某濱海填土區地鐵盾構隧道翻漿冒泥病害治理分析

徐世達

摘 要：某濱海填土區地鐵盾構隧道，在運營 8 年后出現道床翻漿冒泥病害。結合區間隧道所在地區地質情況及結構特征分析病害發生的原因：①地質情況復雜，隧道處于淤泥質地層中，襯砌結構發生不均勻變形;②道床結構與襯砌管片之間不密實，道床與管片結構變形不協調。根據病害原因，制定以適用的材料填充道床結構與管片結構間縫隙的病害整治方案。

關鍵詞：地鐵;盾構;隧道;翻漿冒泥;治理

中圖分類號：U213.7

0 引言

在區間隧道內，整體道床因其具有穩定、耐久、軌道平順性高、剛度均勻性好、少維修等優點，在地鐵隧道內得到大規模使用，為地鐵運營提供了一個平穩舒適的營運環境。但隨著地鐵的運營，道床結構暴露出了開裂、翻漿冒泥、軌道間距變化、列車通過時晃車等問題。

關于道床病害的處理方法，國內已有不少學者、工程師根據現場情況提出了治理思路，主要有疏導地下水、局部調整線路坡度、壓降填塞及翻修、化學灌漿法、低壓注漿補縫技術等，核心原理有以下2點：①封閉道床結構底部空隙，防止微裂隙在列車動荷載作用下病害持續劣化;②處理水源問題，封堵地下水的滲入路徑以及隧道水溝內水滲入道床底部的路徑。本文主要結合某濱海填土區盾構隧道道床翻漿冒泥病害進行原因分析，介紹治理工藝，為其他類似工程提供參考。

1 工程概況

某地鐵線路于2011年開通，線路距離海域最近處僅2 km，部分區間處于濱海填土地區。區間隧道主體為盾構隧道，襯砌管片外徑6 m，管片厚度30 cm。區域地質情況較為復雜，包含人工填土及建筑垃圾、填碎石層、填塊石層、海積淤泥層，淤泥層分布廣、厚度大，人工填筑無規律，且硬巖突起。在該盾構隧道建成后，其周邊在建和擬建項目較多，周圍建筑環境復雜。

運營維保人員于2018年發現，隧道兩側水溝出現大量泥沙、黏土質淤泥，主要從水溝混凝土與管片、道床交接縫隙處涌出。根據隧道斷面掃描數據，隧道水平最大變形達到12.6 cm，整個隧道管片都發生了不同程度變形，道床結構表面產生了橫向裂縫。根據盾構隧道結構特征，可推測道床結構與襯砌管片之間產生了不同程度的脫空。為防止道床結構進一步破損，最終影響到地鐵列車的正常運營，需對該病害進行整治。

2 翻漿冒泥病害特征

2.1 病害現場情況

如圖1、圖2所示，隧道內側溝涌現大量黏土質淤泥、泥沙，主要來自排水溝與道床及襯砌管片間的縫隙。排水溝涌泥、涌砂的區段內大量管片接縫發生滲漏，管片間發生錯動，最大錯動量達到3 cm。

2.2 隧道及道床變形

病害區段道床變形比較明顯，對道床沉降變形進行長期的變形監測，如圖3所示。數據表明，道床最大下沉量達到30 mm，最大隆起量達到18.3 mm。為保證地鐵列車正常運行，已多次對接觸網進行調整，保證接觸網導高。若變形繼續，超過接觸網的調節限值，地鐵列車的安全運行將受到嚴重影響。

道床縱向沉降變形的直接誘因是襯砌管片的不均勻變形，故對襯砌管片的變形進行了監測，監測數據如圖4所示，隧道水平最大寬度變化峰值超過10 cm。

2.3 結構安全檢算

結合管片變形數據及地層、結構信息，對結構安全進行數值計算，圖5中計算結果表明，襯砌管片最大拉應力達到1.851 MPa。襯砌管片為C50鋼筋混凝土管片，其抗拉強度設計值為1.89 MPa，強度儲備僅剩余2%。現場已發現多處襯砌管片拱頂部位發生開裂、管片破損的情況，如圖6所示。

對道床底部不同空隙大小工況條件進行道床應力計算，在離縫（道床結構與襯砌結構脫離形成空隙）出現前后，道床受力狀態由受壓變為局部受彎，結構最大拉應力由0.69 MPa增加到1.43MPa，如圖7所示。應力超過道床混凝土的抗拉強度設計值，導致道床結構開裂。現場發現病害區段每段道床表面均有裂縫產生，且道床變形縫擴大，如圖8所示。

3 原因分析

3.1 結構因素

盾構隧道結構特征如圖9所示，在盾構管片拼裝完成后再施做道床結構，道床結構與襯砌結構之間存在一個不連續界面。道床一般為每段長度不大于12.5 m的鋼筋混凝土結構，襯砌為長度1.5 m或1.2 m的鋼筋混凝土管片結構，道床結構與襯砌管片各為剛體，變形不協調。當襯砌管片發生不均勻變形（即不同環管片間發生相對位移）時，管片與道床結構的不協調變形導致二者之間產生空隙。管片變形過大將導致管片接縫局部防水體系失效，地下水滲入隧道內部環境，存儲在管片與道床結構間的空隙中。在列車荷載作用下，道床將發生一定的向下彎折變形，對整個空隙內存儲的地下水形成擠壓，地下水在道床的擠壓作用下將沿著道床與管片的縫隙發生擴散。道床結構兩側厚度較薄，抗水壓能力相對較為薄弱，地下水進而沿著兩側擴散，從水溝與管片、道床結構之間的縫隙中涌出，形成表觀的道床翻漿冒泥現象。

3.2 擾動因素

襯砌管片間采用螺栓連接，盾構隧道整體是一個柔性結構，在圍巖發生變形時，襯砌管片將伴隨圍巖發生一定程度變形。該區間地處濱海填土區，如圖10所示，地質條件復雜，隧道穿越不同地質層。隧道開挖擾動后，不同地質層對擾動的響應不同，將導致周圍地層的不均勻沉降，進而導致襯砌管片的不均勻變形。

除了隧道開挖的擾動，隧道建成后周邊不間斷的物業開發將導致反復擾動，形成反復的加載、卸載作用，加劇了地層的不均勻沉降。

4 治理措施

為防止病害的進一步劣化，離縫的進一步擴張，對該道床翻漿冒泥病害進行緊急治理。治理目標為填充離縫，使道床與襯砌結構間無存水存泥空隙，防止離縫內儲存的地下水在列車周期性荷載作用下進一步擠壓擴散，控制離縫范圍的擴大。

4.1 填充材料

考慮到運營線路作業時間短、治理結束隨即正常運營的特點，需要材料滿足以下條件。

（1）凝結時間快，作業結束約2 h后，線路將恢復正常運營，故要求材料2 h內必須固結并達到一定強度;

（2）力學強度夠，材料固結后抗壓強度應不低于結構強度，避免充填材料在應用過程中壓潰，同時材料與離縫兩側結構還應該具有一定的粘結強度;

（3）在有水條件下應能夠正常固結;

（4）具有較強的滲透性，能夠對細微縫隙進行充填，以保證道床結構與襯砌管片間的密實性。

根據上述條件選擇強度及適應變形能力強的HM-24型改性環氧材料，采取高壓注漿的方式將填充材料注入離縫空隙內。性能參數如表1所示。

4.2 治理工藝

對翻漿冒泥段排水溝與管片交接的位置、排水溝與道床交接的位置進行鑿槽，并用速凝水泥進行封閉，以防注漿過程中漿液溢出。病害區段注漿孔布置如圖11～圖13所示。

注漿過程中遵循Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔的順序進行注漿，注漿初始壓力為0.1～0.3 MPa，終壓為0.5MPa。當達到如下標準時注漿結束：①注漿壓力達到0.5MPa，達到終壓后穩定5～7 min即可停止注漿;②注漿量減小，通過注漿料筒觀察漿液不再減少后，穩定3～5 min即可停止注漿。

5 結語

上述措施在該濱海地鐵線路病害區域，取得了較好的治理效果，治理完成后，道床沉降基本穩定，無繼續發展趨勢。雖然從隧道內部結構入手，能夠解決當前翻漿冒泥病害問題，但對隧道整體形變無抑制作用。長遠看來，還應從穩固隧道襯砌結構出發，綜合隧道內外治理措施。

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收稿日期 2019-10-16

責任編輯 孫銳嬌

Analysis on measures on mud pumping in a metro shield tunnel in coastal reclamation area

Xu Shida

Abstract： As a metro shield tunnel in a coastal reclamation area， the track malfunction of mud pumping from the track bed appears after 8 years of operation. Based on the geological conditions and structural characteristics in the tunnel area， the causes of the disease are analyzed： （1） the geological conditions are complex， the tunnel is in the muddy stratum， and the lining structure has uneven deformation， （2） the track bed structure and the lining segment are not compact， and the deformation of the track bed and segment structure are not matched. Based on the cause of the disease， the scheme to take measures of filling the gap between the track bed structure and the segment structure with proper materials is made.

Keywords： subway， shield， tunnel， mud pumping， measures