中圖分類號(hào) U418 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2025）08-0152-04

0 引言

在推動(dòng)城市現(xiàn)代化與可持續(xù)發(fā)展的進(jìn)程中，為了促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與區(qū)域協(xié)調(diào)，城市軌道交通得到了較快發(fā)展，提高了城市地下空間的利用率，滿足了市民的出行需求，產(chǎn)生了較大的社會(huì)效益。隨著地鐵隧道運(yùn)營(yíng)服役時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)，地鐵盾構(gòu)隧道出現(xiàn)了管片破損、貫通裂縫等常見病害，該問(wèn)題在國(guó)內(nèi)諸多城市普遍存在，也有地鐵盾構(gòu)隧道管片發(fā)生較大收斂變形等較為嚴(yán)重的病害。針對(duì)管片存在的不同病害及其嚴(yán)重程度，多數(shù)情況下采取的措施是安裝鋼板對(duì)隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固以及在隧道兩側(cè)進(jìn)行注漿予以加固土體。在地鐵盾構(gòu)隧道管片上安裝鋼板加固的工藝在較多城市軌道交通得到了應(yīng)用，成為了盾構(gòu)隧道較為常見的加固方式，對(duì)于其使用后的效果以及管片后續(xù)狀況，還處在理論研究階段，國(guó)內(nèi)在盾構(gòu)管片加載試驗(yàn)的大模型還并不多見，在加裝鋼板后的加載方面的研究更少，對(duì)加固后的效果是否能夠達(dá)到預(yù)期或者盾構(gòu)管片結(jié)構(gòu)承載力是否有效提升等方面仍存在諸多質(zhì)疑。

該文旨在通過(guò)試驗(yàn)?zāi)Ｐ万?yàn)證對(duì)已完成鋼板加固的盾構(gòu)隧道管片達(dá)到的效果，從技術(shù)工藝的應(yīng)用到效果分析對(duì)比，給出技術(shù)上可行性的建議措施。通過(guò)分析鋼板安裝技術(shù)過(guò)程方法以及如何改善隧道管片受力，保證運(yùn)營(yíng)隧道安全可靠，確保地鐵正常載客運(yùn)營(yíng)，為地鐵運(yùn)營(yíng)隧道出現(xiàn)類似變形情況時(shí)的處理提供一定的技術(shù)參考。

1工程概況

1.1 區(qū)間介紹

某地鐵盾構(gòu)法隧道，區(qū)間最大坡度 ，豎曲線半徑 。原地面線起伏高差較大，現(xiàn)地面線為約 3 % 地面縱坡，隧道拱頂最深埋深約 ，在區(qū)間中部設(shè)聯(lián)絡(luò)通道一處。

管片外徑 6 0 0 0 m m ，內(nèi)徑 5 4 0 0 m m ，管片厚度 3 0 0 m m 管片寬度 ，每環(huán)管片分6塊（ 3 B+2 L+F ，B為標(biāo)準(zhǔn)塊，L為鄰接塊，F(xiàn)為封頂塊）。管片混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C50，抗?jié)B等級(jí)不少于P10，鋼筋采用HPB300、HRB400，襯砌環(huán)縱、環(huán)縫采用彎6.8級(jí)M27螺栓連接為整體，隧道盾構(gòu)掘進(jìn)管片采用錯(cuò)縫拼裝，管片環(huán)縱縫之間采用防水膠條與混凝土自防水共同作用防御地下水。

1.2 管片現(xiàn)狀

經(jīng)過(guò)對(duì)隧道實(shí)際情況的詳細(xì)調(diào)查，該隧道表觀病害主要表現(xiàn)為管片破損、剝離、裂縫、錯(cuò)臺(tái)、空響、局部滲漏水。其中管片裂縫較為嚴(yán)重，均集中在拱頂臨接塊附近，破損多集中在拱頂及拱腰的管片拼縫或螺栓孔部位。如圖1為管片破損情況，圖2為管片裂縫情況。根據(jù)近兩年期間管片結(jié)構(gòu)收斂以及沉降等項(xiàng)目監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)得知，隧道橫向直徑發(fā)生了不同程度的變化。

1.3 原因分析

根據(jù)勘察以及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，隧道周邊環(huán)境如下：

（1）隧道頂部未啟用雨水管長(zhǎng)期積水，使周邊土體性質(zhì)發(fā)生變化，降低了對(duì)隧道的約束力。

（2）隧道施工結(jié)束后，隧道周邊進(jìn)行了大規(guī)模的城市建設(shè)，周邊土體反復(fù)的堆載卸載，造成了區(qū)間隧道反復(fù)的受力變形。

（3）隧道上方土體雜填土較厚，于隧道整體受力形式不利。

2 技術(shù)應(yīng)用

2.1技術(shù)原理

對(duì)已出現(xiàn)較大病害的地鐵運(yùn)營(yíng)線盾構(gòu)隧道，在不影響地鐵正常運(yùn)營(yíng)的情況下，根據(jù)管片不同病害以及收斂變形的嚴(yán)重程度，采取安裝鋼板的措施，與管片用錨栓固定繼而形成整體，共同受力，分散管片混凝土所受外在土壓力，改善管片結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)。

2.2技術(shù)難點(diǎn)

（1）鋼板加固施工工序多，既有線隧道設(shè)施設(shè)備多，天窗點(diǎn)施工有效作業(yè)時(shí)間短，運(yùn)營(yíng)線施工安全要求高。

（2）變形隧道為橢圓，安裝完成后的鋼板需要貼合管片，且需要預(yù)留均勻空隙，以保證黏結(jié)材料的有效填充，使鋼板均勻受力。

（3）拱頂鋼板錨栓安裝難度大，錨固膠狀態(tài)為液體，具有流動(dòng)性，豎向打膠易流失，對(duì)錨固膠的初凝時(shí)間具有較高要求，完成后的錨栓需固定牢固。

（4）鋼板與管片之間填充拱頂質(zhì)量控制難度大，使用敲擊法進(jìn)行是否填充密實(shí)的檢驗(yàn)，其對(duì)人員的素質(zhì)要求及環(huán)境的要求較高，效率低，誤判風(fēng)險(xiǎn)高。

（5）隧道拱頂鋼板封頂快的安裝及焊接，其量測(cè)精度要求高，焊接操作困難，其質(zhì)量控制難度大。

3技術(shù)要點(diǎn)

鋼板加固技術(shù)關(guān)鍵工序有：鋼板加工、鋼板安裝固定、錨栓植入、拼縫焊接、封邊填充、防腐防火、既有管線設(shè)備的遷改恢復(fù)以及其他輔助必要工序。

3.1細(xì)化放樣數(shù)據(jù)，提高加工精確度

（1）鋼板彎制加工成圓弧形狀，為使弧形鋼板更加貼合管片，加工之前先用三維掃描[形成管片內(nèi)弧面輪廓點(diǎn)云模型，再根據(jù)點(diǎn)云模型進(jìn)行建模，模擬出管片間的錯(cuò)位關(guān)系與失圓情況，如圖3失圓關(guān)系情況，先根據(jù)建模之后的管片設(shè)計(jì)出每塊鋼板的曲率半徑，再加工對(duì)應(yīng)的弧形鋼板。

（2）根據(jù)建模失圓程度數(shù)據(jù)，加工成相應(yīng)的曲率半徑，以提高鋼板與管片貼合度。

（3）除了掃描點(diǎn)云模型外，還需要單獨(dú)對(duì)牛腿進(jìn)行詳細(xì)放樣采集數(shù)據(jù)。根據(jù)原有排水溝深度確定牛腿高度、大小，確保牛腿與道床齊平且與側(cè)面完美貼合。

（4）固定鋼板安裝之前，在鋼板背面焊接A6或者A8的同長(zhǎng)度鋼筋條，以保證鋼板與管片之間空隙均勻，填充厚度相同。

3.2加強(qiáng)前期準(zhǔn)備，提高安裝準(zhǔn)確度

（1）鋼環(huán)拼裝[3]需要采用定制機(jī)械設(shè)備，根據(jù)隧道的管線設(shè)施設(shè)備的布設(shè)位置，制定機(jī)械臂高度以及旋轉(zhuǎn)角度，以保證安裝精確。

（2）所有在支架上的管線需要外撥移動(dòng)，使管線與管片之間的距離大于 1 5 0 m m ，集中固定在支架邊緣，根據(jù)圖4線纜改移示意圖，可保證鋼環(huán)安裝過(guò)程有穿插空間，保證管線安全；固定在管片上的管線進(jìn)行拆除，固定在既有管線的支架上，為保證管線安全，應(yīng)設(shè)置緩沖段，不可強(qiáng)行移動(dòng)管線；其他的既有設(shè)施設(shè)備進(jìn)行改移至無(wú)鋼環(huán)安裝環(huán)，改移后的設(shè)施設(shè)備固定牢固。

（3）安裝之前應(yīng)清理管片上的灰塵污物，采用角磨機(jī)打磨，保證管片表面干凈無(wú)凸起物，且應(yīng)在管片上劃線放樣，提高安裝精度。

3.3科學(xué)規(guī)劃工序，提高固定牢靠度

（1）利用機(jī)械設(shè)備轉(zhuǎn)運(yùn)加工完成的鋼環(huán)至安裝作業(yè)面，鋼環(huán)根據(jù)隧道管線布置位置，分為 5 ～ 7 塊，先安裝下部貼近道床的牛腿部分，再逐塊向上安裝大小腰板和封頂塊；牛腿采用單臂吊吊裝至排水溝安裝固定在管片上，大小腰板和封頂塊采用機(jī)械臂進(jìn)行安裝，從管線與管片的空隙插入對(duì)齊，及時(shí)安裝固定，采用后擴(kuò)底錨栓進(jìn)行臨時(shí)固定，以保證地鐵次日正常載客運(yùn)營(yíng)。

（2）鋼環(huán)每塊之間采用坡口焊連接整體，安裝期間先點(diǎn)焊臨時(shí)固定，后申請(qǐng)人工作業(yè)點(diǎn)進(jìn)行坡口滿焊。如圖5拼接焊縫示意圖。

（3）每條拼縫焊縫分三次施焊，多層焊接應(yīng)連續(xù)施 焊，每焊接完成一層后應(yīng)及時(shí)清理焊渣及表面飛濺物， 發(fā)現(xiàn)影響焊接質(zhì)量的缺陷時(shí)，應(yīng)清除后方可施焊上一層。

（4）鋼環(huán)錨栓開孔孔位與管片設(shè)計(jì)圖紙比對(duì)，錨栓[4孔位避開手孔、縱縫以及管片鋼筋，安裝8.8級(jí)M16的特殊倒錐形化學(xué)錨栓。拱頂采用初凝時(shí)間短的植筋膠進(jìn)行安裝，并在錨栓上安裝防松橡膠圈，保障錨栓安裝牢固不下墜脫出。

（5）如鋼環(huán)安裝與管片過(guò)于貼合，在安裝之前應(yīng)在鋼環(huán)背后焊接 的鋼筋條，以便于鋼環(huán)與管片之間存在符合填充要求的厚度，保證填充后有一定黏結(jié)強(qiáng)度。如圖6化學(xué)錨栓及背后填充示意圖。

3.4嚴(yán)格填充黏結(jié)材料，提高加固穩(wěn)定性

（1）錨栓以及焊縫完成后，對(duì)鋼環(huán)進(jìn)行兩方面的封堵，一是封堵錨栓孔，二是封堵鋼板邊緣。采用環(huán)氧膠泥對(duì)其封堵，并在鋼板與管片之間的縫隙預(yù)埋注漿管，做好保護(hù)后期填充注漿使用。

（2）待封堵材料凝固后，從注漿管注入剛性環(huán)氧[5]，將鋼板與管片進(jìn)行填充并有效黏結(jié)，形成整體。

（3）注漿填充采用小型電動(dòng)注漿泵壓注環(huán)氧樹脂，施工時(shí)應(yīng)自下而上分多次進(jìn)行，下部注漿直至上部預(yù)留孔溢出漿液為止，過(guò)程中采用木槌敲擊，檢查填充情況，確保填充密實(shí)。

（4）鋼板每塊除兩端焊接部位預(yù)留未施作防腐涂層，其余部位均按要求做聚脲防腐，對(duì)出廠后因裝卸和運(yùn)輸過(guò)程而導(dǎo)致防腐層破損開裂的情況要進(jìn)行防腐修補(bǔ)。鋼環(huán)拼縫焊縫部位[5]是防腐處理的重點(diǎn)部位，焊縫上下各5 0 m m 位置范圍進(jìn)行打磨，露出金屬光澤，先噴涂防銹底漆，再進(jìn)行人工涂刷防腐材料，保證厚度與出廠一致。

（5）對(duì)所有鋼板表面進(jìn)行打磨清理干凈后噴涂防火材料，對(duì)關(guān)鍵部位進(jìn)行補(bǔ)充噴涂，涂層厚度均勻，黏結(jié)牢固嚴(yán)密，不允許有脫落、開裂、孔眼、涂刷壓接不嚴(yán)密等缺陷。

4輔助措施

（1）加固之前，對(duì)管片結(jié)構(gòu)破損部位進(jìn)行修補(bǔ)，并做好防脫措施；對(duì)管片空鼓部位進(jìn)行敲擊，清除掉破損部位的浮渣，露出堅(jiān)實(shí)的結(jié)構(gòu)，同破損和管片螺栓孔手孔一起采用堆積填充的方法修補(bǔ)，拱腰以上部分應(yīng)做好防脫落掉塊風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避措施，防止造成管片結(jié)構(gòu)二次損壞。

（2）管片縱縫安裝阻斷點(diǎn)后和頂部結(jié)構(gòu)裂縫一起采用注射漿液的方法填充縫隙，并進(jìn)行表面封閉措施，并做好色差處理。

（3）為保證鋼板加固有較好的整體性，在道床上軌道下方安裝鋼拉板，兩側(cè)與鋼板牛腿上邊緣焊接連接，形成閉環(huán)提升加固結(jié)構(gòu)的整體性；鋼拉板安裝完成后采用同鋼環(huán)的封邊填充工藝，使其與道床黏結(jié)在一起。完成后需在軌道范圍內(nèi)的鋼拉板上加裝絕緣墊片，以保證鋼拉板與軌道之間的有效絕緣，確保地鐵運(yùn)行安全。

（4）在隧道管片結(jié)構(gòu)檢測(cè)過(guò)程，存在有變形病害，但是嚴(yán)重程度不足以采取安裝鋼環(huán)加固，或者在隧道管片結(jié)構(gòu)病害持續(xù)發(fā)展，需應(yīng)急處置的情況，亦可采取鋼箍加固的方法對(duì)隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固。

鋼箍采用 1 0 0 × 1 0 0 型鋼加工成圓弧形狀、鋼板焊接肋板結(jié)合而成，單榀鋼箍分為 5 ～ 7 節(jié)拼接成正環(huán)，拼接部位型鋼安裝鋼板接頭，采用鋼板連接，預(yù)留孔洞后使用10.9級(jí)摩擦型高強(qiáng)螺栓連接。貼合管片安裝固定，結(jié)合型鋼豎撐焊接形成完成的加固結(jié)構(gòu)，共同受力，兩端與道床側(cè)面相結(jié)合，如圖7鋼箍示意圖。

5 效果分析

根據(jù)實(shí)際隧道調(diào)查、材料技術(shù)指標(biāo)參數(shù)以及加載模型試驗(yàn)，可分析得到以下結(jié)論：

（1）通過(guò)焊接、錨栓、填充黏結(jié)使鋼板與管片形成整體，改善了管片受力形式。

（2）鋼板與管片形成整體后，提高了管片整體剛度，可以有效地提升結(jié)構(gòu)屈服荷載以及極限荷載，大大提高管片結(jié)構(gòu)承載力。

（3）鋼板覆蓋管片，可以阻正管片破損掉塊的情況，有效地避免了隧道結(jié)構(gòu)的掉塊安全隱患發(fā)生，保證地鐵列車正常運(yùn)行安全。

（4）鋼板加固后可以有效抑制管片混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)展。

（5）在管片病害較為嚴(yán)重的情況下，可以采用鋼板與鋼箍結(jié)合的形式共同使用，即管片中間安裝鋼環(huán)，兩側(cè)安裝鋼箍，進(jìn)一步改善隧道盾構(gòu)管片的受力形式。

6總結(jié)

城市地鐵隧道服役時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)，不同原因?qū)е滤淼莱霈F(xiàn)的病害也越來(lái)越多，針對(duì)出現(xiàn)破損、裂縫、變形的管片，需要根據(jù)其病害的嚴(yán)重程度，選用鋼板加固、鋼箍加固等技術(shù)方案，其應(yīng)用可以有效地抗破損、抗掉塊、抗裂縫，可以與管片形成整體，達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)管片的作用，繼而提升管片整體剛度，進(jìn)一步改善隧道的整體受力形式，保障地鐵隧道安全穩(wěn)固。

根據(jù)加載試驗(yàn)以及對(duì)加固后的管片監(jiān)測(cè)，對(duì)比加固前后的收斂數(shù)據(jù)，分析顯示，管片結(jié)構(gòu)變形趨于穩(wěn)定。隧道管片安裝鋼環(huán)加固措施效果明顯、可靠，值得推廣應(yīng)用。

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