石永彬

（天津市交通科學研究院，天津300074）

地鐵以速度快、運量大等優(yōu)勢已成為現(xiàn)代大城市重點發(fā)展的城市基礎設施；但隨著運營時間的增加，各種設備、設施的病害逐漸顯現(xiàn)，影響運營安全。因此對地鐵隧道病害進行科學分析并提出合理的處治建議，是保證地鐵運營安全急需解決的一道難題。

目前對地鐵運營隧道病害的研究主要集中于病害的分級和分類、特殊地質(zhì)條件下隧道病害的成因分析及針對某一具體病害的調(diào)研和處治技術。張學文［1］基于南京地鐵調(diào)研結(jié)果，將地鐵病害分為縱向沉降、結(jié)構(gòu)裂縫、滲漏水和道床剝離；葉耀東等［2］基于上海地鐵1號線隧道縱向不均勻沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)對病害產(chǎn)生原因進行了分析；竺維彬等［3］從生產(chǎn)、施工、運營3方面對盾構(gòu)隧道開裂的原因進行了分析；賴金星等［4］分析了由于涌水引起的管片受力不均而導致的管片裂縫以及錯臺等病害；羅勇［5］基于斷裂力學對隧道襯砌結(jié)構(gòu)的開裂機理和控制方法進行了研究。本文根據(jù)天津某地鐵隧道檢測項目，對盾構(gòu)施工隧道的部分病害進行成因分析并提出處治建議。

1 工程概況

天津某地鐵線路全長27.137 km，其中過渡及地面線路長1.37 km；共21座車站，均為島式站臺；20段區(qū)間隧道，其中一段從海河底部穿過。

隧道全線采用盾構(gòu)施工，單層裝配式圓形斷面襯砌，內(nèi)徑5.5 m，外徑6.2 m。管片采用C50混凝土，厚350 mm，環(huán)寬1.2 m。每環(huán)管片由3塊標準塊、2塊鄰接塊和1塊封頂塊組成，采用彎螺栓連接；環(huán)與環(huán)之間錯縫拼裝。

里程樁號增大方向為上行方向，減小方向為下行方向。盾構(gòu)區(qū)段病害位置描述按照隧道內(nèi)現(xiàn)有標記的管片編號進行；上下行隧道相鄰處有疏散平臺的一側(cè)定義為隧道的內(nèi)側(cè)，另一側(cè)為外側(cè)；隧道通行方向定義為縱向，垂直于隧道軸線方向定義為環(huán)向。

2 地鐵病害

2.1 滲漏水

隧道全線共檢測40段區(qū)間（上下行合計）普遍存在滲漏水現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為水跡、滲水和滴水；滲漏水點主要出現(xiàn)在洞門周邊接縫，封頂塊周邊接縫，管片環(huán)向及縱向接縫，注漿孔及明挖段端墻、側(cè)墻和頂板的接縫處。有8段區(qū)間出現(xiàn)的滲漏水點相對較為密集，滲水面積相對較大，滴水現(xiàn)象相對較為嚴重，局部已腐蝕混凝土構(gòu)件。見圖1。

圖1 典型的接縫滴水

2.2 裂縫

共發(fā)現(xiàn)24段（上下行合計）區(qū)間存在裂縫，主要表現(xiàn)為管片縱向及環(huán)向裂縫、管片邊角開裂、明挖段側(cè)墻豎向及頂板邊角斜向裂縫等，普遍伴有水跡。有一段下行區(qū)間隧道的778#～784#、786#管片拱頂位置存在多條通長縱向裂縫，最大裂縫寬度達到0.80 mm，較為嚴重。見圖2。

圖2 管片拱頂縱向裂縫水跡

2.3 材料劣化

共發(fā)現(xiàn)21段（上下行合計）區(qū)間材料劣化，主要表現(xiàn)為管片接縫處混凝土破損露筋、管片邊角混凝土破損、管片水蝕脹裂、明挖段圈梁及頂板破損露筋等。有一段下穿海河的下行區(qū)間破損露筋處面積和深度相對較大，鋼筋銹蝕相對較嚴重。見圖3。

圖3 典型破損露筋

3 病害成因分析

3.1 滲漏水

1）圍護結(jié)構(gòu)防水失效。接頭處理欠佳或結(jié)構(gòu)本身混凝土缺陷導致。

2）結(jié)構(gòu)自防水失效。地鐵結(jié)構(gòu)屬于超靜定結(jié)構(gòu)，天津地區(qū)多為軟土地基，會因基礎的不均勻沉降而使結(jié)構(gòu)強迫變形，最終導致結(jié)構(gòu)開裂滲漏。

3.2 裂縫

3.2.1 生產(chǎn)過程中

1）混凝土配比不科學?；炷撂涠冗_不到要求，在模具中凝固時失水太快，導致管片出現(xiàn)干縮裂縫?；炷了冶冗^大，容易導致管片在成型后出現(xiàn)塑性收縮裂縫。

2）溫度和濕度影響。遇到明顯強降溫時，混凝土凝固不均勻，產(chǎn)生溫度應力，出現(xiàn)裂縫?？諝庵袧穸容^小時，混凝土表面會因失水過快出現(xiàn)裂縫。

根據(jù)明挖段側(cè)墻豎向裂縫的特征，比較符合上述兩種情況。

3.2.2 施工過程中

1）縱向裂縫

（1）盾構(gòu)總推力較大。作用于管片上的力是造成管片開裂的最基本因素，其中盾構(gòu)機推進過程中總推力過大是致使管片開裂的最直接原因[6]。

（2）管片環(huán)面不平整。管片制作精度誤差造成環(huán)面不平整，使得管片上產(chǎn)生較大的劈裂力矩，造成開裂[6]。

管片病害中下行區(qū)間隧道的778#～784#、786#管片拱頂位置的縱向裂縫，初步判斷為上述原因造成的。

2）邊角開裂

（1）千斤頂撐靴損壞或重心偏位。在千斤頂與管片接觸處設置撐靴，以減少管片壓力，撐靴損壞后管片局部壓力增大，造成損壞或出現(xiàn)裂縫。在盾構(gòu)機掘進過程中，已拼裝管片中心線與盾構(gòu)機本身的中心線重合為理想狀態(tài)，但在實際施工中，兩條軸線存在偏差，千斤頂?shù)闹行臎]有作用在管片環(huán)的中心上，造成管片偏心受壓，產(chǎn)生裂縫[6]。

（2）盾構(gòu)機姿態(tài)控制與線路曲線段不匹配。管片在盾構(gòu)機尾部內(nèi)拼裝完成后，在盾構(gòu)機內(nèi)部的長度約為2.3 m，外側(cè)的空隙為5 cm，在曲線段掘進時，盾構(gòu)機的姿態(tài)變化與管片的姿態(tài)變化不一致，盾尾密封刷擠壓管片造成開裂[6]。

管片病害中出現(xiàn)的邊角開裂，比較符合受偏影響的特征。

3.2.3 運營過程中

由于天津地區(qū)地下水埋深較淺且存在季節(jié)性變化，管片存在豎向不均勻沉降或水平方向位移，使得結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生附加應力，一旦超出混凝土結(jié)構(gòu)的抗拉能力，易導致結(jié)構(gòu)開裂。

管片病害中出現(xiàn)的環(huán)向裂縫，比較符合這一因素特征。

3.3 材料劣化

1）外力損傷。管片在運輸、吊裝及頂推過程中，因受力過大，產(chǎn)生破損。本次檢查中發(fā)現(xiàn)一段區(qū)間上下行隧道多處管片邊角破損且無水蝕現(xiàn)象，初步判斷為施工過程中受外力損傷。

2）鋼筋銹蝕。受水蝕影響，鋼筋銹蝕后產(chǎn)生鐵銹的體積是相應鋼筋體積的2～4倍，會影響鋼筋與混凝土的黏結(jié)性能，導致混凝土保護層因受拉而開裂；而混凝土對鋼筋的保護失效，又會加快鋼筋銹蝕速度，形成惡性循環(huán)。本次檢查中發(fā)現(xiàn)下穿海河段存在的此類病害較多、較嚴重。

4 處治建議

4.1 滲漏水

1）二次補漿。存在漏水的管片先進行二次補漿，從根本上堵住滲水通道。觀察堵漏效果，若效果不明顯，采取注雙液漿，注漿壓力可以稍微提高[2]。

2）環(huán)縱縫注漿堵漏。當二次補漿后環(huán)縱縫仍然存在漏水時，注漿進行封堵，漿料優(yōu)先采用環(huán)氧樹脂，以壓滿整個接縫為準，對環(huán)向縫和縱向縫全部采用快干高強砂漿（含環(huán)氧類成分）封閉[2]。

3）緊固管片螺絲。清理干凈螺絲孔表面的污染物，找出滲漏的位置，用電鉆斜向鉆孔，確保鉆孔和螺絲孔相通，用快干高強砂漿封閉螺絲孔的根部，用高壓灌漿設備向鉆孔內(nèi)灌漿，漿料優(yōu)先采用環(huán)氧樹脂，以壓滿整個螺栓孔為準。注漿起到堵漏作用的同時又對螺絲有錨固和防腐作用[1]。

4.2 裂縫

1）因混凝土收縮引起的裂縫，如果沒有滲水、裂縫寬度穩(wěn)定，則較小的裂縫可以進行表面封閉處理，寬縫進行注膠封閉處理。

2）因結(jié)構(gòu)受力引起的裂縫且仍存在發(fā)展跡象的，除采取對應的封閉處理措施外，還應采取加固補強措施。

3）對因鋼筋銹蝕膨脹引起的裂縫，處理前應檢查表層混凝土的破損情況，如已經(jīng)剝離，鑿除表面剝離的混凝土，重新修復保護層并加強周圍一定范圍內(nèi)的混凝土表面防護，保護鋼筋。

4.3 材料劣化

對混凝土脫落、露筋等材料劣化部位及時進行修補，應選擇與舊混凝土黏結(jié)效果較好的材料，避免修補混凝土脫落對地鐵列車造成危害。對鋼筋銹蝕膨脹引起的混凝土剝落部位，鑿除表面剝離的混凝土，除銹后重新修復保護層并加強周圍一定范圍內(nèi)的混凝土表面防護，保護鋼筋。

5 結(jié)語

目前城市地鐵工程的建設是一個現(xiàn)代化城市基礎建設的重要方向，在實現(xiàn)快速發(fā)展的同時，還應確保其運營的安全，因此對地鐵隧道等設施病害的成因還需要進一步科學分析，為養(yǎng)護維修提供更多科學依據(jù)。