關(guān)淑萍

(浙江華東工程安全技術(shù)有限公司 杭州市 311122)

1 概述

軌道交通建設(shè)已經(jīng)成為大城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要組成部分。然而，由于各大城市地鐵的開通運(yùn)營和地鐵保護(hù)區(qū)內(nèi)施工作業(yè)影響，保障地鐵運(yùn)營的安全性就成為了必然的發(fā)展方向。由于地鐵隧道隱蔽性較強(qiáng)，運(yùn)營維護(hù)工作受到各方面條件影響，這就使得隧道運(yùn)營期的病害調(diào)查和檢測評估工作尤為重要。

某城市砂性地層盾構(gòu)區(qū)間隧道全長700.21m，區(qū)間呈“V”型坡，最大坡度為8‰，最小平曲線半徑為800m，隧道埋深7.9～11.5m，采用盾構(gòu)法施工。采用單層通用裝配式混凝土管片襯砌，管片寬度1.2m，厚度300mm，采用“3+2+1”即三塊標(biāo)準(zhǔn)塊、兩塊鄰接塊、一塊封頂塊組成襯砌環(huán)模式，錯縫拼裝。隧道內(nèi)徑5400mm，外徑6000mm。盾構(gòu)區(qū)間范圍內(nèi)地面較為平整，地貌形態(tài)單一，地面標(biāo)高19.28～20.59m，隧道埋深9.5～12.8m，隧道主要穿越②4中砂層、②5粗砂層、②6礫砂層、②7圓礫層。場地淺層地下水屬上層滯水、孔隙性潛水、微承壓水，主要賦存于表層填土及②砂土、礫砂、圓礫中。

2013年11月，該區(qū)段下行線吊出井始發(fā)洞門下部探孔時發(fā)生洞門涌水險情，施工單位制定了洞門補(bǔ)充加固方案，在盾構(gòu)吊出井圍護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)打設(shè)兩排鉆孔樁，采用C20素混凝土澆注。另在鉆孔樁外側(cè)進(jìn)行地面雙液注漿作止水。該區(qū)段隧道自2015年10月試運(yùn)營以來，檢查發(fā)現(xiàn)下行線(200～500環(huán))存在沉降累計值超控制值、隧道管片收斂測量值超標(biāo)等較嚴(yán)重的問題。

2 檢測隧道主要病害

針對巡視發(fā)現(xiàn)的問題，2016年9月對該區(qū)間下行線隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行了全面檢測，結(jié)果表明隧道主要病害為滲漏水、管片裂縫、錯臺、接縫張開和收斂變形等，且分布有如下特點(diǎn)：

(1)隧道滲漏水主要以環(huán)縫滲水、縱縫滲水和道床部位滲水為主。道床部位滲水主要分布在240～261環(huán)、268～329環(huán)和477～482環(huán)。吊出井區(qū)段未發(fā)現(xiàn)滲漏水病害。

(2)混凝土管片裂縫主要集中在206～212環(huán)(吊出井段)、229～248環(huán)、270～306環(huán)、418～500環(huán)，裂縫寬度最大主要分布在206～212環(huán)，縫寬最大達(dá)1.32mm(206環(huán))，基本以縱向裂縫為主。各環(huán)最大裂縫寬度統(tǒng)計見圖1。

圖1 各環(huán)測得最大裂縫寬度統(tǒng)計直方圖

(3)依據(jù)《盾構(gòu)法隧道施工及驗(yàn)收規(guī)范》(GB 50446-2017)第16.0.5條相鄰管片環(huán)間錯臺量允許值取[1]=15mm，隧道200～500環(huán)間相鄰管片環(huán)向錯臺量處于[1]<≤1.5[1]之間的有29環(huán)；環(huán)間錯臺量處于1.5[1]<≤2[1]之間的有4環(huán)(209環(huán)、211環(huán)、278環(huán)和289環(huán))；環(huán)向錯臺量>2[1]=30mm的有6環(huán)，出現(xiàn)在205～214環(huán)，最大值達(dá)到50mm(205環(huán))。

3 隧道病害成因及相關(guān)分析

3.1 道床沉降影響

從2015年8月23日到2016年11月8日，下行線道床沉降監(jiān)測過程線見圖2?？梢姷来渤两抵饕霈F(xiàn)在375～500環(huán)，累計最大沉降量達(dá)到22.85mm，沉降基本達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

由前述檢測結(jié)果，該區(qū)間隧道滲漏水病害分布的477～482環(huán)，環(huán)間最大錯臺量在2～18mm之間，最大環(huán)縫張開量在0～3mm之間?？梢娪捎趨^(qū)間隧道道床局部沉降引起區(qū)段隧道滲漏水。而吊出井段道床沉降量相對很小，所以對應(yīng)的隧道頂部縱向裂縫、錯臺和接縫張開量病害與道床沉降相關(guān)性不明顯。

圖2 歷年隧道道床沉降監(jiān)測過程線

3.2 收斂徑長影響

對比2016年5月10日和本次測得下行線隧道收斂徑長(注：收斂徑長指隧道全斷面掃描的最大直徑)與標(biāo)準(zhǔn)圓直徑差值變化曲線見圖3，可見該區(qū)間隧道斷面的收斂變形主要出現(xiàn)在吊出井段的200～216環(huán)，由前述知該區(qū)段道床沉降變形很小，未發(fā)現(xiàn)滲漏水病害，但隧道斷面的收斂變形十分顯著，實(shí)測斷面最大直徑與標(biāo)準(zhǔn)直徑(5.4m)相比在154.4mm以上。由于該區(qū)域?yàn)槎軜?gòu)吊出井位置，采用地下連續(xù)墻和鋼支撐作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，吊出井內(nèi)管片是在吊出井開挖完后進(jìn)行拼裝的，管片拼裝后按設(shè)計要求進(jìn)行回填。故推測管片裂縫是由于在上覆荷載作用下隧道產(chǎn)生較大橫向變形引起的。

圖3 隧道收斂徑長與標(biāo)準(zhǔn)圓差值變化曲線圖

4 吊出井段開挖回填模擬

4.1 吊出井施工工況

盾構(gòu)吊出井開挖深度約19.624m，長14.1m，寬10.1m，盾構(gòu)吊出井采用地下連續(xù)墻和鋼支撐作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)。設(shè)計要求中盾構(gòu)吊出井底部鋪設(shè)0.2m厚的混凝土墊層，而在實(shí)際施工中混凝土墊層的厚度有所增加，混凝土墊層表面高程與管片頂部高程相同，對盾構(gòu)管片起到一定支撐作用。

吊出井內(nèi)管片是在吊出井開挖完后進(jìn)行拼裝的，管片拼裝后按設(shè)計要求進(jìn)行回填。針對該處的實(shí)際工況建立數(shù)值模型模擬盾構(gòu)吊出井的開挖、盾構(gòu)吊出井內(nèi)管片拼裝、盾構(gòu)吊出井回填三個階段，還原土體回填后的應(yīng)力狀態(tài)，分析該段管片病害的成因。

4.2 計算模型

模型范圍取40m×15m(寬度上左右各延伸15m，在長度上延伸6.8m)，其中盾構(gòu)井取7.2m×10m。模型考慮深度為0～30m，包含全部地層。整個模型尺寸為40m×15m×30m(x×y×z)，如圖4所示。

圖4 數(shù)值計算模型

4.3 施工回填模擬分析

吊出井內(nèi)土體的豎向應(yīng)力和水平應(yīng)力的分布見圖5，從圖中可知：在管片頂部有一塊區(qū)域出現(xiàn)豎向應(yīng)力集中，在管片腰部兩側(cè)土體的水平應(yīng)力較低，其中腰部以下的水平應(yīng)力比腰部的水平應(yīng)力更低。圖5右側(cè)為吊出井內(nèi)土體的側(cè)壓力系數(shù)隨深度分布的情況(注：側(cè)壓系數(shù)為計算的管壁周圍最大水平應(yīng)力與豎向應(yīng)力之比)，從中可知，在隧道腰部側(cè)壓力系數(shù)急劇減小，在腰部側(cè)壓力系數(shù)為0.5左右，在隧道底板處僅有0.3左右。

圖5 吊出井內(nèi)豎向應(yīng)力和水平應(yīng)力分布

結(jié)合隧道病害分析可知，由于該段盾構(gòu)隧道管片環(huán)發(fā)生了橫橢圓變形，變形特性即為水平伸張、豎向壓縮。水平伸張引起拱腰處管片內(nèi)壁受壓外壁受拉，當(dāng)內(nèi)壁強(qiáng)烈受壓時便導(dǎo)致管片結(jié)構(gòu)混凝土壓裂破壞，角部應(yīng)力集中容易掉塊，而當(dāng)外壁受拉嚴(yán)重時便導(dǎo)致拱腰處縱縫張開量過大，密封墊的接觸應(yīng)力降低，出現(xiàn)拱腰接縫滲漏；隧道斷面豎向壓縮引起拱頂管片內(nèi)壁拉伸外壁受壓，導(dǎo)致縱向開裂和接縫張開病害。

5 結(jié)語

通過對砂性地層盾構(gòu)吊出井所在區(qū)段盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行滲漏水、管片損傷、管片錯臺、接縫張開和隧道收斂變形等檢測，進(jìn)行道床沉降、收斂變形的相關(guān)性分析和吊出井段開挖回填的施工模擬分析認(rèn)為：隧道吊出井段病害主要是由于回填土在隧道該部位產(chǎn)生的側(cè)向應(yīng)力值太低，在上覆荷載作用下隧道產(chǎn)生較大收斂變形，是導(dǎo)致吊出井段隧道拱頂管片縱向開裂和接縫張開的主要原因。