城市地鐵區間隧道盾構管片破損修復及病害防治關鍵技術應用

摘要：為了保證城市地鐵盾構隧道長久安全使用，研究分析管片破損修復及病害防治迫在眉睫。依托徐州市軌道交通師范大學站—中心醫院站區間盾構隧道工程，根據《盾構法隧道施工與驗收規范》對管片結構破損情況進行歸納分類，并在此基礎上提出針對性破損修復措施。根據管片滲漏水具體情況，研究分析了管片滲漏水病害誘發因素，并提出了一套系統合理可行的盾構隧道管片滲漏水病害防治方案。研究結果表明，對于管片表面缺陷、缺角的治理可采用環氧樹脂填充修補，對于管片兩側和底部破損可根據破損程度考慮設置靠模，對于管片頂部破損長度大于200 mm、深度大于20 mm的缺陷的修復可采用鐵絲網補強后再用環氧樹脂填充修補。提高管片整體密封性是防止管片滲漏的關鍵，管片滲漏水的處理應根據具體滲漏位置、滲流量大小、滲流速度采取相應的針對性治理措施，管片接縫滲漏可采用注漿止水，在隧道進出口等重點段落滲漏水可采用壁后注漿措施。研究結果可為類似工程提供一定的參考價值。

關鍵詞：城市地鐵； 盾構隧道； 管片破損修復； 病害防治

中國分類號：U457+.2B

［定稿日期］2022-09-15

［作者簡介］盧楊（1987—），男，本科，工程師，主要從事隧道工程建設工作。

0 引言

管片作為盾構隧道的永久支護結構對盾構隧道的長久安全運營起著主導作用，管片的質量備受世界關注。在盾構掘進期間，管片會因為頂推力過大造成管片開裂、錯臺［1］，在盾構隧道運營期間，盾構管片也會因近接工程的影響產生進一步變形［2］，同時也會因為隧道老化、結構被腐蝕等原因造成管片外觀缺陷、滲漏［3-4］。這些損傷缺陷均會影響管片結構使用壽命和結構安全，研究分析管片的受損原因以及破損修復方法對盾構隧道長久安全運營有著深遠意義。

由此，國內外許多學者在盾構管片的破損修復上展開了大量研究。羅昭明等［5］采用大型有限元軟件Ansys分析了采用鋼環片內襯加固后管片的受力特點，計算結果表明加固后的管片受力滿足相應規范要求；姜智彬［6］提出了采用焊接鋼板加固聯絡道破損盾構管片的方法，同時借助有限差分軟件Flac3D研究了加固后管片的拉壓應力分布規律，現場監測結果驗證了數值計算的合理性以及加固方法的有效性；張強強等［7-8］研究分析了盾構管片常見缺陷的誘導因素以及管片質量的控制措施；丁煒［9］通過調研總結了軟土和非軟土地區盾構管片的主要病害缺陷特征，同時根據調研結果對管片缺陷進行了歸納分類，并針對不同類別的缺陷提出了相應的治理措施。劉恒伏等［10-12］研究了受損管片的滲漏水缺陷，提出了受損管片加固后的防水防腐技術。

為了保證地鐵盾構隧道長久安全使用，研究分析管片破損修復及病害防治仍迫在眉睫。本文依托徐州市軌道交通師范大學站—中心醫院站盾構區間隧道工程，根據GB 50446-2017《盾構法隧道施工與驗收規范》對地鐵區間隧道管片結構破損進行歸納分類，在此基礎上提出針對性破損修復措施。同時根據管片滲漏水原因及滲漏水具體情況，提出了一套系統的管片滲漏水病害防治方案，研究結果可為類似工程提供一定的參考價值。

1 工程概況

如圖1所示，徐州市軌道交通地鐵區間師范大學站—中心醫院站為雙線盾構隧道，左右線間距約為12～16 m，隧道起始至終點里程為K9+496～K10+195，總長699 m。隧道穿越圍巖主要為中風化灰巖，部分位于硬塑狀黏土地層，整體上隧道埋深不足10 m，為淺埋隧道。

2 區間盾構管片結構設計

如圖2所示，區間盾構隧道襯砌環采用“3+2+1”型式，采用M30彎曲螺栓連接，管片外徑6.2 m，內徑5.5 m，厚0.35 m，寬1.5 m。為滿足承載力要求和防水等級要求，管片采用C50鋼筋混凝土，抗滲等級為P10，同時，為了起到更好的防水作用，在管片接縫外側采用加厚彈性密封墊防水。

相較于通縫拼裝，錯縫拼裝能使管片達到更好的承載能力，許多盾構隧道工程均采用錯縫拼裝方式［13-15］。借鑒以往工程案列，本工程同樣采用錯縫拼裝，拼裝順序為：標準塊-鄰接塊-封頂塊，在封頂塊拼接過程中，先使封頂塊徑向頂入，最后再沿隧道縱向推入。

3 管片結構缺陷分級

本工程管片結構破損缺陷主要表現為表面破損缺角、管片頂部破損（最大破損處長度不小于200 mm，深度不小于20 mm）鋼筋外漏、管片頂部破損（最大破損處長度不大于200 mm，深度不大于20 mm）鋼筋無外漏、管片兩側和底部受損等。根據GB 50446-2017《盾構法隧道施工與驗收規范》，本工程管片缺陷等級劃分具體如表1所示。

4 管片破損修復關鍵技術

4.1 管片表面破損、缺角修復技術

根據管片表面破損、缺角具體缺陷特征，采用針對性修復措施：

（1）清除。破損部位清理不密實、有缺陷的混凝土骨料。

（2）樹脂填充修補。待清除破損混凝土骨料后，采用ECM環氧樹脂對破損清除部位進行修補。

（3）磨平。待修補硬化后進行磨平處理，如圖3所示。

4.2 管片頂部破損（最大破損處長度不小于200 mm，深度不小于20 mm）修復技術

對于管片頂部最大破損處長度不小于200 mm，深度不小于20 mm的破損缺陷，采用針對性修復措施：

（1）清除。破損部位清理不密實、有缺陷的混凝土骨料。

（2）鐵絲網補強。在破損處采用10mm@50mm鐵絲網補強。

（3）修補。采用ECM環氧樹脂修補，根據損傷程度采用分層修補措施，最大層間距不超過20 mm進行修補，修補過程中保持管片干燥狀態。

（4）磨平。待修補硬化后進行磨平處理，如圖4所示。

4.3 管片頂部破損（最大破損處長度不大于200 mm，深度不大于20 mm）修復技術

對于管片頂部最大破損處長度不大于200 mm，深度不大于20 mm的破損缺陷，采用針對性修復措施：

（1）清除。破損部位清理不密實、有缺陷的混凝土骨料。

（2）樹脂填充修補。待清除破損混凝土骨料后，采用ECM環氧樹脂對破損清除部位進行修補。

（3）磨平。待修補硬化后進行磨平處理。

4.4 管片兩側和底部破損修復技術

根據管片兩側和底部破損具體缺陷特征，采用針對性修復措施：

（1）清除。破損部位清理不密實、有缺陷的混凝土骨料。

（2）樹脂填充修補。待清除破損混凝土骨料后，采用ECM環氧樹脂對破損清除部位進行修補，若破損面積過大，可設置靠模。

（3）磨平。待修補硬化后進行磨平處理。

5 管片滲漏水治理關鍵技術

5.1 管片滲漏水原因分析

5.1.1 管片自身質量缺陷

管片生產質量存在問題，密封墊設置部位結構不密實，結構存在蜂窩麻面等缺陷，導致地下水由此滲漏進來。

5.1.2 管片止水條脫落

在盾構掘進階段，管片拼裝時，由于頂推力的作用過大導致管片止水條破壞、密封墊未能閉合，從而導致地下水滲透進入。

5.1.3 管片襯背注漿不飽滿

漿液未能擴散填充到到整個滲漏水區，注漿不飽滿，在頂部積水過多的情況也會導致管片發生滲漏水。

5.1.4 盾構與管片的姿態不好

盾構機與管片姿態不好，造成拼裝后管片錯位，從而導致管片貼合不嚴密而發生滲漏水。

5.1.5 盾構機頂推力不均勻或頂推力過大

掘進中盾構機推力不均勻或是頂推力過大，將會導致管片出現受力集中，導致管片某一部位受力過大而產生破損，進而引發滲漏水。

5.1.6 轉彎環選型不準確

由于盾構在曲線上存在楔形量，若果選擇的管片型號不夠精確也會導致管片在曲線拼裝地段產生不閉合的現象，相鄰管片存在縫隙造成滲漏水。

綜上，造成盾構區間隧道滲漏水的主要原因最終都指向盾構管片銜接不緊密所致。由此看來，在盾構隧道施工期和運營階段，一定要著重關注盾構管片的密實性問題，提高管片整體密實性是防止地下水滲漏的關鍵。

5.2 管片滲漏水防治措施

為保證地鐵區間盾構隧道的安全運營，對盾構管片的要求是允許管片表面有少量濕漬，但決不允許管片出現滲漏水情況。本工程根據管片結構具體滲漏水狀況采取針對性防治措施：

（1）管片縱、環接縫滲漏水。根據具體部位滲漏水水量大小、滲流速度等綜合考慮，采取針對性注漿止水處理。

（2）管片縱、環接縫僅出現濕漬。根據濕漬面積大小，整個區間隧道盾構管片濕漬處數量，采取針對性處理措施。少量濕漬，采取嵌填密封處理；大面積濕漬，采用注漿止水。

（3）螺栓滲漏水。根據螺栓滲漏水具體情況采用針對性治理措施。對于密封圈失效的螺孔，采用替換密封圈的方法；對于螺栓內部滲漏水，可采取填充環氧樹脂灌漿材料止水。

（4）區間隧道進出口段滲漏水。根據進出口滲漏水具體出水量及滲流速度情況，采用針對性治理措施。進出口段管片結構滲流量較小、滲流速度較小可采用嵌填密封等技術措施；滲流量較大可采用注漿止水，必要時可進行壁后注漿。

（5）區間隧道與聯絡通道相交處滲漏。根據相交處管片結構滲漏水具體出水量以及滲流速度情況，采用針對性治理措施。管片結構滲流量較小、滲流速度較小的情況可采用嵌填密封等技術措施；滲流量較大可采用注漿止水措施，必要時可進行壁后注漿。

綜上，根據具體地鐵區間盾構管片不同部位不同滲漏水情況采取針對性防治措施原則，提出了一套系統的合理可行的地鐵區間隧道盾構管片滲漏水防治方案，詳見表2。

6 結束語

本文依托徐州市軌道交通師范大學站—中心醫院站盾構區間隧道工程，根據GB 50446-2017《盾構法隧道施工與驗收規范》對區間盾構隧道管片結構破損進行歸納分類，并提出了針對性管片破損修復措施；同時根據管片滲漏水原因及滲漏水具體情況，提出了一套系統的管片滲漏水病害防治方案，本文主要研究結果：

（1）對于管片表面缺陷、缺角的治理可采用環氧樹脂填充修補；對于管片兩側和底部破損可根據破損程度考慮設置靠模；對于管片頂部破損長度大于200 mm、深度大于20 mm的缺陷的修復可采用鐵絲網補強后再用環氧樹脂填充修補。

（2）盾構區間隧道滲漏水的原因最終都指向管片連接不密實，因此，提高管片整體密實性是防止地下水滲漏的關鍵。

（3）管片滲漏水的處理應根據具體滲漏位置、滲流量大小、滲流速度區別治理，一般管片接縫滲漏可采用注漿止水，在隧道進出口等重點部位根據滲流情況可采用壁后注漿措施。

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