聯(lián)絡(luò)通道受損管片修復(fù)加固體系研究*

劉玉國(guó)

中鐵二十五局集團(tuán)第五工程有限公司，山東 青島 266000

近年來(lái)，地鐵已經(jīng)成為城市軌道交通的重要組成部分。盾構(gòu)施工法由于對(duì)周圍環(huán)境影響小、適用地層范圍廣等優(yōu)勢(shì)，成為城市地鐵施工的主要工法。雖然盾構(gòu)隧道的安全性能高，但是在施工和運(yùn)營(yíng)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(jié)構(gòu)整體大變形兩類。當(dāng)發(fā)生開裂、滲漏水等局部破損時(shí)，會(huì)影響行車安全和區(qū)間隧道的正常運(yùn)營(yíng)[1-3]；當(dāng)發(fā)生管片變形、管片錯(cuò)臺(tái)等整體大變形時(shí)，會(huì)對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性造成極大威脅[4]。在進(jìn)行管片破損修復(fù)時(shí)，材料的選擇十分重要。婁瑞等[5]結(jié)合蘇通管廊工程案例，提出使用進(jìn)口材料富斯勒巖補(bǔ)FC（單組分改性環(huán)氧膩?zhàn)樱┖透凰估諑r補(bǔ)GP（單組分改性環(huán)氧砂漿）進(jìn)行修補(bǔ)可以得到更好的管片強(qiáng)度。由于管片破損類型較多、受損原因復(fù)雜，往往需要根據(jù)實(shí)際工程情況進(jìn)行分析，再確定加固修復(fù)方案。

現(xiàn)有的盾構(gòu)區(qū)間受損管片修復(fù)加固體系主要針對(duì)普通區(qū)間段，對(duì)于聯(lián)絡(luò)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(luò)通道的受損管片修復(fù)加固技術(shù)的基礎(chǔ)上，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的管片破損程度分區(qū)，設(shè)計(jì)相應(yīng)的受損管片鋼板加固參數(shù)，并在聯(lián)絡(luò)通道開口環(huán)設(shè)計(jì)減緩應(yīng)力集中的三角鋼片，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)對(duì)所設(shè)計(jì)的應(yīng)用效果進(jìn)行分析，為類似工程案例提供設(shè)計(jì)參考。

1 工程概況

文章以某地鐵聯(lián)絡(luò)通道附近受損管片為例進(jìn)行分析。根據(jù)詳勘地質(zhì)鉆孔資料，聯(lián)絡(luò)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(luò)通道所處地質(zhì)剖面土層主要分布有淤泥、粉質(zhì)黏土、中粗砂、砂質(zhì)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(luò)通道的過程中出現(xiàn)了部分涌砂現(xiàn)象，從而影響聯(lián)絡(luò)通道及其周邊的管道結(jié)構(gòu)安全。為了使后期管片正常運(yùn)營(yíng)，提出聯(lián)絡(luò)通道受損管片鋼板加固體系。

2 聯(lián)絡(luò)通道受損管片鋼板加固體系

此次修復(fù)范圍為區(qū)間隧道少部分管片的加固。對(duì)受損隧道擬采用內(nèi)設(shè)鋼圈的形式進(jìn)行加固，對(duì)于收斂變形嚴(yán)重的管片環(huán)，每環(huán)采用3cm厚的鋼板進(jìn)行加固；對(duì)于受損較輕的管片環(huán)，每環(huán)采用2cm厚的鋼板進(jìn)行加固。受損管片鋼板加固設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 受損管片鋼板加固設(shè)計(jì)（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(shí)；空隙超過2cm時(shí)，應(yīng)加鋼筋網(wǎng)充填砂漿找平。封頂塊處的鋼板應(yīng)保證搭接在兩鄰接塊上的位置至少各有兩排化學(xué)螺栓錨固。鋼板材質(zhì)為Q345B鋼，相鄰鋼圈間連續(xù)滿焊設(shè)計(jì)，焊接采用CO2氣體保護(hù)焊，焊絲型號(hào)選用ER50-6?；瘜W(xué)螺栓遇手孔時(shí)可作適當(dāng)調(diào)整。為了保證施工安全，拼裝時(shí)可先采用膨脹錨栓固定，待成環(huán)后打設(shè)化學(xué)錨栓補(bǔ)強(qiáng)。加固鋼圈施工應(yīng)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(jìn)行。與現(xiàn)有的類似工程鋼板加固設(shè)計(jì)不同，該工程聯(lián)絡(luò)通道的受損管片鋼板采用全環(huán)鋼板加固，且在聯(lián)絡(luò)通道開口處的鋼板環(huán)通過三角鋼板對(duì)應(yīng)力集中的開口環(huán)位置進(jìn)行加固。

3 加固效果

涌砂區(qū)間受損管片修復(fù)之后，為了監(jiān)測(cè)管片的強(qiáng)度情況，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)儀器采用振弦式應(yīng)力計(jì)以及智能型振弦式傳感器采集箱進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。修復(fù)加固完成后，記錄受損管片的應(yīng)力穩(wěn)定值，如圖2、圖3所示。

圖2 受損管片加固后拉應(yīng)力監(jiān)測(cè)值

圖3 受損管片加固后壓應(yīng)力監(jiān)測(cè)值

3.1 加固后盾構(gòu)管片應(yīng)力

經(jīng)過鋼板加固后的管片最大主應(yīng)力為拉應(yīng)力，峰值為1.305MPa，位于261環(huán)和262環(huán)；管片最小主應(yīng)力為壓應(yīng)力，峰值為4.692MPa，位于261環(huán)；254～270環(huán)管片經(jīng)過鋼板加固修復(fù)后，最大、最小主應(yīng)力均滿足管片安全評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 加固鋼板應(yīng)力

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

3.3 加固后盾構(gòu)管片應(yīng)力及安全系數(shù)

進(jìn)行鋼板加固后，盾構(gòu)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(shè)計(jì)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(luò)通道），最小值為4.5，大于《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 10003—2016）抗壓要求的2.4。

由實(shí)際監(jiān)測(cè)值可知，管片經(jīng)過鋼板加固修復(fù)后，拉、壓應(yīng)力均滿足管片安全評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)；聯(lián)絡(luò)通道開口環(huán)處的管片應(yīng)力峰值最大，沿兩側(cè)逐漸減小，壓應(yīng)力的影響范圍較拉應(yīng)力的影響范圍大，變化較緩。

4 結(jié)論

（1）受損管片鋼板加固順序?yàn)?，由管片受損較輕區(qū)域向管片受損較嚴(yán)重區(qū)域逐步推進(jìn)，管片開口兩環(huán)需待開口處管片修補(bǔ)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，管片變形穩(wěn)定后方可進(jìn)行鋼環(huán)加固。每環(huán)管片進(jìn)行加固鋼圈安裝時(shí)應(yīng)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(shí)有可靠的臨時(shí)支撐。

（2）鋼圈安裝前，應(yīng)清理和打磨管片表面，確?；炷僚c鋼板間的黏結(jié)強(qiáng)度；鋼板加固后，應(yīng)配套有受損管片鋼板加固防水控制技術(shù)、受損混凝土管片裂縫修復(fù)處理技術(shù)以及鋼材的防銹防腐處理。

（3）該工程聯(lián)絡(luò)通道采用全環(huán)鋼板加固，且在聯(lián)絡(luò)通道開口處的鋼板環(huán)設(shè)計(jì)三角鋼板塊，有效減小了開口環(huán)位置的應(yīng)力集中現(xiàn)象，其拉、壓應(yīng)力均滿足管片安全評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。