城市地鐵區(qū)間隧道盾構(gòu)管片破損修復(fù)及病害防治關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用

摘要：為了保證城市地鐵盾構(gòu)隧道長(zhǎng)久安全使用，研究分析管片破損修復(fù)及病害防治迫在眉睫。依托徐州市軌道交通師范大學(xué)站—中心醫(yī)院站區(qū)間盾構(gòu)隧道工程，根據(jù)《盾構(gòu)法隧道施工與驗(yàn)收規(guī)范》對(duì)管片結(jié)構(gòu)破損情況進(jìn)行歸納分類，并在此基礎(chǔ)上提出針對(duì)性破損修復(fù)措施。根據(jù)管片滲漏水具體情況，研究分析了管片滲漏水病害誘發(fā)因素，并提出了一套系統(tǒng)合理可行的盾構(gòu)隧道管片滲漏水病害防治方案。研究結(jié)果表明，對(duì)于管片表面缺陷、缺角的治理可采用環(huán)氧樹(shù)脂填充修補(bǔ)，對(duì)于管片兩側(cè)和底部破損可根據(jù)破損程度考慮設(shè)置靠模，對(duì)于管片頂部破損長(zhǎng)度大于200 mm、深度大于20 mm的缺陷的修復(fù)可采用鐵絲網(wǎng)補(bǔ)強(qiáng)后再用環(huán)氧樹(shù)脂填充修補(bǔ)。提高管片整體密封性是防止管片滲漏的關(guān)鍵，管片滲漏水的處理應(yīng)根據(jù)具體滲漏位置、滲流量大小、滲流速度采取相應(yīng)的針對(duì)性治理措施，管片接縫滲漏可采用注漿止水，在隧道進(jìn)出口等重點(diǎn)段落滲漏水可采用壁后注漿措施。研究結(jié)果可為類似工程提供一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：城市地鐵； 盾構(gòu)隧道； 管片破損修復(fù)； 病害防治

中國(guó)分類號(hào)：U457+.2B

［定稿日期］2022-09-15

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

0 引言

管片作為盾構(gòu)隧道的永久支護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)盾構(gòu)隧道的長(zhǎng)久安全運(yùn)營(yíng)起著主導(dǎo)作用，管片的質(zhì)量備受世界關(guān)注。在盾構(gòu)掘進(jìn)期間，管片會(huì)因?yàn)轫斖屏^(guò)大造成管片開(kāi)裂、錯(cuò)臺(tái)［1］，在盾構(gòu)隧道運(yùn)營(yíng)期間，盾構(gòu)管片也會(huì)因近接工程的影響產(chǎn)生進(jìn)一步變形［2］，同時(shí)也會(huì)因?yàn)樗淼览匣⒔Y(jié)構(gòu)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(huì)影響管片結(jié)構(gòu)使用壽命和結(jié)構(gòu)安全，研究分析管片的受損原因以及破損修復(fù)方法對(duì)盾構(gòu)隧道長(zhǎng)久安全運(yùn)營(yíng)有著深遠(yuǎn)意義。

由此，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者在盾構(gòu)管片的破損修復(fù)上展開(kāi)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(huán)片內(nèi)襯加固后管片的受力特點(diǎn)，計(jì)算結(jié)果表明加固后的管片受力滿足相應(yīng)規(guī)范要求；姜智彬［6］提出了采用焊接鋼板加固聯(lián)絡(luò)道破損盾構(gòu)管片的方法，同時(shí)借助有限差分軟件Flac3D研究了加固后管片的拉壓應(yīng)力分布規(guī)律，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果驗(yàn)證了數(shù)值計(jì)算的合理性以及加固方法的有效性；張強(qiáng)強(qiáng)等［7-8］研究分析了盾構(gòu)管片常見(jiàn)缺陷的誘導(dǎo)因素以及管片質(zhì)量的控制措施；丁煒［9］通過(guò)調(diào)研總結(jié)了軟土和非軟土地區(qū)盾構(gòu)管片的主要病害缺陷特征，同時(shí)根據(jù)調(diào)研結(jié)果對(duì)管片缺陷進(jìn)行了歸納分類，并針對(duì)不同類別的缺陷提出了相應(yīng)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(shù)。

為了保證地鐵盾構(gòu)隧道長(zhǎng)久安全使用，研究分析管片破損修復(fù)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(xué)站—中心醫(yī)院站盾構(gòu)區(qū)間隧道工程，根據(jù)GB 50446-2017《盾構(gòu)法隧道施工與驗(yàn)收規(guī)范》對(duì)地鐵區(qū)間隧道管片結(jié)構(gòu)破損進(jìn)行歸納分類，在此基礎(chǔ)上提出針對(duì)性破損修復(fù)措施。同時(shí)根據(jù)管片滲漏水原因及滲漏水具體情況，提出了一套系統(tǒng)的管片滲漏水病害防治方案，研究結(jié)果可為類似工程提供一定的參考價(jià)值。

1 工程概況

如圖1所示，徐州市軌道交通地鐵區(qū)間師范大學(xué)站—中心醫(yī)院站為雙線盾構(gòu)隧道，左右線間距約為12～16 m，隧道起始至終點(diǎn)里程為K9+496～K10+195，總長(zhǎng)699 m。隧道穿越圍巖主要為中風(fēng)化灰?guī)r，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(qū)間盾構(gòu)管片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖2所示，區(qū)間盾構(gòu)隧道襯砌環(huán)采用“3+2+1”型式，采用M30彎曲螺栓連接，管片外徑6.2 m，內(nèi)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(jí)要求，管片采用C50鋼筋混凝土，抗?jié)B等級(jí)為P10，同時(shí)，為了起到更好的防水作用，在管片接縫外側(cè)采用加厚彈性密封墊防水。

相較于通縫拼裝，錯(cuò)縫拼裝能使管片達(dá)到更好的承載能力，許多盾構(gòu)隧道工程均采用錯(cuò)縫拼裝方式［13-15］。借鑒以往工程案列，本工程同樣采用錯(cuò)縫拼裝，拼裝順序?yàn)椋簶?biāo)準(zhǔn)塊-鄰接塊-封頂塊，在封頂塊拼接過(guò)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(jié)構(gòu)缺陷分級(jí)

本工程管片結(jié)構(gòu)破損缺陷主要表現(xiàn)為表面破損缺角、管片頂部破損（最大破損處長(zhǎng)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(zhǎng)度不大于200 mm，深度不大于20 mm）鋼筋無(wú)外漏、管片兩側(cè)和底部受損等。根據(jù)GB 50446-2017《盾構(gòu)法隧道施工與驗(yàn)收規(guī)范》，本工程管片缺陷等級(jí)劃分具體如表1所示。

4 管片破損修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)

4.1 管片表面破損、缺角修復(fù)技術(shù)

根據(jù)管片表面破損、缺角具體缺陷特征，采用針對(duì)性修復(fù)措施：

（1）清除。破損部位清理不密實(shí)、有缺陷的混凝土骨料。

（2）樹(shù)脂填充修補(bǔ)。待清除破損混凝土骨料后，采用ECM環(huán)氧樹(shù)脂對(duì)破損清除部位進(jìn)行修補(bǔ)。

（3）磨平。待修補(bǔ)硬化后進(jìn)行磨平處理，如圖3所示。

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

對(duì)于管片頂部最大破損處長(zhǎng)度不小于200 mm，深度不小于20 mm的破損缺陷，采用針對(duì)性修復(fù)措施：

（1）清除。破損部位清理不密實(shí)、有缺陷的混凝土骨料。

（2）鐵絲網(wǎng)補(bǔ)強(qiáng)。在破損處采用10mm@50mm鐵絲網(wǎng)補(bǔ)強(qiáng)。

（3）修補(bǔ)。采用ECM環(huán)氧樹(shù)脂修補(bǔ)，根據(jù)損傷程度采用分層修補(bǔ)措施，最大層間距不超過(guò)20 mm進(jìn)行修補(bǔ)，修補(bǔ)過(guò)程中保持管片干燥狀態(tài)。

（4）磨平。待修補(bǔ)硬化后進(jìn)行磨平處理，如圖4所示。

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

對(duì)于管片頂部最大破損處長(zhǎng)度不大于200 mm，深度不大于20 mm的破損缺陷，采用針對(duì)性修復(fù)措施：

（1）清除。破損部位清理不密實(shí)、有缺陷的混凝土骨料。

（2）樹(shù)脂填充修補(bǔ)。待清除破損混凝土骨料后，采用ECM環(huán)氧樹(shù)脂對(duì)破損清除部位進(jìn)行修補(bǔ)。

（3）磨平。待修補(bǔ)硬化后進(jìn)行磨平處理。

4.4 管片兩側(cè)和底部破損修復(fù)技術(shù)

根據(jù)管片兩側(cè)和底部破損具體缺陷特征，采用針對(duì)性修復(fù)措施：

（1）清除。破損部位清理不密實(shí)、有缺陷的混凝土骨料。

（2）樹(shù)脂填充修補(bǔ)。待清除破損混凝土骨料后，采用ECM環(huán)氧樹(shù)脂對(duì)破損清除部位進(jìn)行修補(bǔ)，若破損面積過(guò)大，可設(shè)置靠模。

（3）磨平。待修補(bǔ)硬化后進(jìn)行磨平處理。

5 管片滲漏水治理關(guān)鍵技術(shù)

5.1 管片滲漏水原因分析

5.1.1 管片自身質(zhì)量缺陷

管片生產(chǎn)質(zhì)量存在問(wèn)題，密封墊設(shè)置部位結(jié)構(gòu)不密實(shí)，結(jié)構(gòu)存在蜂窩麻面等缺陷，導(dǎo)致地下水由此滲漏進(jìn)來(lái)。

5.1.2 管片止水條脫落

在盾構(gòu)掘進(jìn)階段，管片拼裝時(shí)，由于頂推力的作用過(guò)大導(dǎo)致管片止水條破壞、密封墊未能閉合，從而導(dǎo)致地下水滲透進(jìn)入。

5.1.3 管片襯背注漿不飽滿

漿液未能擴(kuò)散填充到到整個(gè)滲漏水區(qū)，注漿不飽滿，在頂部積水過(guò)多的情況也會(huì)導(dǎo)致管片發(fā)生滲漏水。

5.1.4 盾構(gòu)與管片的姿態(tài)不好

盾構(gòu)機(jī)與管片姿態(tài)不好，造成拼裝后管片錯(cuò)位，從而導(dǎo)致管片貼合不嚴(yán)密而發(fā)生滲漏水。

5.1.5 盾構(gòu)機(jī)頂推力不均勻或頂推力過(guò)大

掘進(jìn)中盾構(gòu)機(jī)推力不均勻或是頂推力過(guò)大，將會(huì)導(dǎo)致管片出現(xiàn)受力集中，導(dǎo)致管片某一部位受力過(guò)大而產(chǎn)生破損，進(jìn)而引發(fā)滲漏水。

5.1.6 轉(zhuǎn)彎環(huán)選型不準(zhǔn)確

由于盾構(gòu)在曲線上存在楔形量，若果選擇的管片型號(hào)不夠精確也會(huì)導(dǎo)致管片在曲線拼裝地段產(chǎn)生不閉合的現(xiàn)象，相鄰管片存在縫隙造成滲漏水。

綜上，造成盾構(gòu)區(qū)間隧道滲漏水的主要原因最終都指向盾構(gòu)管片銜接不緊密所致。由此看來(lái)，在盾構(gòu)隧道施工期和運(yùn)營(yíng)階段，一定要著重關(guān)注盾構(gòu)管片的密實(shí)性問(wèn)題，提高管片整體密實(shí)性是防止地下水滲漏的關(guān)鍵。

5.2 管片滲漏水防治措施

為保證地鐵區(qū)間盾構(gòu)隧道的安全運(yùn)營(yíng)，對(duì)盾構(gòu)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(xiàn)滲漏水情況。本工程根據(jù)管片結(jié)構(gòu)具體滲漏水狀況采取針對(duì)性防治措施：

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

（2）管片縱、環(huán)接縫僅出現(xiàn)濕漬。根據(jù)濕漬面積大小，整個(gè)區(qū)間隧道盾構(gòu)管片濕漬處數(shù)量，采取針對(duì)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(jù)螺栓滲漏水具體情況采用針對(duì)性治理措施。對(duì)于密封圈失效的螺孔，采用替換密封圈的方法；對(duì)于螺栓內(nèi)部滲漏水，可采取填充環(huán)氧樹(shù)脂灌漿材料止水。

（4）區(qū)間隧道進(jìn)出口段滲漏水。根據(jù)進(jìn)出口滲漏水具體出水量及滲流速度情況，采用針對(duì)性治理措施。進(jìn)出口段管片結(jié)構(gòu)滲流量較小、滲流速度較小可采用嵌填密封等技術(shù)措施；滲流量較大可采用注漿止水，必要時(shí)可進(jìn)行壁后注漿。

（5）區(qū)間隧道與聯(lián)絡(luò)通道相交處滲漏。根據(jù)相交處管片結(jié)構(gòu)滲漏水具體出水量以及滲流速度情況，采用針對(duì)性治理措施。管片結(jié)構(gòu)滲流量較小、滲流速度較小的情況可采用嵌填密封等技術(shù)措施；滲流量較大可采用注漿止水措施，必要時(shí)可進(jìn)行壁后注漿。

綜上，根據(jù)具體地鐵區(qū)間盾構(gòu)管片不同部位不同滲漏水情況采取針對(duì)性防治措施原則，提出了一套系統(tǒng)的合理可行的地鐵區(qū)間隧道盾構(gòu)管片滲漏水防治方案，詳見(jiàn)表2。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文依托徐州市軌道交通師范大學(xué)站—中心醫(yī)院站盾構(gòu)區(qū)間隧道工程，根據(jù)GB 50446-2017《盾構(gòu)法隧道施工與驗(yàn)收規(guī)范》對(duì)區(qū)間盾構(gòu)隧道管片結(jié)構(gòu)破損進(jìn)行歸納分類，并提出了針對(duì)性管片破損修復(fù)措施；同時(shí)根據(jù)管片滲漏水原因及滲漏水具體情況，提出了一套系統(tǒng)的管片滲漏水病害防治方案，本文主要研究結(jié)果：

（1）對(duì)于管片表面缺陷、缺角的治理可采用環(huán)氧樹(shù)脂填充修補(bǔ)；對(duì)于管片兩側(cè)和底部破損可根據(jù)破損程度考慮設(shè)置靠模；對(duì)于管片頂部破損長(zhǎng)度大于200 mm、深度大于20 mm的缺陷的修復(fù)可采用鐵絲網(wǎng)補(bǔ)強(qiáng)后再用環(huán)氧樹(shù)脂填充修補(bǔ)。

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

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

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