地鐵運營礦山法隧道破損加固處理案例分析

黃燁

（廣東珠三角城際軌道交通有限公司，廣東廣州 510010）

1 概況

廣州地鐵某線YDK27+611.000～YDK28+273.100段區間為礦山法隧道，該區間已于2006年底開通運營。原設計此段隧道拱頂、洞身范圍基本位于微風化花崗巖<9H>地層，隧道埋深17～28m；初支采用Φ12砂漿錨桿L=3000mm，縱向間距1200mm，拱部設置7根；Φ8鋼筋網，間距200X200mm，單層布置；150mm厚C20噴射早強混凝土；二襯采用350mm厚鋼筋混凝土[1-2]。根據現場實際地質素描，拱頂置于強風化花崗巖<7H>地層，洞身基本置于中風化花崗巖<8H>、微風化花崗巖<9H>地層，與設計有一定差別。

2012年2月22日，在YDK27+753里程附近發現二襯結構邊墻3點鐘位置出現鼓出破壞現象。破壞處二襯內側保護層已損壞，鋼筋已完全外露，外露面積約1.5m2，見圖1。為保證地鐵隧道結構安全，同時不影響運營，對破損點進行了以下處理：

（1）對已外露的破損點進行及時搶險處理；

（2）對整個礦山法段隧道進行雷達掃描檢測，尋找未外露破損點；

圖1 二襯鼓出破壞現象

（3）根據檢測情況，按不同破損情況進行計算復核；

（4）對計算復核不滿足要求的破損點，進行分類加固處理。

2 搶險處理

考慮到已外露的破損點可能出現混凝土掉塊等現象，從而影響地鐵行車安全。對于外露破損點利用夜間維護時間按搶險方式及時處理，處理采用在隧道二襯結構內增設型鋼作為加強措施，詳見圖2。具體如下：

圖2 外露破損點增設型鋼加固方案示意圖

（1）鑿除破碎二襯混凝土，并在此范圍及周邊打泄水孔，分段施工長度2m；

（2）在二襯混凝土結構鑿除部位及周邊打錨桿[3]，架立型鋼，綁扎鋼筋，并將空洞部位錨桿與型鋼混凝土可靠焊接；型鋼端部采用螺栓與舊混凝土連接，縫隙采用環氧樹脂填充；

（3）新舊混凝土接縫處涂刷EAA環氧界面劑，壓入遇水膨脹止水橡膠條，澆筑混凝土和未破損二襯結構可靠連接。待混凝土強度達到設計強度后進行背后注漿填充密實。

經過上述方法處理后，雖然隧道二襯厚度比原設計有所減小，但型鋼混凝土提高了隧道結構承載力，增加隧道安全儲備。

3 檢測結果分析

為發現未外露破損點，并根據破損情況分類處理，采用雷達掃描對整個礦山法隧道段進行檢測[4]。沿隧道縱向布置4條測線，測線1和測線2位于隧道拱頂兩側約1m位置，測線3和測線4在隧道內疏散平臺上方1m高度，見圖3。

圖3 雷達掃描測線布置

經掃描檢測后發現，礦山法段隧道左右線共存在破損59處，其中二襯厚度不足200mm的7處，詳見表1。

表1 破損點雷達掃描檢測結果

4 隧道結構計算復核

針對雷達掃描檢測結果，對破損二襯按不同厚度進行計算復核。計算采用sap2000有限元軟件，荷載-結構模型。對于破損點處的局部單元，按雷達掃描檢測結果相應減少二襯厚度。計算按最大埋深和最小埋深分別計算，地下水位取至地面，土壓作用在初支上，水壓作用在二襯結構上，構件配筋按壓彎構件考慮。計算結果見表2。

為考慮一定的安全余量，復核計算采用最不利的地質描述，圍巖參數比原設計差。原設計二襯結構配筋為16@250，由表2可看出，二襯結構厚度小于350mm的，即出現破損的，均不能滿足受力要求。

表2 破損二襯計算復核結果

5 加固處理方案

基于以上檢測結果和計算復核分析，同時考慮處理時的快速便捷和經濟性。根據破損情況按不同二襯厚度分類處理。

（1）二襯厚度小于200mm的，包括Z-2、Z-3、Y-2、Y-3，共計4處。采用增設型鋼作為加強措施，加固方法同搶險處理，詳見第2節。

（2）對于拱腰二襯結構厚度大于200mm但小于350mm的其他破損點，共計52處。采用的措施為：在二襯結構上打設泄水孔進行泄水，然后打設錨桿，最后對二襯與初支間的空隙注漿填充密實[5]，詳見圖4。考慮到已經泄水減壓，且錨桿太密可能造成對二襯結構及防水層的二次破壞，錨桿間距根據破損情況設置：二襯厚度大于300mm小于350mm的位置，間距1.2m； 二襯厚度大于250mm小于300mm的位置，間距1.0m；二襯厚度大于200mm小于250mm的位置，間距0.75m。

泄水可使二襯結構承受的水壓減小，錨桿限制二襯結構變形，同時注水泥漿將二襯與初支間空隙填滿，減小二襯結構與地下水的接觸面。對采用錨桿處理的結構重新復核計算，通過將錨桿處的地層彈簧由受壓不受拉改為受壓又受拉來模擬錨桿的約束作用。計算結果見表3，經復核，原二襯結構配筋為16@250，面積804mm2，采用錨桿加固后滿足受力要求。

6 結語

（1）此加固處理方案對探索地鐵礦山法隧道運營時出現破損問題、修復增強二襯、積極保證行車安全和消除隱患起到了很好的作用。

圖4 未外露破損點錨桿加固方案示意圖

表3 錨桿加固后計算復核結果

（2）加固處理時需注意盡量減少對防水層的破壞。在后期使用時，應定期打開泄水孔開關及時泄水，減少二襯結構上的水壓力。

（3）破損加固處理方案實施后，需加強對二襯修復位置的監控觀測，觀測襯砌變形、開裂及滲水情況，及時發現問題，反饋觀測信息。

（4）通過本次加固處理，為今后類似礦山法隧道養護、加固處理提供相應的技術參考。

[1]王夢恕.淺埋暗挖技術通論[M].合肥：安徽教育出版社，2004.

[2]王夢恕.中國隧道及地下工程修建技術[M].北京：人民交通出版社，2010.

[3]郝才平，周立德，許鵬飛，等.滬蓉西扁擔埡隧道二襯補強加固處理方案的探討及實施[J].交通科技，2011（2）.

[4]白玉寧.G312線六盤山隧道二襯坍塌處治及加固方案[J].科技信息，2012（27）.

[5]鄭欣林，羅忠行.南風坳隧道特殊地質坍方的處理及預防措施 [J].湖南交通科技，2001（3）.