劉玉國

中鐵二十五局集團第五工程有限公司，山東 青島 266000

近年來，地鐵已經成為城市軌道交通的重要組成部分。盾構施工法由于對周圍環(huán)境影響小、適用地層范圍廣等優(yōu)勢，成為城市地鐵施工的主要工法。雖然盾構隧道的安全性能高，但是在施工和運營過程中常常出現(xiàn)管片破損的現(xiàn)象，主要分為局部破損和結構整體大變形兩類。當發(fā)生開裂、滲漏水等局部破損時，會影響行車安全和區(qū)間隧道的正常運營[1-3]；當發(fā)生管片變形、管片錯臺等整體大變形時，會對隧道結構的安全性和穩(wěn)定性造成極大威脅[4]。在進行管片破損修復時，材料的選擇十分重要。婁瑞等[5]結合蘇通管廊工程案例，提出使用進口材料富斯勒巖補FC（單組分改性環(huán)氧膩子）和富斯勒巖補GP（單組分改性環(huán)氧砂漿）進行修補可以得到更好的管片強度。由于管片破損類型較多、受損原因復雜，往往需要根據實際工程情況進行分析，再確定加固修復方案。

現(xiàn)有的盾構區(qū)間受損管片修復加固體系主要針對普通區(qū)間段，對于聯(lián)絡通道特殊的開口管片區(qū)段研究較少。文章在現(xiàn)有聯(lián)絡通道的受損管片修復加固技術的基礎上，針對現(xiàn)場的管片破損程度分區(qū)，設計相應的受損管片鋼板加固參數(shù)，并在聯(lián)絡通道開口環(huán)設計減緩應力集中的三角鋼片，結合現(xiàn)場監(jiān)測對所設計的應用效果進行分析，為類似工程案例提供設計參考。

1 工程概況

文章以某地鐵聯(lián)絡通道附近受損管片為例進行分析。根據詳勘地質鉆孔資料，聯(lián)絡通道兼廢水泵房頂部現(xiàn)狀埋深約18.6m，泵房底板現(xiàn)狀埋深約26.2m，聯(lián)絡通道所處地質剖面土層主要分布有淤泥、粉質黏土、中粗砂、砂質黏性土（硬塑）、混合花崗巖等。由于該處為填海區(qū)，在施作聯(lián)絡通道的過程中出現(xiàn)了部分涌砂現(xiàn)象，從而影響聯(lián)絡通道及其周邊的管道結構安全。為了使后期管片正常運營，提出聯(lián)絡通道受損管片鋼板加固體系。

2 聯(lián)絡通道受損管片鋼板加固體系

此次修復范圍為區(qū)間隧道少部分管片的加固。對受損隧道擬采用內設鋼圈的形式進行加固，對于收斂變形嚴重的管片環(huán)，每環(huán)采用3cm厚的鋼板進行加固；對于受損較輕的管片環(huán)，每環(huán)采用2cm厚的鋼板進行加固。受損管片鋼板加固設計如圖1所示。

圖1 受損管片鋼板加固設計（單位：mm）

鋼圈與管片間的空隙宜控制在2cm以下，采用剛性環(huán)氧樹脂填充密實；空隙超過2cm時，應加鋼筋網充填砂漿找平。封頂塊處的鋼板應保證搭接在兩鄰接塊上的位置至少各有兩排化學螺栓錨固。鋼板材質為Q345B鋼，相鄰鋼圈間連續(xù)滿焊設計，焊接采用CO2氣體保護焊，焊絲型號選用ER50-6?；瘜W螺栓遇手孔時可作適當調整。為了保證施工安全，拼裝時可先采用膨脹錨栓固定，待成環(huán)后打設化學錨栓補強。加固鋼圈施工應按“安裝一環(huán)鋼圈→灌注剛性環(huán)氧漿液→待漿液凝固后再安裝下一環(huán)鋼圈”的順序進行。與現(xiàn)有的類似工程鋼板加固設計不同，該工程聯(lián)絡通道的受損管片鋼板采用全環(huán)鋼板加固，且在聯(lián)絡通道開口處的鋼板環(huán)通過三角鋼板對應力集中的開口環(huán)位置進行加固。

3 加固效果

涌砂區(qū)間受損管片修復之后，為了監(jiān)測管片的強度情況，現(xiàn)場監(jiān)測儀器采用振弦式應力計以及智能型振弦式傳感器采集箱進行數(shù)據采集。修復加固完成后，記錄受損管片的應力穩(wěn)定值，如圖2、圖3所示。

圖2 受損管片加固后拉應力監(jiān)測值

圖3 受損管片加固后壓應力監(jiān)測值

3.1 加固后盾構管片應力

經過鋼板加固后的管片最大主應力為拉應力，峰值為1.305MPa，位于261環(huán)和262環(huán)；管片最小主應力為壓應力，峰值為4.692MPa，位于261環(huán)；254～270環(huán)管片經過鋼板加固修復后，最大、最小主應力均滿足管片安全評定標準。

3.2 加固鋼板應力

加固鋼板最大主應力為拉應力，峰值為1.162MPa，位于258、260、261和262環(huán)（1號、3～5號加固鋼板）；加固鋼板最小主應力為壓應力，峰值為2.084MPa，位于258環(huán)（1號加固鋼板）。加固鋼板的最大、最小主應力均滿足鋼板安全評定標準。

3.3 加固后盾構管片應力及安全系數(shù)

進行鋼板加固后，盾構管片的受拉安全系數(shù)最小位置出現(xiàn)在261環(huán)管片拱底，最小值為3.8，大于《鐵路隧道設計規(guī)范》（TB 10003—2016）抗拉要求的3.6；受壓安全系數(shù)最小位置出現(xiàn)在263環(huán)管片邊墻（靠近聯(lián)絡通道），最小值為4.5，大于《鐵路隧道設計規(guī)范》（TB 10003—2016）抗壓要求的2.4。

由實際監(jiān)測值可知，管片經過鋼板加固修復后，拉、壓應力均滿足管片安全評定標準；聯(lián)絡通道開口環(huán)處的管片應力峰值最大，沿兩側逐漸減小，壓應力的影響范圍較拉應力的影響范圍大，變化較緩。

4 結論

（1）受損管片鋼板加固順序為，由管片受損較輕區(qū)域向管片受損較嚴重區(qū)域逐步推進，管片開口兩環(huán)需待開口處管片修補達到設計強度，管片變形穩(wěn)定后方可進行鋼環(huán)加固。每環(huán)管片進行加固鋼圈安裝時應采取換撐或不拆撐等措施，保證每環(huán)管片在安裝加固鋼圈時有可靠的臨時支撐。

（2）鋼圈安裝前，應清理和打磨管片表面，確保混凝土與鋼板間的黏結強度；鋼板加固后，應配套有受損管片鋼板加固防水控制技術、受損混凝土管片裂縫修復處理技術以及鋼材的防銹防腐處理。

（3）該工程聯(lián)絡通道采用全環(huán)鋼板加固，且在聯(lián)絡通道開口處的鋼板環(huán)設計三角鋼板塊，有效減小了開口環(huán)位置的應力集中現(xiàn)象，其拉、壓應力均滿足管片安全評定標準。