摘要：地铁盾构隧道在投入运营后受临近工程以及自身结构的影响，不可避免地产生变形，需要根据监测数据及时对其进行合理有效的维修养护，确保隧道结构的安全可靠。文章针对浙江省代表性城市地铁沿线软土地质特点、运营变形情况以及病害治理措施等进行了阐述，简要分析了隧道病害的影响因素以及不同治理措施。
关键词：盾构隧道；变形监测；病害治理；结构安全
1 引言
在城市轨道交通建设如火如荼的全国背景下，浙江省城市轨道交通建设正处在高速发展阶段。根据国务院批复，杭州、宁波、温州、绍兴等地市先后获批建设城市轨道交通。迄今为止，杭州已开通地铁1号线、2号线、4号线、5号线首通段；宁波市轨道交通第一轮建设已经完成并贯通运营，形成轨道交通十字骨架。随着地铁线路的开通运营，周围出现了越来越多的近接工程活动，许多工程均进入了地铁保护区范围内，近接工程施工对地铁盾构隧道的影响因素较多，包括相邻深大基坑开挖卸载、抽降地下水、桩基围护结构施工、上方堆载或卸载、新建高层建筑的沉降拖拽等。为确保地铁盾构隧道结构的稳定性和安全性，应根据监测数据和变形情况及时对地铁盾构隧道进行病害治理，诊断地铁盾构隧道的健康状态，实现科学化管理，为我省地铁运营管理提供技术支撑。
2地铁沿线软土地质特点
软土是近代在滨海、湖泊、沼泽及河湾等地区海相、湖相沉积形成的一种特殊土体，普遍具有含水量高、压缩性大、强度低、渗透性差、灵敏度高以及流变性显著等特点。我国软土分布广泛，以滨海地区为主。由于软土成因及地质历史的差异性，使得各地区软土呈现出各自不同的特点，从天津→连云港→上海→杭州→宁波→温州→福州→厦门→广州→深圳→湛江，软土的含水率参差不齐，压缩性变化很大，而且强度软弱不均，在力学强度和变形特征上总体符合我国软土“北强南弱”的特点。浙江省是软土分布最为广泛的地区之一，尤其是浙江滨海地区，自北向南宁波地区→台州地区→温州地区全线均有软土分布，且呈现出范围广、厚度大和工程特性差的特征。以浙东南温州乐清湾软土为例，该区域软土的天然含水量很大（ω=60~90%）、天然孔隙大（e≥1.8）、压缩性高、抗剪强度低，且埋藏深厚（35m~90m），深厚软土主要由淤泥、淤泥质粘土、粉质粘土和粘土等组成，对各类工程建设有重大影响。
浙江省杭州、宁波和温州等地的地质条件以湖沼相-海相沉积的深厚软粘土为主，这类软粘土具有含水量高、抗剪强度低、压缩性高、灵敏度高以及极易被扰动等特点，建立于此类软弱地基上的轨道交通结构保护面临更为严峻的形势。杭州某待建高架道路在运营地铁盾构隧道附近进行试桩施工，引起的隧道累计沉降最大值达20mm，区间隧道出现明显的 V 形沉降漏斗；杭州城东某处盾构隧道正上方的地面堆土致使隧道产生最大值达 57mm 的轨面沉降，管片开裂严重，不得不采用钢环加固；杭州下沙某深基坑施工致使邻近地铁盾构隧道收敛变形超过 20mm，隧道变形严重而需进行系统加固；宁波地铁 1 号线某盾构区间受邻近基坑开挖影响，隧道管片发生大面积破损，出现多处纵向贯通裂缝，隧道沉降累计达 39mm，水平位移达 50mm，严重超过控制值，隧道呈“扁鸭蛋”型、整体向基坑方向偏移并抬升，地铁结构呈不稳定、不安全状态，后通过钢环加固、注浆抬升等技术手段，对隧道结构进行了加固。因此，相邻工程施工造成轨道交通结构变形、开裂及漏水等现象直接威胁到轨道交通结构安全、正常运营和作为百年工程的耐久性能。
3 运营地铁的变形及病害分析
3.1 地铁变形分析
地铁隧道收敛变形主要以横向变形收敛为主，收敛变形监测数值分为两个数据，第一个数据为地铁运营之后第一次监测的横向变形收敛值为原始数据，采用全站仪监测，监测数据为收敛累计变化值，依据浙江省工程建设标准《城市轨道交通结构安全保护技术规程》以及参考《盾构法隧道施工与验收规范》，将地铁结构监测的控制值规定如下：盾构隧道水平收敛监测年控制值为±10mm、盾构隧道水平收敛监测次控制值为±5mm；当隧道变形值报警值达到控制值的70%为预警状态，变形值达到控制值的80%为报警状态，连续两次预警视为报警状态，故盾构隧道水平收敛监测次报警值为±4mm。第二个数据为水平直径差异量ΔD（ΔD=（实测水平直径-标准直径5.5m）×1000，单位：mm）。
根据《盾构法隧道施工与验收规范》（GB 50446-2017）中9.3.5条地铁隧道管片拼装要求衬砌椭圆度允许偏差为5‰，外径6.2m的标准盾构隧道允许偏差ΔD为31mm。有学者根据长期变形监测数据显示，某市地铁1号线全线共有21个区间隧道沉降或收敛超过年控制值，其中19个区间隧道仅收敛超过年控制值（含2个单点区间）。全线隧道收敛累计变化量超过10mm的涉及19个区间隧道（32个单线区间）；累计变化量超过20mm的涉及7个区间隧道（10个单线区间，其中5个为区间单点）。
隧道的沉降变形以地铁结构自身竖向沉降为主，根据长期变形监测数据显示，该线全线共有21个区间隧道沉降或收敛超过年控制值，其中14个区域仅沉降超过年控制值。全线道床沉降累计变化量超过年控制值20mm的共计3306m，涉及14个区间隧道（23个单线区间）；累计变化量超过40mm的共计1387m，涉及9个区间隧道（16个单线区间）；累计变化量超过60mm的共计643m，涉及6个区间隧道（9个单线区间）。
3.2 隧道常见病害及影响因素分析
通过对该市1号线的区间病害进行日常病害巡查和数据统计，出现渗漏水现象共计2752处，管片病害共计3815处，道床病害766处，经分类统计后发现地铁1号线区间隧道管片裂缝、缺角、湿迹渗漏水等现象相对较严重。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆其中管片裂缝、缺角等病害涉及多个阶段，主要为建设期质量欠佳以及隧道沉降收敛变形所致；同时由于隧道不均匀沉降以及日常列车运营荷载力的作用，部分区段出现了不同程度轨枕与道床离缝、排水沟离缝、道床裂缝、道床脱空等现象，对隧道结构稳定性造成影响。
该市地铁1号线线路里程较长，穿越不同淤泥质土、淤泥质粉质粘土、粉砂土等复杂土层，地质条件较差，且随着城市建设的发展，地铁隧道周边保护区施工也随之增多，再加上运营之后邻近地铁线下穿、原来的不科学沉降整治对土体扰动非常大，导致区间隧道出现不同程度的沉降和收敛变形、渗漏水、裂缝等病害，而严重沉降和收敛变形也会导致管片及道床病害，最终对隧道结构安全性、耐久性也构成威胁，甚至直接影响轨道平顺度、乘客舒适度、以及地铁安全运营。结合地铁病害情况，可将隧道变形及病害形成原因分为地铁开通运营之前和地铁开通运营之后两大类。
4 地铁隧道病害治理
（1）隧道堵漏
地铁的渗漏水现象在区间隧道是一种较为常见的病害，目前区间隧道渗漏水处理的处理方法主要分两种，第一种为背水面注浆，用于管片渗水、漏水情况较小时；第二种为迎水面注浆，主要用于漏水较大时或出现冒泥、冒沙等严重情况。
根据使用材质的不同，也可将隧道堵漏分成化学注浆和水泥注浆，化学注浆使用的材料主要有聚氨酯和改性环氧树脂，聚氨酯在混凝土结构内形成一层隔离层，与混凝土界面不能有效连接，浆液凝固后成蜂窝状，且耐久性较差，较短时间内容易导致渗漏水复发，改性环氧树脂能与混凝土界面有效粘结，对混凝土有加固作用。为确保地铁隧道能够达到百年使用年限以及隧道二级防水要求，目前区间隧道浆液材料均选用改性环氧树脂。水泥注浆使用的注浆材料分为两种，一种是水泥浆液，一种是水泥和水玻璃混合的双液浆，水泥浆液采用325普通硅酸盐水泥与水，按照1：1的比例配制，双液浆采用325普通硅酸盐水泥、水玻璃、水以1：0.5：0.8的方式混合，主要用于渗漏水严重的情况。
（2）注浆加固
针对隧道不均匀沉降变形整治常用“微扰动注浆法”进行处理，以达到加固土层的作用，微扰动注浆适用于流塑性软土、软粘土、砂土、粉土等地层。经过数据统计，长三角洲软土地区，如上海、南京、杭州、宁波等地，均采用“微扰动注浆法”用于隧道的隧道变形整治，且整治效果显著。
微扰动注浆工法是一种新型注浆技术，它利用“双泵”将“双液浆”打出，通过特制的混合器使得双液浆充分混合，再通过注浆芯管将浆液注入土体，浆液在压力的作用下使得土体劈开，随着注浆芯管的提升，在土体中形成脉状注浆体，快凝且后期强度高的浆液对于隧道的下卧、侧向土层有填充、压密和加固土体的作用，提高土层的强度和变形模量、控制隧道沉降、变形。根据隧道变形曲线上各变形点位的指标，进行的分阶段、分区段的注浆治理，在隧道纵向均匀布置多个注浆孔，由上至下分层、少量、多次注浆，遵守着“均匀、少量、多次、多点”的注浆原则在对隧道变形控制的同时兼顾隧道线型的平顺。
（3）内张钢圈加固
地铁隧道结构出现“横鸭蛋”式收敛变形后具有不可逆特性，若横向收敛变形到一定的程度之后会引起管片破损，接缝张开过大甚至渗漏水等现象。控制隧道收敛变形对于保障隧道结构安全和地铁日常安全运营至关重要。对于发生隧道横向收敛变形的隧道，除了漏水处理和裂缝修补之外，还需要对盾构隧道结构进行补强加固，除了粘贴芳纶布加固法，还有一种工法就是安装内衬钢环，根据隧道横向变形程度大小而定。针对由于隧道外部施工作业等引起隧道横向收敛变形较大时可采用，利用钢板与管片间填充的高粘结能力、高强度的胶粘材料，使钢板和管片成为受力整体，提高管片整体刚度，共同抵抗外界荷载。钢环加固补强法目前已被广泛应用于软土地区运营地铁，例如上海、南京、杭州等地，均有较多工程实例采用该工法对变形收敛严重的区段进行结构补强加固，并起到了良好的稳定隧道的作用，
5 主要结论
针对软土地区地铁盾构隧道的运营情况，参考某市地铁相关监测数据为基础资料，对已运营地铁的变形及病害情况和治理措施等进行了整理，主要得出以下结论：
（1）地铁盾构隧道变形以横向收敛和竖向沉降为主，隧道管片裂缝、缺角、湿迹渗漏水等现象相对较严重；结合地铁病害情况，可将隧道变形及病害形成原因分为地铁开通运营之前和地铁开通运营之后两大类。
（2）地铁隧道的病害治理需要根据隧道变形以及裂缝、渗漏水等病害情况，结合区间隧道特点考虑对隧道采取整治手段，确保隧道结构的安全运营。
参考文献：
[1] 叶俊能，刘干斌. 轨道交通软土工程特性[M]. 杭州：浙江大学出版社，2014.5.
[2] 闫静雅，王如路. 上海软土地铁隧道沉降及横向收敛变形的原因分析及典型特征[J].自然灾害学报，2018，27（04）：178-187.
[3] 王群敏，吴勇，王烨晟，卢建军. 运营期地铁盾构隧道管片收敛整治过程变形特征分析[J].城市轨道交通研究，2018，21（12）：131-134.
[4] 王婉娇. 软土地区已建地铁盾构隧道变形影响及控制措施研究[D].浙江大学，2018.
[5] 赵洁黎. 软土地区盾构隧道结构病害成因及控制措施研究[D].浙江大学，2019.
[6] 浙江省住房和城乡建设厅. 城市轨道交通结构安全保护技术规程[Z].2017.7.31.
论文作者:李良军
论文发表刊物:《基层建设》2019年第24期
论文发表时间:2019/11/22
标签：隧道论文; 地铁论文; 盾构论文; 病害论文; 区间论文; 管片论文; 结构论文; 《基层建设》2019年第24期论文;