探討城市地鐵隧道襯砌病害分析及加固方法,職稱論文

探討城市地鐵隧道襯砌病害分析及加固方法,職稱論文內(nèi)容摘要：城市地下環(huán)境復雜，施工技術的限制及運營后周邊環(huán)境的影響給地鐵隧道襯砌構造帶來極大安全風險，甚至引發(fā)影響地鐵運營安全的事故。論文總結城市地鐵隧道襯砌構造的常見病害類型，分析其構成原因及機理，并對當前國內(nèi)外有效可行的襯砌構造加固方式方法進行了介紹和分析。本文關鍵詞語：地鐵隧道;襯砌;病害;加固;DamageAnalysisandRehabilitationMethodStudyofUrbanMetroTunnelLiningDONGGuang-huiWUFengTianjinMetroGroupDalianJiaotongUniversityAbstract：Themetrotunnelliningisinrisksituationsbecauseofcomplicateundergroundspaces,limitationsofconstructiontechniquesandeffectsofrunningenvironmentswhichevencausingsafetyaccidentsinmetrorunning.Thispapersummarizesthecommondiseasetypesofurbanmetrotunnelliningstructure,analyzesitsformationreasonandmechanism,andintroducesandanalyzestheeffectiveandfeasibleliningstructurereinforcementmethodsathomeandabroad.1引言近幾十年我們國家城市規(guī)?？焖贁U張，市區(qū)交通不暢問題日益嚴峻。城市地鐵作為一種當代化交通方式，以便捷、準時及安全等特點成為人們優(yōu)先選擇的一種出行方式。截至2021年年底，我們國家已有35個城市開通了城市軌道交通。華而不實，地鐵運營里程高達4354.3km，占總里程的75.6%。但由于地下環(huán)境復雜、隱蔽性強，且施工技術受周邊既有建筑限制，導致地鐵設計中不確定性因素倍增，襯砌構造病害難以控制[1,2,3]。如2020年杭州地鐵1號線在開通不到一周時間出現(xiàn)3次滲水事故，導致大規(guī)模停運。隨著運營時間及里程的增長，隧道構造不可避免地出現(xiàn)性能劣化，進一步加劇了病害的發(fā)生概率及危害。如2020年1月下旬，為消除隧道不均勻沉降的累積影響，上海地鐵對4號線海倫路區(qū)段封站大修，嚴重影響了市民出行。由此可見，合理識別隧道襯砌的病害特征，分析其發(fā)生原因并提出切實有效的加固方式方法是特別重要和必要的。2城市地鐵隧道襯砌病害及原因分析襯砌構造作為隧道的骨架，其力學和耐久性能直接關乎隧道的運營安全。當前，國內(nèi)外學者針對隧道所處環(huán)境和施工技術的不同，通過大量實踐調(diào)查，對襯砌構造的典型病害進行了研究，獲得了顯著成效[4,5]?，F(xiàn)結合既有成果，針對地鐵隧道襯砌病害表現(xiàn)與機理間的關系，從下面3方面進行分析總結。2.1襯砌滲漏水滲漏水是隧道襯砌的一種最主要病害形式，不但會影響地鐵電氣設備的使用安全性，帶有侵蝕性介質(zhì)的長期滲漏水還會顯著降低襯砌構造的承載力，在襯砌后土體中構成空洞，威脅隧道構造的安全。使用明挖法和礦山法施工的地鐵隧道，襯砌構造多采用整體式澆筑。滲漏水的位置一般出如今施工縫、變形縫以及混凝土構造本身開裂的位置處。使用盾構法施工的地鐵隧道，襯砌為裝配式管片，分布數(shù)量諸多的接縫和栓孔。管片間縱、環(huán)接縫，以及螺栓孔和注漿孔是主要滲漏水的位置。從以往統(tǒng)計來看，施工技術及質(zhì)量是影響滲漏水的重要因素。整體澆筑的襯砌構造應嚴控混凝土的澆筑質(zhì)量、工藝及材料配合比。針對裝配式管片，應在檢查制作和運輸經(jīng)過中保證管片質(zhì)量的同時，嚴控密封材料的性能。在施工工程中，管片拼合不嚴、錯位碎裂及變形均會導致密封墊與管片間缺乏可靠黏結而發(fā)生滲漏水。2.2襯砌裂縫及脫落裂縫作為隧道的另一種重要病害形式，其數(shù)量和形態(tài)在一定程度上反映了襯砌構造的力學和耐久性能?，F(xiàn)場澆筑的混凝土構造，施工工藝和技術缺乏極易導致襯砌開裂。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，隧洞超挖導致的襯砌缺乏可靠支撐和背后空洞積水壓力，以及欠挖造成的襯砌局部應力集中是襯砌開裂的重要原因。有調(diào)查表示清楚，盾構隧道的襯砌發(fā)生裂縫、破損的比例超過80%發(fā)生在組裝施工經(jīng)過中。管片拼裝時的碰撞、錯位、受力超限等因素是主要原因。除此之外，地下水變化導致的沉降、背洞以及地表超載壓力也會致使隧道產(chǎn)生較大變形。裝配式的管片接縫在發(fā)生較大縱、橫向變形時會發(fā)生錯臺和張開。這種裂縫下的襯砌構造受力狀態(tài)不合理，裂縫在外表和內(nèi)部進行封堵的同時還需要進一步采用構造加固措施。2.3襯砌性能劣化地鐵運營環(huán)境下，根據(jù)規(guī)范進行耐久性設計的隧道混凝土襯砌通常能知足設計年限要求。但由于上述滲漏水和開裂病害的影響，襯砌性能的劣化也是地鐵隧道不可忽視的重要病害形式之一。長期的滲漏水容易導致襯砌混凝土風化剝落，水中的侵蝕性介質(zhì)還會加劇混凝土的劣化。襯砌開裂后，內(nèi)壁空氣中的二氧化碳和外壁地下水中的腐蝕離子侵入速度大大加快，混凝土的碳化速度和劣化速度顯著增加。同時，混凝土保衛(wèi)層的失效會導致鋼筋直接接觸外部潮濕空氣和地下水，發(fā)生銹蝕膨脹，進一步加劇襯砌開裂，以致發(fā)生局部襯砌脫落。這使得襯砌的耐久性能往往難以知足估計的設計年限要求。3襯砌加固方式方法對滲漏水而言，需要根據(jù)滲漏水程度并結合浸透部位，采取不同的加固方式方法。通常對于僅出現(xiàn)濕漬的位置，一般采取跟蹤觀察的方式方法，暫不進行特殊處理。如出現(xiàn)滲水、滴漏甚至帶泥沙等情況，通常采取加壓灌注環(huán)氧樹脂類、水泥基結晶類等材料進行封堵處理。由于混凝土材料收縮、溫度變化等本身的問題引起的滲漏，采用以上方式方法或許能夠到達要求，但假如伴隨著外荷載、沉降等因素，出現(xiàn)構造性裂縫，還需要判定裂縫的成因并進行加固處理。對于襯砌開裂及脫落而言，當前的加固措施一般分為襯砌內(nèi)部和外部的加固方式方法。襯砌的外部加固方式方法主要為微擾動注漿方式方法。通過灌注水泥基漿液填充外部的孔隙和背洞，使得襯砌外部約束均勻，但也會導致地下水滲流途徑變化，外部土體發(fā)生固結沉降。內(nèi)部加固的方式方法通常采用鋼拱架、鋼板、FRP以及TRC等材料進行內(nèi)壁加固，提高襯砌的力學強度，減緩或制止襯砌裂縫的進一步擴展。華而不實，鋼拱架的效果最好，能提高區(qū)段襯砌的整體力學性能，但造價也通常較高，空間占用率也較大。對于局部部位的加固，能夠采用黏結鋼板的方式方法提高襯砌的抗拉強度。但由于隧道環(huán)境潮濕，鋼板的耐久性不易保證，又出現(xiàn)了FRP等聚合物纖維布材料的使用來提高加固構件的耐久性。最近幾年，TRC或FRCM等水泥基基體-FRP組合的加固體系出現(xiàn)，又進一步增加了FRP材料的耐火性且知足在潮濕狀況下的施工條件。對于襯砌劣化而言，需要根據(jù)混凝土強度的下降程度、碳化的深度以及鋼筋的銹蝕程度采用不同的加固方式方法。對于混凝土碳化深度未到達保衛(wèi)層厚度的，可保持觀察或僅對外表裂縫進行修補。對混凝土出現(xiàn)局部疏松、脫落的部分，需要剔除該部分混凝土，并重新澆筑混凝土。若鋼筋出現(xiàn)銹蝕，需要進行除銹和防銹處理。若襯砌出現(xiàn)較大面積或區(qū)段的強度顯著下降，則需要采用內(nèi)外表鋼拱架、黏結FRP或鋼板等抗拉材料，外部錨桿支護等方式方法進行加固，提高襯砌的力學強度。4結束語在國內(nèi)外相關研究成果基礎上，針對城市地鐵隧道襯砌構造的特點，總結了襯砌構造的3種常見病害形式，分別針對現(xiàn)澆和裝配襯砌構造，分析了病害的原因和構成機理?？偨Y了不同病害下的加固方式方法以及適用性。研究表示清楚，地鐵襯砌的施工技術和水平是引起病害的主要原因，新型聚合物纖維及水泥基體加固材料和技術的應用是今后加固技術的發(fā)展趨勢，還有待于進一步發(fā)展。以下為參考文獻[1]肖同剛,王如路.上海地鐵運營隧道病害治理與控制技術[C]//地下交通工程與工程安全---第五屆中國國際隧道工程研討會.中國土木工程學會,2018.[2]蔡鵬超.北京地鐵運營隧道襯砌病害分類及其安全狀態(tài)分級研