南京河西地區(qū)地鐵運營盾構(gòu)隧道收斂變形的治理措施

南京河西地區(qū)地鐵運營盾構(gòu)隧道收斂變形的治理措施許文【摘要】南京河西地區(qū)緊臨長江下游,屬長江漫灘區(qū)，地質(zhì)條件差，地下水豐富，地鐵運營盾構(gòu)隧道周邊深大基坑施工極易造成較大的管片收斂變形，產(chǎn)生的隧道結(jié)構(gòu)病害嚴重影響地鐵運營安全.結(jié)合地鐵保護的實際需要，提出了隧道結(jié)構(gòu)收斂變形的三種治理措施，并得到了成功運用.【期刊名稱】《現(xiàn)代交通技術(shù)》【年(卷)，期】2018(015)006【總頁數(shù)】5頁(P84-88)【關(guān)鍵詞】盾構(gòu)隧道;收斂;治理【作者】許文【作者單位】南京地鐵運營有限責(zé)任公司，南京210012【正文語種】中文【中圖分類】U455.43隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國城市人口越來越密集，交通問題日益困擾著政府及出行的市民，軌道交通應(yīng)運而生。盾構(gòu)隧道以其質(zhì)量好、施工安全、掘進快速、對環(huán)境影響小等優(yōu)點，在城市軌道中得到廣泛運用。南京河西地區(qū)軟土地層分布較廣，地質(zhì)條件差，現(xiàn)有地鐵運營線路中二號線和十號線部分區(qū)段位于該地區(qū)，盾構(gòu)隧道線路總長約11km。由于該地區(qū)線路周邊高層建筑開發(fā)較多，其深大基坑施工致使隧道產(chǎn)生收斂變形、豎向和橫向位移[1-3],極易造成隧道漏水漏沙、道床剝離脫空、管片開裂崩角和嚴重錯臺等結(jié)構(gòu)病害，嚴重影響隧道結(jié)構(gòu)安全。通過監(jiān)測與分析，管片收斂變形的危害影響程度最高，因運營隧道施工環(huán)境的特殊性，如何采取安全有效的收斂變形控制措施成為地鐵保護的難點。借鑒上海地鐵的治理經(jīng)驗，結(jié)合南京地鐵實際情況，提出了收斂變形的分級治理措施，取得了較好的治理效果，為隧道結(jié)構(gòu)保護提供借鑒。1工程概況1.1水文地質(zhì)情況南京河西地區(qū)位于長江東側(cè)凸岸，區(qū)內(nèi)溝、塘等地表水系發(fā)達，地勢寬廣低平，地面標(biāo)高5.5-7m,地下水埋深一般為0.5~1.5m,并隨季節(jié)波動。該區(qū)域位于長江及秦淮河古河道漫灘區(qū)，地層軟弱，地質(zhì)條件復(fù)雜，地層上部以黏性土為主，下部以砂礫石層為主。地鐵隧道主要穿過全新世沉積土地層，主要為粉土層和流塑狀淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層，其中淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層含有機質(zhì)及少許腐植質(zhì)，具高含水量、高壓縮性、大孔隙比、低強度等特點，易產(chǎn)生土體流動，開挖面失穩(wěn)等現(xiàn)象。1.2盾構(gòu)隧道情況南京河西內(nèi)現(xiàn)有地鐵運營線路主要是二號線和十號線的部分區(qū)段，在此區(qū)域內(nèi)盾構(gòu)隧道共18661環(huán)、共計22393.2m，管片內(nèi)徑5.5m、厚0.35m、寬1.2m,包含3塊標(biāo)準(zhǔn)塊、2塊鄰接塊和1塊封頂?shù)男ㄐ螇K，主要采用標(biāo)準(zhǔn)環(huán)與拐彎環(huán)組合錯縫拼裝。2收斂變形2.1變形原因分析盾構(gòu)隧道收斂變形是指在外力作用的影響下，管片的徑向直徑發(fā)生變化，管片剖面由正圓向橢圓發(fā)展的變形過程。當(dāng)隧道建成運營以后，隨著時間的推移，結(jié)構(gòu)自身受力達到了平衡狀態(tài)。當(dāng)沿線周邊高層建筑深大基坑開挖，在隧道上部進行堆載或隧道附近進行基坑開挖卸載施工時，隧道的受力平衡狀態(tài)被打破，上部堆載增加了隧道上部壓力，使結(jié)構(gòu)上下兩端產(chǎn)生內(nèi)縮的〃豎向”位移，同時產(chǎn)生了結(jié)構(gòu)水平向附加應(yīng)力，使結(jié)構(gòu)兩側(cè)產(chǎn)生外擴的〃橫向”位移；側(cè)邊基坑開挖卸載施工時，導(dǎo)致隧道側(cè)向抗力嚴重降低，致使結(jié)構(gòu)側(cè)向變形逐步增大，最終使隧道結(jié)構(gòu)由〃圓形”逐步變成〃橫鴨蛋”狀［4］，見圖1。圖1盾構(gòu)隧道管片收斂變形2.2結(jié)構(gòu)表觀病害因外部施工致使管片收斂變形過大，極易引起環(huán)縱縫滲漏水、道床剝離脫空和管片開裂崩角等結(jié)構(gòu)病害，若不進行及時控制治理，甚至?xí)霈F(xiàn)管片受力破壞，嚴重影響隧道結(jié)構(gòu)安全，見圖2。（a） 滲漏水道床翻漿冒泥（b） 管片崩角拱頂裂縫圖2結(jié)構(gòu)表觀病害2.3結(jié)構(gòu)劣化等級根據(jù)《鐵路橋隧建筑物劣化評定標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，對隧道結(jié)構(gòu)裂損、結(jié)構(gòu)漏水、凍害及材料劣化的類型、等級和評定方法做了標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)定，將隧道各種劣化劃分為5個等級［5］，見表1。結(jié)合盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀，選擇合理的結(jié)構(gòu)等級。當(dāng)在周邊深大基坑施工影響下盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)劣化等級達到B級時，需及時開展治理工作。表1隧道劣化等級劃分劣化等級對結(jié)構(gòu)功能和行車安全的影響措施AA（極嚴重）結(jié)構(gòu)功能嚴重劣化,危及行車安全立即采取措施A1（嚴重）結(jié)構(gòu)功能嚴重劣化，進一步發(fā)展危及行車安全盡快采取措施B（較重）劣化繼續(xù)發(fā)展會升至A級加強監(jiān)視，必要時采取措施C（中等）影響較少加強檢查，正常維修D(zhuǎn)（輕微）無影響正常保養(yǎng)及巡檢2.4收斂變形分級治理措施隨著管片收斂變形的增大，結(jié)構(gòu)病害也逐漸增多，劣化等級由D級逐步向AA級發(fā)展。因運營隧道環(huán)境的特殊性，為經(jīng)濟合理的采取收斂控制措施，結(jié)合病害發(fā)展規(guī)律，對收斂變形進行分級治理，見表2。表2收斂變形分級治理措施管片收斂值/cm表觀病害對應(yīng)的劣化等級收斂控制措施210管片表面淌水，局部噴水或冒砂;管片出現(xiàn)擠壓崩塊，并造成主筋外露;拱頂有明顯的縱向貫通裂縫;道床橫向折斷，并伴有嚴重的翻漿冒泥AA立即進行管片內(nèi)襯鋼環(huán)加固8~10管片環(huán)縱縫滴水；管片出現(xiàn)輕微崩角掉塊;拱頂出現(xiàn)縱向裂縫，大部分縫寬＜0.2mm;道床存有嚴重脫空剝離現(xiàn)象，局部區(qū)域伴有空洞和滲漏A1待周邊工程活動結(jié)束隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定后，再進行管片內(nèi)襯鋼環(huán)加固（續(xù)表）管片收斂值/cm表觀病害對應(yīng)的劣化等級收斂控制措施7~8管片表面滲漏；管片邊角出現(xiàn)裂縫;道床出現(xiàn)脫空剝離現(xiàn)象，伴有輕微滲漏B進行隧外地面微擾動注漿若外部環(huán)境限制,則進行隧內(nèi)壁后微擾動注漿5~7管片表面輕微潮混道床局部剝離C加強巡查，加密監(jiān)測＜5管片表面干燥,整體狀態(tài)良好D正常巡查3收斂治理措施3.1隧外地面微擾動注漿隧外地面微擾動注漿是通過隧道兩側(cè)夕卜部地面鉆孔注漿，對隧外兩側(cè)土體進行充填，提高周圍土體的強度和剛度，改善隧道的橢圓度，從而實現(xiàn)控制管片的收斂變形。（1） 孔位布置和注漿范圍：注漿孔在距隧道兩側(cè)外邊緣3.0m、3.6m、4.2m進行對稱布置，可依據(jù)監(jiān)測情況適當(dāng)調(diào)整，在隧道底標(biāo)高以上5.2m范圍進行注漿，見圖3。圖3注漿孔位布置（單位：mm）（2） 注漿工藝：在隧道外土層打設(shè)注漿管至要求深度，再進行微擾動注漿加固（單孔工藝見圖4）。圖4隧外地面微擾動單孔注漿工藝（3） 漿液配比：采用水泥（A液）+水玻璃（B液）雙漿液。A液水泥采用PO42.5級，水灰比0.6-0.7:1,B液采用35°Be'中性水玻璃，模數(shù)2.85；A液與B液體積比為2~3:1。⑷注漿壓力與流量：0.6~0.8MPa，可根據(jù)監(jiān)測情況進行調(diào)整；水泥漿泵流量14~16L/min;水玻璃泵流量5-10L/min。注漿順序與注漿量：每孔由下而上均勻注漿，按每跳5~10環(huán)進行施工，相鄰孔注漿間隔不少于2天；單孔注漿量約1.1m3。注漿終止條件：注漿量達到單次注漿的要求；單次注漿管片收斂變形接近或達到允許值，收斂回縮量預(yù)警值為3mm，達到5mm則停止注漿。3.2隧內(nèi)壁后微擾動注漿隧內(nèi)壁后微擾動注漿是利用管片兩側(cè)腰部(3和9點鐘方向)原有注漿孔，對兩側(cè)土體進行分層壓密注漿，充填外部土體空隙改善其力學(xué)性能，在注漿充填擠壓和夕卜部土體壓力共同作用下控制管片收斂變形，見圖5。注漿范圍：因隧內(nèi)注漿環(huán)境的局限性，為控制單環(huán)管片的收斂變形，需在其前后各延伸2環(huán)同時進行注漿。注漿順序和深度：采用由深到淺的方式進行對稱注漿，注漿總深度90cm,分三層注射漿液，在管片外側(cè)90cm注射水泥+水玻璃雙漿液，在管片外側(cè)60cm和30cm注射水泥單液漿。圖5隧內(nèi)壁后微擾動注漿示意注漿工藝：在隧道腰部兩側(cè)注漿孔鉆射至90cm，再進行分層注漿加固(單孔工藝見圖6)。圖6隧內(nèi)壁后微擾動單孔注漿工藝⑷漿液配比：①水泥單漿液，水灰比0.6-0.7:1;②水泥(A液)+水玻璃(B液)雙漿液，A液水泥采用P42.5級，水灰比0.8:1,外加劑采用0.005-0.01Bx-2,B液采用35°Be'中性水玻璃，A液與B液體積比為6：1。(5)注漿壓力與注漿量：在初始壓力的基礎(chǔ)上，注漿壓力應(yīng)小于0.4MPa，并根據(jù)監(jiān)測情況及時調(diào)整；單次注漿量不大于0.7m3。(6)注漿終止條件：注漿量和注漿壓力超過單次注漿要求；單次注漿管片收斂變形達到5mm則停止注漿。3.3管片內(nèi)襯鋼環(huán)加固管片內(nèi)襯鋼環(huán)加固是指為防止管片收斂加劇危及結(jié)構(gòu)安全，在管片內(nèi)側(cè)增設(shè)一層鋼質(zhì)襯砌，通過剛性環(huán)氧充填使兩者連成整體，加強單環(huán)管片的剛度和強度，共同抵抗管片的收斂變形。施工工藝因隧道內(nèi)部空間的局限性，管片內(nèi)襯主要分為6塊鋼構(gòu)件，上部三塊鋼環(huán)板、下部兩塊鋼牛腿和底部鋼拉條。為提高工效，鋼組件拼裝時需采用專業(yè)設(shè)備機械手平板車，同時也確保了鋼環(huán)的拼裝質(zhì)量，工藝流程見圖7。圖7管片內(nèi)襯鋼環(huán)加固工藝流程管線改排因運營隧道頂部和兩側(cè)腰部存有強弱電、通信信號和消防水管等設(shè)施，而鋼環(huán)拼裝施工僅利用地鐵夜間停運的〃天窗”時間，為確保次日運營和鋼環(huán)順利拼裝，需對上述管線進行遷移改排，前后對比見圖8。主要內(nèi)容有：①隧道拱頂接觸網(wǎng)懸掛點和兩側(cè)管線橋架均需遷移至管線安裝的范圍外；②兩側(cè)橋架上的管線至管片內(nèi)弧面的間距至少15cm；③管片拼裝范圍內(nèi)的消防水管需臨時移除，改為兩端供水。遷移前遷移后圖8管線改排遷移前后對比環(huán)縱縫封堵為防止鋼構(gòu)件受潮腐蝕影響其耐久性，需對鋼環(huán)拼裝環(huán)和其前后3環(huán)進行環(huán)縱縫封堵和滲漏水治理。首先對管片的環(huán)縱縫進行打磨清理，其次對縫內(nèi)涂刷填充彈性環(huán)氧膠泥，為保證充填密實，最后進行縫內(nèi)彈性環(huán)氧自下而上壓注施工。鋼構(gòu)件拼裝與焊接鋼環(huán)寬90cm、材質(zhì)為Q345B、厚度2cm,鋼牛腿弧長2.83m、環(huán)板弧長2.97m,采取先牛腿、其次兩側(cè)板、后頂板的拼裝流程，通過化學(xué)錨栓永久固定在混凝土管片上，待其焊接完畢后進行鋼拉條的拼裝焊接施工。焊縫采用CO2氣體保護焊，焊接質(zhì)量等級為二級，驗收前均需通過焊縫探傷檢測。環(huán)氧填充鋼環(huán)拼裝完成后，與混凝土管片之間存有2-3cm的間隙，為確保兩者共同受力抵抗收斂變形，需在兩者之間充填剛性環(huán)氧。為填充密實，應(yīng)遵循〃少量、多次、交錯”的注漿原則，采用自下而上的壓注順序，完成后進行注水試驗檢測漿液密實度。4治理效果通過監(jiān)測，鋼環(huán)加固完成的管片收斂無外擴趨勢，處于穩(wěn)定狀態(tài)；微擾動注漿期間因改變了隧外土體力學(xué)性能，對隧道形成一個定向推力，可使管片產(chǎn)生1-2cm的收斂回縮量，見圖9。注漿結(jié)束后由于注漿形成的復(fù)合土體側(cè)向強度較低，不能完全抵抗隧道收斂擴張變形，致使收斂回縮量出現(xiàn)少量回彈，回彈后的收斂值仍明顯小于原值且基本穩(wěn)定，滿足結(jié)構(gòu)安全要求。圖9收斂治理效果5結(jié)論文章通過對盾構(gòu)隧道收斂的受力分析，結(jié)合隧道表觀病害發(fā)展趨勢，提出了收斂變形分級治理措施，并通過長期監(jiān)測總結(jié)了治理效果，得出結(jié)論如下：隧外地面微擾動注漿、隧內(nèi)壁后微擾動注漿和管片內(nèi)襯鋼環(huán)加固三種治理措施可有效地控制南京地鐵盾構(gòu)隧道收斂變形，確保了隧道結(jié)構(gòu)安全。應(yīng)優(yōu)化微擾動注漿壓力、注漿范圍、漿液配比、注漿量等技術(shù)參數(shù)，減小收斂變形回彈量。⑶在軟弱土層的河西地區(qū)，隧道收斂變形受周邊商業(yè)開發(fā)的影響較大，應(yīng)嚴格控制周邊商業(yè)開發(fā)，加強其基坑施工的管控措施，