市政排水隧道被鉆機侵入破損后的修復方法

張磊

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2109-5042-9179

摘? 要：市政排水隧道為關系國計民生的百年工程，結構安全尤其重要。主體結構因某些原因遭到局部破壞后的修復工作，必須通過科學論證、精細施工才能確保修復后的結構滿足使用需求。該文結合斯里蘭卡排水隧道被地面鉆孔非法侵入后的現狀，進行了破損隧道位置的受力分析。綜合考慮隧道結構安全和施工可行性等因素，最終確定隧道修復方法，為今后類似施工提供一定借鑒和幫助作用。

關鍵詞：盾構? ?管片? ?排水? ?隧道? ?破損? ?修復

中圖分類號：K826.16? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A文章編號：1672-3791（2021）09（a）-0064-05

Repair Method for Municipal Drainage Tunnel Invaded and Damaged by Drilling Rig

ZHANG Lei

（China Petroleum Pipeline Engineering Co.， Ltd.， Langfang， Hebei Province， 075000 China）

Abstract： Municipal drainage tunnel is a century old project related to the national economy and the people's livelihood， and structural safety is particularly important. After the main structure is partially damaged for some reasons， the repair work must be carried out through scientific demonstration and fine construction to ensure that the repaired structure can meet the needs of use. Combined with the current situation of drainage tunnels illegally invaded by ground drilling in Sri Lanka， the stress analysis of damaged tunnel position is carried out in this paper. Considering the factors such as tunnel structure safety and construction feasibility， the tunnel repair method is finally determined to provide certain reference and help for similar construction in the future.

Key Words： Shield; Segment; Drainage; Tunnel; Damage; Repair

現代城市內的排水管道施工，越來越多地采用非開挖工法，如頂管法、盾構法等。隨著城市化率的不斷提高，大批市政工程集中建設，在地面鉆孔勘察、樁基施工過程中稍有不慎就可能對既有地下排水管道造成破壞。

該文就以斯里蘭卡某新建排水隧道的管片結構受地面鉆機侵入破壞后修復的工程實例，對隧道破損修復方法進行探討，以此為類似問題提供解決方案。

1? 概況

該隧道位于該國首都科倫坡，為市政主排水通道，采用盾構法施工，全長780 m，混凝土管片襯砌結構，內徑3 m，環寬1 m，壁厚0.25 m，混凝土等級C50。

隧道完工移交前，因地面居民在鉆探施工時，非法將隧道管片結構鉆通，造成地層水土大量涌入，危及隧道和地面房屋安全。

該破損點位于管片端部，隧道排水方向右側2點至3點位置，鉆孔直徑127 mm，隧道內表面破損范圍730 mm×300 mm。管片內部分鋼筋被切斷，管片螺栓變形。另外，破損點位于管片B2塊邊緣，且鉆孔貫穿管環外側邊緣，造成管片密封條局部出現斷裂、失效。破損情況見圖1、圖2。

經過測量，鉆孔深度為10.8 m，其中上部直徑127 mm，下部直徑112 mm。鉆孔內已插入外徑110 mm的PVC套管，其中底部6 m為花管，孔徑3 mm。

結合地質勘查資料和掘進地質資料得知，管片周邊地層為全風化片麻巖，地下水位于地表以下6 m。

2? 隧道整體結構的影響分析

利用三維實體建模軟件建立盾構隧道破損處三維模型[1]，而后將三維模型導入有限元分析軟件Abaqus中，設置材料屬性、載荷及邊界條件。

取破壞管片前后三節建立三維模型，如圖3所示。

2.1 載荷工況及材料屬性

隧道主要受到環向的水壓力及土壓力，其中，由于隧道已施工完成，且存在地層摩擦力等因素的影響，假定環片軸向不受力。管片材料實際以鋼筋為骨架澆筑的鋼筋混凝土材料，計算中將模型簡化為混凝土材料，同時考慮去掉鋼筋后材料的強度折減系數。混凝土強度、密度等參數同設計值。

2.2 計算模型建立

將建立好的三維實體模型導入有限元分析軟件Abaqus中，通過賦予材料屬性、網格劃分（為避免C3D8單元剪力自鎖，混凝土單元采用C3D8R六面體減縮積分單元;管道內部受壓會形成壁面彎曲，采用C3D8I六面體非協調單元來避免數值積分時的沙漏效應）、邊界條件建立、載荷施加（載荷主要有重力，水壓力、土壓力）等步驟后，建立三維有限元計算模型，如圖4所示。

2.3 分析結果

通過計算結果發現（見圖5），管片結構應力最大點發生在管片破損處及孔洞處。最大應力值為27.93 MPa，小于混凝土的抗壓強度設計值50 MPa，因此可以判斷孔洞對管片整體結構影響不大。從圖6得知，孔洞應力最大值處在環片下方，即混凝土壁厚最薄處，達到27.93 MPa。該破損孔只需充填密實，無需再另行植筋施工。

3? 修復原則

（1）緊急止水，減小漏水量、降低地層坍塌風險;（2）修復后的隧道應滿足原設計標準和要求;（3）修復應盡量選擇當地現有的材料、設備。

4? 修復施工工藝

4.1 修復施工流程

隧道修復施工流程如下：

隧道內破損點緊急止水? ? ? ? ?周邊管片的接縫灌漿? ? ? ? ?鉆孔填充封堵? ? ? ? ? 管片外側壓漿填充

隧道內破損點永久修復? ? ? ? ? 破損縫隙補強處理。

4.2 具體施工措施

4.2.1 隧道內破損點緊急止水

從隧道內的破損位置，把外圍包裹棉紗的木方插入鉆孔中，后沿木方四周繼續壓填棉紗。同時，預留臨時泄水孔，方便封堵施工。

初步堵漏完成后，使用快干水泥將破損區域填充密實，具體詳見圖7。

4.2.2 周邊管片的接縫灌漿

由于鉆機切割混凝土的震動造成隧道接縫出現不同程度的變形、開裂，因此需對破損點前后各1.5 m的管片接縫進行修復和灌漿封堵。灌漿材料為Polyurethane[2]，灌漿位置如圖8所示。

施工時，在指定位置鉆出直徑10 mm、深50 mm的孔，清理干凈后，安裝帶逆止閥的注酯針頭，并用快干水泥封堵牢固。待上述施工完成，且達到強度要求后，對泄壓孔封堵處理，一般可在漏水處壓入棉紗，外部包裹快干水泥。

灌漿時采用手動注酯泵，注酯壓力和注酯量根據現場封水效果確定。

4.2.3 鉆孔封堵

鉆孔封堵分兩次實施，如圖9所示。第一次灌注C60商用混凝土（塌落度180～230 mm），確保管片外壁破損區域充填密實，灌注深度為1/2鉆孔深度;第二次灌注水泥沙拌合料（1 m3沙摻入50 kg水泥），深度為剩余孔深。

4.2.4 管片外側壓漿填充

管片外側填充的漿液為速凝的雙液漿（水泥漿+水玻璃稀釋液）[3-4]，初凝時間控制在1～2 min，水泥為普通硅酸鹽水泥，等級不低于42.5，水灰比為1∶1。

注漿位置為509～513環。利用上述管片的注漿孔進行壓注施工，注漿壓力不得超過5 bar，以免造成臨時封堵結構的破損。

4.2.5 隧道內破損點永久性修復

管片壓漿作業完成后，利用電鎬鑿除臨時封堵的水泥，裸漏出新鮮的管片混凝土切面，如圖10所示[5]。

永久修復材料為sikadur -31 CF Normal，分層涂抹，每層厚度不超過30 mm。涂抹修復材料時，如出現局部滲漏水，可預埋導流管引流，待后續補強施工時一并處理。

4.2.6 破損縫隙補強處理

為了確保管片新舊混凝土接合面的密實度，需對其進行補強處理。鉆孔直徑為10 mm，鉆孔深度200～250 mm，穿透新舊混凝土接合面。安裝好注酯管后使用Sikadur-732封孔，注入Sikadur-52 ID進行加固[6-7]。

5? 結語

由于境外市政工程施工范圍多為私人土地，房主對已建地下設施具體位置信息掌握不清楚，在地面鉆探、水井施工時極易造成運營隧道的破壞。同時，市政工程施工前必須對地上、地下建構筑物及管線等做充分的調查，既要對已有相關資料進行認真研究，也需要通過具體手段如挖探坑或物探法等充分掌握地下情況，以避免出現類似損壞地下建構物的情況發生。一旦出現意外情況，必須查明原因，有針對性地編制專項方案，如情況嚴重還需請相關專家進行論證，切不可草草修復了事。

參考文獻

[1] 李波.地鐵隧道管片受外力破壞后修補方法探討[J].低碳世界，2014（5）：199-201.

[2] 王志偉，馬偉斌.隧道裂縫病害防護專用改性單組分聚氨酯無損補強材料研究[J].鐵道建筑，2021，61（7）：71-75.

[3] 王艷磊.碎裂巖體力學變形特性及注漿補強效應研究[D].重慶：重慶大學，2019.

[4] 張玉.水泥基注漿材料漿液擴散規律和預測控制試驗研究[D].北京：北京交通大學，2020.

[5] 遲家鳳.盾構施工中管片缺陷的防治與成型后缺陷處理措施研究[J].鐵道建筑技術，2018（5）：74-76，122.

[6] 鐘猛，劉日華.云南海口磷石膏庫排水隧道襯砌補強加固施工技術研究[J].浙江水利水電學院學報，2020，32（5）：46-51.

[7] 康元鋒.地鐵盾構隧道襯砌管片損傷修復關鍵技術研究[J].交通世界，2019（8）：96-97.