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        吊出井區(qū)段盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)病害及成因分析

        2019-02-27 02:59:14關(guān)淑萍
        北方交通 2019年2期
        關(guān)鍵詞:張開管片盾構(gòu)

        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。

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