李夏南
中铁电气化局集团有限公司 北京市 10000
摘要：管片结构及其连接是盾构隧道结构最重要的构件单元，管片结构病害的出现和发展直接影响隧道结构的整体安全。针对黄河路站～龙虎塘站区间隧道混凝土管片在运营过程中出现的病害提出了检测技术体系，根据病害调查结果给出相应的修复方案，经实践验证提出的修复方案修复效果良好。采用的病害检测技术与病害修复措施为类似隧道病害的检测评估与修复提供了有效借鉴。
关键词：混凝土管片；隧道病害；检测技术；修复技术
Abstract: Segment structure and its connection are the most important component units of shield tunnel structure. The occurrence and development of segment structure diseases directly affect the overall safety of tunnel structure. The detection technology system was proposed for the diseases occurring in the course of the operation of the concrete segment of the tunnel between Huang he Road Station and Long hu tang Station. According to the results of the disease investigation, a corresponding restoration plan is given, and the repair program proposed by the practice has a good repair effect.The disease detection technology and disease remediation measures adopted have provided effective reference for the detection, assessment and repair of similar tunnel diseases.
Key words: concrete pipe sheet; tunnel disease; detection technology; repair technology
0 引言
隧道工程具备抵抗恶劣气候条件能力强、占用资源少、对环境影响小、战备功能高等优点，在城市过江河通道的方案比选中已越来越受到重视。随着南京长江隧道、上海长江隧道和杭州钱江隧道等超大直径隧道的建设和运营，也将我国超大直径盾构隧道的施工技术水准提升到一个新的高度[1]。
截止2010年底，全国公路隧道为7384处、512.26万m，其中，特长隧道265处、113.80万m，长隧道1218处、202.08万m。我国已是世界上隧道工程数量最多、建设规模最大、技术条件最复杂、发展速度最快的隧道大国。但随之而来的隧道安全问题大量显现，以上海为例，打浦路隧道2007年出现大规模渗漏现象以及2012年外滩隧道伸缩缝两侧出现混凝土挤裂剥落等情况，这充分说明大量隧道逐渐进入高维修阶段。[2]
管片结构及其连接是盾构隧道结构最重要的构件单元，管片结构病害的出现和发展直接影响隧道结构的整体安全。针对黄河路站～龙虎塘站区间隧道混凝土管片在运营过程中出现的病害进行检测，并对管片存在的病害进行全面统计与探讨，并进行修复，为黄河路站～龙虎塘站区间隧道混凝土管片的日常养护及维护提供参考。
1 工程概况
黄河路站～龙虎塘站区间从黄河路站起，沿站后通江中前行，连续下穿沪宁高速匝道及主线桥梁和京沪高铁连续桥梁，并以半径435m的曲线下穿拟建的常州高级中学新北校区操场看台，进入辽河路，后进入龙虎塘站；区间上行线设计起点里程SK29+958.829，终点里程SK31+382.567，上行线隧道长1423.738米，区间下行线设计起点里程XK29+958.829，终点里程XK31+382.567，其中在XK30+630.169处设19.831m短链，下行线隧道长1403.907米。区间隧道最小埋深9.6m，最大埋深19.6m。
2 检测内容
经现场巡视，发现黄河路站～龙虎塘站区间1100环~1180环管片范围内出现不同程度的裂缝、错台、渗漏水、破损等病害现象。对隧道上行线81环（1100环~1180环）盾构管片开展如下作业内容：资料调研（地层、结构、周边环境）；病害调查（裂缝、破损、错台、渗漏水）；轮廓断面监测；
管片混凝土强度检测。[3]
3 检测方法
通过对区间结构调查，把握结构目前的状态，为处置方案的制定提供依据和建议。具体包括：
（1）资料调研，包括隧道所处地层信息、结构信息、周边环境信息；
（2）调查事件发生过程及相关外荷载作用时间等信息；
（3）通过病害调查，分析结构病害类型和分布情况；
（4）通过轮廓断面监测，掌握当前管片变形状态，并与病害调查结果进行综合、对比分析，判断管片变形、受力情况；
（5）采用回弹仪获取管片混凝土强度情况，通过强度检测结果并结合上部荷载历年变化情况判断管片产生病害的原因。
表1 隧道检测工作内容
隧道上、下行线裂缝、缺损、渗漏水、错台等进行调查检测，并形成展布图。结合工程周边土层地质条件和水文地质条件、管片结构材料及尺寸相关信息及周边环境情况对隧道病害问题进行整体分析，提出合理有效的修复方案，以保障隧道的健康安全运营。
4 隧道总体病害分析
通过对区间隧道81环管片进行全面病害调查，共获取如下文所述的病害信息。
4.1 裂缝分析
（1）总体分析
对隧道上行线的裂缝分布、裂缝长度、裂缝宽度进行了排查式记录，对裂缝深度选取了16条不同宽度等级的裂缝进行检测。
目前隧道裂缝主要分布于隧道拱顶左右30度的范围内，裂缝以拱顶的纵向裂缝为主，裂缝长度从0.16m~1.2m，宽度范围从0.02~2.89mm，深度范围从6~55mm。具体裂缝情况见下图。
图4 隧道裂缝宽度范围占比图
注：（1）采取每环管片选取最宽1条裂缝进行宽度统计的方式；
（2）该占比是指隧道裂缝各宽度区间所含裂缝数量与该线路裂缝统计数量的比值。
图5 隧道裂缝深度范围占比图
注：（1）对所选的16条裂缝的测量深度值进行统计；
（2）该占比是指隧道裂缝各深度区间所含裂缝数量与该线路裂缝统计数量的比值。
隧道上行线拱顶部位裂缝均发育强烈，主要分布于隧道拱顶左右30度的范围内，裂缝以纵向裂缝为主；裂缝长度从0.16m~1.2m，宽度范围从0.02~2.89mm；裂缝数量较多但深度较浅，大部分裂缝属于表观裂缝，不在有效探测区（深度小于5mm），仅有5条裂缝深度介于2~5.5cm。
4.2 渗漏水分析
隧道渗漏水点共发现26处，重点分布在1110~1140号管片范围内。19处渗漏点经过修复后未出现渗漏现象，剩余7处渗漏点处于浸润状态，待进行处理。
具体渗漏水情况详见下图。
图6 渗漏水部位比例分析图
注： 该占比是指隧道管片各方位区间所含渗漏点数量与该线路总渗漏点数量的比值。
隧道漏水点共有26处，重点分布在1110~1140号管片范围内，隧道管片渗漏点主要集中在9点钟至3点钟之间；检测时渗漏点均已完成了修复，修复后的渗漏点呈干燥状态，说明渗漏修复措施是有效的。
4.3 隧道错台分析
由检测结果一图7可知：
（1）隧道管片错台现象较为普遍，环与环中间都均有不同程度的错台发生；
（2）通过现场巡视发现，拱顶处错台与拱底处错台同步出现，且量值相近、正负相反，该现象说明隧道管片间发生了普遍的整体相对错动，但每环管片形态未出现明显变形。
由图7可知：隧道拱底处错台主要为正错台，错台量值均集中于1~2.5cm、最大值为4cm，局部错台相对较大。
图7 隧道错台量统计图
隧道隧道上线发生错台现象普遍，说明掘进过程中发生明显管片抬升现象；隧道拱底处错台主要为正错台，错台量值均集中于1~2.5cm、最大值超过4cm，局部错台相对较大；拱顶处错台与拱底处错台同步出现，且量值相近、正负相反，说明隧道管片间发生了普遍的整体相对错动，但每环管片形态未出现明显变形。
4.4 破损分析
通过巡查共计发现破损33处。由下图可知：
（1）破损位置主要集中于11点~1点钟范围内；
（2）隧道管片破损主要出现在纵向螺栓附近，说明部分管片环与环之间发生相对并行而造成混凝土拉裂掉块，而每环管片块与块之间未发生明显相对变形；
（3）各处破损的尺寸较小、深度较浅，并已得到有效治理，对管片结构安全不存在影响。
图8 隧道破损位置类型分析图
计发现破损33处，破损位置主要集中于11点~1点钟范围内；隧道管片破损主要出现在纵向螺栓附近，说明部分管片环与环之间发生相对并行而造成混凝土拉裂掉块，而每环管片块与块之间未发生明显相对变形。
4.5 管片变形检测
对隧道共计81环进行轮廓断面监测。通过对下图分析可知：
（1）隧道上行线共有81环水平最大宽度值超过5490mm；
（2）5490mm~5500mm共16环，5500mm~5510mm共38环，5510mm~5520mm共27环。
（3）管片收敛变形较小，最大变形量不足4‰D(管片直径)，处于允许变形范围（通常允许值为3‰~5‰D，依据《盾构法隧道结构服役性能鉴定规范》（DG/TJ08-2123- 2013）），对管片功能无影响。
图9 隧道管片水平最大宽度分布图
管片径向收敛变形较小，最大值不超过20mm（不足4‰D）。
4.6 管片强度检测
对隧道上行线以1120~1160每2环检测1环、1100~1120与1160~1180每4环检测1环的基本原则共计进行了31环管片的强度检测。检测结果汇总至表3.3.1中。
通过下表可看出：上线31环管片混凝土强度推定值均高于50MPa，强度值介于54.4~61.5MPa之间，检测强度均高于管片混凝土设计强度。
表2 隧道上下线管片强度统计表
管片强度：隧道管片混凝土设计为C50，各测试环管片实测强度推定值均高于50MPa，说明管片混凝土强度符合设计要求。
4.7 安全评估结论
参照《盾构法隧道结构服役性能鉴定规范》（DG/TJ08-2123- 2013）对结构构件及连接的服役状态等级进行评定。结合管片构件服役状态和管片结构连接服役状态等级评定评定结果，黄河路站~龙虎塘站区间上行线1100环~1180环管片服役状态综合评定为“b”级。[4]
判定结果认为：
（1）该区段部分管片存在性能退化现象，但不影响正常功能，当前病害情况未对管片结构安全性带来影响；
（2）施工单位尚须对存在微张开裂缝和处于浸润状态的渗漏点采取相应的防渗、局部加固措施；
（3）施工单位尚应对该区段管片渗漏与开裂情况再次进行详细排查，并进行及时处理。
5 管片修复情况
针对以上检测结果，给出相应的管片病害修复建议。在管片修复后进行检测、巡查，确定管片修复情况。
5.1修复材料
破损修复材料：微膨胀硫铝酸盐超早强水泥、普通硅酸盐水泥（P.O52.5），高渗透改性环氧化学灌浆料、界面处理剂、氯丁乳胶。
裂缝修复材料：环氧树脂浆液、快硬水泥。
渗漏水：快速堵漏灵、改性环氧树脂化学注浆液。[5]
5.2 修复实施
（1）破损处理措施
对1100环~1180环管片存在的破损病害，采用快速砂浆（快硬水泥亦可实现修复效果）进行了修补。
（2）隧道渗漏水处理措施
对1100环~1180环管片范围内存在的环缝渗水、纵缝渗水及螺栓孔渗漏采用注射环氧灌浆材料封缝处理。
（3）管片裂缝处理措施
a.对细微裂缝采取表面处理法，先清洗干净裂缝表面，然后涂刷高渗透环氧界面粘合剂进行处理。
b.对一般裂缝采取骑缝注浆法，浆液采用高渗透性环氧灌浆材料，最后采用快硬水泥抹平。[6]
5.3 现场巡查与强度检测结果
经巡查与检测，1100环~1180环管片既有病害修复效果详细记录如下：
（1）修复作业所用主要材料均已送检，材料送检结果合格；
（2）1100环~1180环裂缝均已进行环氧灌浆，巡视未发现裂缝存在发展现象，修复后的裂缝干燥，原开裂处强度测试结果满足设计要求，修复效果良好；
（3）破损病害处均已进行了修复，水泥砂浆与管片混凝土粘结良好，修复处边界未产生开裂和剥落，未发现破损存在发展的趋势，原开裂处强度测试结果满足设计要求，治理效果良好；
（4）渗漏点均已进行封堵，未发现新增渗漏痕迹，首次病害检测中呈现浸润状态的1105、1112、1124、1125、1126、1136、1137、1141、1158环管片渗漏点经修复后均已达到干燥状态，渗漏病害得到有效治理。
图10 修复后的破损病害
6 修复效果评价
经巡查与强度抽检，对常州地铁1号线黄河路站～龙虎塘站区间隧道上行线81环（1100环~1180环）盾构管片病害修复效果做出如下评价：
（1）施工单位根据我方给出的修复措施建议，对检测区域隧道管片开展了修复作业，修复措施与我方给出的建议基本相符，用于现场修复的快硬水泥可实现快速砂浆的修复效果；
（2）既有的开裂、破损、渗漏病害均已得到有效治理，巡视中未发现病害存在发展趋势；
（3）对既有开裂、破损集中区域开展了强度检测，检测结果显示管片混凝土强度推定值高于50MPa，管片混凝土强度达到设计要求。
总体来看，施工单位采取的修复措施是有效的，治理效果良好，管片性能得到了提高，管片结构安全性能满足地铁需要。
7 结论
本文主要针对黄河路站～龙虎塘站区间混凝土管片在运营过程中出现的病害进行调查检测，结果显示检测的黄河路站～龙虎塘站区间的81环中，主要病害表现为管片裂缝、管片错台、管片渗水和混凝土破损，该区段部分管片存在性能退化现象，但不影响正常功能，当前病害情况未对管片结构安全性带来影响。
提出合理的修复方案对管片裂缝、破损、渗漏点进行修复，修复后的检测结果表明所进行的修复方案是行之有效的，保证了隧道管片的健康状况，延长了隧道的使用寿命。
对黄河路站～龙虎塘站区间管片病害的分布情况分析发现，管片病害在盾构区间中是普遍存在的，在日常养护中需加强巡查及病害处治，保障隧道安全。
参考文献：
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[6]Assim Mohammed Lateef. 在役城市隧道常见病害及修复效果分析[D]. 重庆大学,2011.
[7]郭悦宝. 盾构管片碎裂成因及修补技术措施[J]. 铁路技术创新,2017(03):87-91.
论文作者:李夏南
论文发表刊物:《防护工程》2018年第9期
论文发表时间:2018/9/6
标签：管片论文; 隧道论文; 病害论文; 裂缝论文; 盾构论文; 混凝土论文; 强度论文; 《防护工程》2018年第9期论文;