1塑料套管產(chǎn)品特點(diǎn)     

塑料套管是管片產(chǎn)品中的預(yù)埋件，它是以高強(qiáng)度工程塑料為主材，經(jīng)改性前處理，輔以優(yōu)質(zhì)抗老化劑和其它助劑，用精密模具注射成型預(yù)埋于盾構(gòu)隧道混凝土管片中形成吊裝孔。     

塑料套管產(chǎn)品的技術(shù)要求較高，使用時(shí)要求材料的韌性但又保證其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，同時(shí)又要滿足注射成型后的收縮變形量滿足多道螺紋累積誤差精度要求，并且與混凝土有好的相容性，以具有足夠大的錨固力。在管片蒸汽養(yǎng)護(hù)加熱和降溫過程中不會(huì)因其熱膨脹和冷縮導(dǎo)致與混凝土之間的裂縫。     

它相對于鋼制灌漿頭，塑料套管有安裝方便可靠、密封良好、成本低、抗腐蝕的優(yōu)點(diǎn)，另外塑料套管不導(dǎo)電，采用塑料套管不須考慮的防迷流問題，對于管片結(jié)構(gòu)鋼筋起到隔離屏蔽作用，對延長隧道的使用壽命有很大幫助。


2塑料套管的應(yīng)用與發(fā)展     

塑料套管主要作用是用于吊裝管片和后期灌漿。在管片安裝過程中，把盾構(gòu)機(jī)安裝抓舉頭旋進(jìn)該組件的內(nèi)螺紋連接孔實(shí)現(xiàn)管片的起吊和安裝。在管片安裝完畢形成隧道后，在需要進(jìn)行第二次灌漿的時(shí)候，可以通過該灌漿孔從隧道內(nèi)向外灌漿。     

1994年XX興建地鐵一號線，XX市市政工程水泥制品有限公司負(fù)責(zé)生產(chǎn)全線的盾構(gòu)隧道管片。管片規(guī)格6000×5400×1200mm×300mm，一環(huán)六片，標(biāo)準(zhǔn)片最大重量3.44t。管片設(shè)計(jì)所使用的塑料套管是通過日本都筑公司介紹，從英國訂購。當(dāng)時(shí)要求該套管抗拔荷載在12t以上或不少于管片自重的2.5倍。該產(chǎn)品在地鐵一號線總體使用情況尚算可以，但成本昂貴。      在建造XX地鐵二號線時(shí)，管片環(huán)長增加至1500mm，標(biāo)準(zhǔn)片最大重量4.3t，初時(shí)仍使用進(jìn)口產(chǎn)品。由于使用德國海瑞克盾構(gòu)機(jī)，管片安裝機(jī)械手的抓舉油缸作用力較大，塑料套管已在其性能極限邊緣工作，因此，容易發(fā)生管片脫出的情況。     

此時(shí)，國內(nèi)的一些生產(chǎn)廠家開始開發(fā)生產(chǎn)此類產(chǎn)品，其中廣鏗建材有限公司通過采用改性聚酰胺基材料，成功開發(fā)出第一代抗拔力達(dá)到16t的塑料套管產(chǎn)品，同時(shí)也把生產(chǎn)成本降低了一半以上，實(shí)現(xiàn)了該產(chǎn)品的國產(chǎn)化，該產(chǎn)品成功應(yīng)用于XX地鐵二號線。之后，根據(jù)工程實(shí)踐及實(shí)際需要，不斷調(diào)試配方、改進(jìn)設(shè)計(jì)，又開發(fā)出適用于各種管片、多種規(guī)格、不同抗拔要求的產(chǎn)品，最高抗拔荷載可達(dá)到37t。它們被廣泛應(yīng)用于XX、深圳、北京的地鐵建設(shè)中。剛投入使用的XX交通軌道四號線，及在建的五號線已使用到其第五代產(chǎn)品，效果良好。

3對施工中塑料套管的脫出事故的原因分析及預(yù)防措施     

塑料套管的脫出事故的因素是多方面的。     

從塑料套管本身抗拔力的角度來講，是需要有足夠的富余系數(shù)。起吊過程中，管片吊裝孔需要安全地完成管片起吊和定位調(diào)整，抗拔件在動(dòng)態(tài)下須具備足夠的抗拔力，在實(shí)際操作中，即使在靜態(tài)垂直起吊狀態(tài)下，抓舉機(jī)械手的抓舉油缸向上拉管片和兩個(gè)反向支持向下壓緊管片形成的平衡受力體系中，在110×70的抓舉油缸12Kpa的正常油壓下，塑料灌漿頭受的拉力已達(dá)到11.4t。加上管片安裝時(shí)的動(dòng)載及其它因素，實(shí)際所受的抗拔力要求應(yīng)比外國專家提出的不少于管片自重的2.5倍要高得多。     

根據(jù)XX地鐵二、三號線的工程實(shí)踐，使用抗拔力16t的三頭三角螺紋或單頭牙圓弧螺紋產(chǎn)品基本上能滿足要求，但偶有脫出現(xiàn)象，而采用單頭牙圓螺紋25t產(chǎn)品，就沒有出現(xiàn)螺旋套拔壞的現(xiàn)象。有些設(shè)計(jì)單位提出抗拔力的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為不得少于管片自重的4倍再加上20%的安全系數(shù)是比較合理的。     

對于生產(chǎn)塑料套管要考慮選用機(jī)械性能好，表面硬度高，韌性好的改性聚酰胺基材料，而螺紋布置或有效長度的設(shè)計(jì)對抗拔力的影響也是很大的，如單頭牙圓螺紋外表面為淺圓弧螺紋狀對比三角螺紋更有利于澆筑時(shí)混凝土骨料在該位置的均勻分布，也避免了在該處振搗時(shí)難以氣泡排出。而有效長度較長則有利于管片起吊過程中更好把住管片的重心位置。     

在生產(chǎn)管片環(huán)節(jié)，要注意預(yù)埋塑料套管定位的準(zhǔn)確和穩(wěn)固，以防振搗混凝土?xí)r塑料套管移位或浮出，避免出現(xiàn)安裝過程中抓舉頭不能完全旋入，或由于不垂直在起吊中出現(xiàn)應(yīng)力過分集中，造成管片產(chǎn)品的報(bào)廢。另外，很多管片模具是自帶附著式高頻振動(dòng)器，采用風(fēng)動(dòng)振動(dòng)方式振搗混凝土，其能量傳動(dòng)方向與通常的振搗棒相反，是由模具傳向混凝土，鋼摸及預(yù)埋件處混凝土受到較強(qiáng)振力，容易起漿，過振是對抗拔力極為不利，由于骨料沉降，預(yù)埋螺旋套的末端外圍往往容易多漿少石，強(qiáng)度偏低，浮漿多時(shí)應(yīng)進(jìn)行清理，補(bǔ)充混凝土。采用連續(xù)級配骨料也可以保證預(yù)埋螺旋套外螺紋根部的混凝土強(qiáng)度。管片養(yǎng)護(hù)時(shí)避免雜物進(jìn)入里面，保證其內(nèi)部清潔。      

在施工環(huán)節(jié)，要注意加強(qiáng)對灌漿頭的清潔，在保證抓舉頭撐臂與管片內(nèi)弧面有足夠的摩擦力滿足抓舉頭起吊安裝的前提下盡可能地降低抓舉油缸的油壓，同時(shí)應(yīng)考慮加裝抓舉頭防滑止退裝置保證抓舉過程中不發(fā)生返松。在施工螺旋套的脫出事故中較多的是由于抓舉頭沒旋到位或返松，出現(xiàn)部分螺牙“掃牙”現(xiàn)象，而整個(gè)拔出的情況相對較少。

4塑料套管抗拔試驗(yàn)方法及改進(jìn)     

塑料套管抗拔試驗(yàn)是對預(yù)埋在管片中央的灌漿孔套管進(jìn)行破壞性試驗(yàn)，檢測其在外力作用下承受的最大抗拔力，為管片的生產(chǎn)和安全安裝提供依據(jù)。     

最初的抗拔試驗(yàn)方法是通過采用大型反力架和油壓千斤頂組成的施力系統(tǒng)進(jìn)行。試驗(yàn)裝置如圖3，

該抗拔試驗(yàn)步驟為：     

⑴將拉力螺桿旋入管片灌漿孔螺栓中，再將管片置于拉力架里，并使螺桿與拉力架用螺絲連接后，整體放置在支承架上，支承架承托著管片兩側(cè)；     

⑵在拉力架下方安放兩個(gè)測位移百分表；     

⑶當(dāng)千斤頂軸心升起時(shí)，拉力架帶動(dòng)螺桿向下拉，灌漿螺栓受力，百分表的讀數(shù)顯示螺桿的位移量；     

⑷當(dāng)壓力不能再上升，百分表讀數(shù)突然增大時(shí)，說明灌漿螺栓管承受的拉力已超出極限且被破壞，以此值為灌漿塑料套管的破壞力。     

這種試驗(yàn)較為實(shí)際地模擬了管片吊裝時(shí)的使用受力狀態(tài)。不足的是只能對最小的封頂片（K片）進(jìn)行，而且對人員、起吊設(shè)備、場地的要求較高。     

后來，為試驗(yàn)方便和降低試驗(yàn)成本，一種可在室內(nèi)進(jìn)行的試驗(yàn)方法被提出來了。該試驗(yàn)的方法叫試件模擬法，是采用壓力試驗(yàn)機(jī)加壓體系進(jìn)行。試驗(yàn)裝置如圖4。


試件的制作方法是將灌漿塑料套管與塑料筒連接好，模擬管片的鋼筋布置，與之一起固定在300×300×300mm模具內(nèi)，保證鋼筋保護(hù)層50mm，按照管片配合比澆筑混凝土并振搗成型，并養(yǎng)護(hù)28天。

抗拔試驗(yàn)步驟為：     

⑴將加長的拉力螺桿旋入管片灌漿孔螺栓中，并穿過試件，再將立方體試驗(yàn)件螺口朝下置于壓力試驗(yàn)機(jī)上下壓板之間，對正。     

⑵在千斤頂（下壓板）軸心面上安放兩個(gè)百分表，測定位移變量；     

⑶固定上壓板不動(dòng)，千斤頂（下壓板）軸心升起，螺桿向下壓，螺牙受力，百分表的讀數(shù)顯示螺桿的位移量；     

⑷當(dāng)壓力不能再上升，百分表讀數(shù)突然增大時(shí)，說明灌漿螺栓管承受的拉力已超出極限且被破壞，以此值為塑料套管的破壞力。     

這種試驗(yàn)方法便于塑料套管生產(chǎn)廠家對產(chǎn)品的試驗(yàn)研發(fā)，可大量節(jié)約試驗(yàn)成本，對試驗(yàn)設(shè)備要求也不算高。但是，這種試驗(yàn)件與實(shí)際管片產(chǎn)品在體積上，混凝土及鋼筋的約束等方面都有一定差異，得出的結(jié)果理論上會(huì)相對偏小。     

在管片的實(shí)際使用中，有時(shí)盾構(gòu)施工單位對有些成型的管片產(chǎn)品塑料套管安裝質(zhì)量（如移位）或塑料套管處混凝土質(zhì)量有疑問時(shí)，對其抗拔力如何檢驗(yàn)?zāi)�？用大型反力架法，易受場地、機(jī)械設(shè)備條件限制，對大塊標(biāo)準(zhǔn)塊管片又難以試驗(yàn)；而試驗(yàn)?zāi)�擬法，又不能代表待測管片的實(shí)際情況。對于這類有疑問產(chǎn)品不經(jīng)檢驗(yàn)使用的話，萬一吊裝時(shí)脫落，將造成人員的傷亡、設(shè)備的損壞，不可忽視。而直接報(bào)廢又沒有經(jīng)檢驗(yàn)不合格的依據(jù)，對國家財(cái)產(chǎn)也是一種損失。這都是令盾構(gòu)施工單位或管片預(yù)制單位頭痛的問題。     

針對這情況，筆者提出一種簡易反力架形式的抗拔試驗(yàn)方法，通過實(shí)踐，能很好地解決以上的問題。具體試驗(yàn)裝置如圖5所示。


試驗(yàn)采用可拆裝的小型反力架和油壓千斤頂組成的施力系統(tǒng)進(jìn)行。檢驗(yàn)其抗拔力能否達(dá)到設(shè)計(jì)要求便可，不需要做破壞試驗(yàn)。試驗(yàn)方法與大型反力架法相似，在此不累贅。

它有很多優(yōu)點(diǎn)：     

⑴拆裝方便，對場地、設(shè)備要求不高、單人可操作。     

⑵適用于各規(guī)格的管片產(chǎn)品塑料套管抗拔試驗(yàn)。     

⑶因采用實(shí)體試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果能直接反映實(shí)際情況。

5結(jié)束語   

XX地鐵建設(shè)正飛速發(fā)展。通過XX地鐵多條線的工程實(shí)踐證明，盾構(gòu)法施工的優(yōu)越性越來越明顯，應(yīng)用得越來越廣，而地鐵管片及其配套組件的應(yīng)用也緊跟其上，生產(chǎn)技術(shù)及試驗(yàn)方法也在實(shí)踐中不斷完善。     

提高塑料套管的抗拔性能，加強(qiáng)對管片的生產(chǎn)控制及安裝現(xiàn)場控制，對避免管片安裝脫落，提高管片安裝的安全性是很有幫助的。     

簡易反力架抗拔試驗(yàn)方法的提出，彌補(bǔ)了原有試驗(yàn)方法的不足，為盾構(gòu)施工及管片生產(chǎn)單位提供了一種實(shí)用的測試現(xiàn)場管片吊裝孔抗拔性能的新方法。