地鐵盾構隧道襯砌結構變形及破壞探討

王寒冰

摘要：在當前時代背景下，地鐵隧道建設工程數量及規模呈現出較為明顯的提升態勢，為民眾出現提供便利條件的同時，地鐵隧道襯砌變形破壞問題也逐漸顯現，使得地鐵運營安全性受到嚴重影響。基于此，本文將結合工程實例，針對地鐵盾構隧道襯砌變形破壞機理進行研究，并對安全性評價相關問題做出論述，希望對相關工作人員提供參考意見。

關鍵詞：地鐵隧道;盾構結構;破壞機理

引言

隨著我國城市化建設進程不斷深化，城市規模以及城市人口密度呈現出大幅提升態勢，這就是出行問題成為城市居民生活中面臨的主要問題之一。由此我國城市軌道交通發展速度大幅提升并且已經取得較大成就。然而需要認識到的一點是，地鐵結構病害問題也逐漸顯現，并直接對地鐵運行安全性造成威脅。因此，加強對地鐵盾構結構襯砌破壞機理以及安全評價體系進行研究已經成為當前行業內面臨的主要問題。

一、工程案例概述

某地區在實際發展過程中規劃一條地鐵線路，在實際施工設計過程中，工程單位以及設計單位經過實際研究后決定采用盾構法施工，在隧道襯砌結構中，施工單位采用現澆混凝土結構。地鐵隧道在完工投入運營后極大地提升了該地區居民出現便利性，然而隨著使用時間逐漸提升，盾構隧道襯砌部分開始出現裂縫等病害，具體情況如圖1所示。

二、地鐵盾構隧道襯砌破壞機理

（一）地鐵隧道結構自身因素

技術人員在對案例工程襯砌破壞機理進行研究過程中，首先從結構內部因素入手，以隧道斷面形式作為研究對象，并開展了較為深入的研究。從最終結果可知，地鐵盾構隧道跨度呈現出較為明顯的逐步減少態勢，研究所得具體參數如表1所示。圍巖條件主要參照施工過程中粗細砂、粉土等標準。

（二）隧道結構破壞時相對收斂分析

根據實際研究成果可知，針對隧道相對收斂情況，其在遭受破壞過程中主要受到來自于水平方向以及垂直方向兩方面的力[1]。研究者在利用直觀分析法做出進一步推算過程中得出結論，隧道結構在遭受破壞情況下，其對于相對收斂主要表現為影響因素以及負面影響因素組合。具體流程可細分為兩個步驟：第一，針對隧道破壞時所受不同影響因素所對應的相對收斂以及實際裂縫狀態進行取值以及計算處理，并依據計算結果對綜合平均值進行計算。隨后對特定因素對n處的綜合平均值進行取值后，對隧道襯砌結構破壞過程中不同因素綜合值最大值進行取值，該值既是影響隧道襯砌結構安全性的最不利因素。在完成上述操作后，對隧道結構破壞時的相對收斂進行分析并利用組合方式對最不利因素進行排列即可明確最不利條件;第二，依據不用影響因素的綜合平均值計算結果，取其極差進行計算，隨后利用排序法對計算所得極差進行排序，最終多的結構即為影響隧道結構破壞的最主要因素。

通過對隧道破壞內外因素進行研究可得出以下結論：通過對不同影響因素條件下的地鐵隧道結構綜合平均值極差及其最大相對收斂值進行深入分析可知，從垂直方向收斂分析，其主要影響因素為隧道結構斷面形式，而鋼筋直徑尺寸對其影響效果最小;從隧道水平方向相對收斂層面分析，其主要影響因素為圍巖側壓力，而初支及二襯之間的摩擦系數影響最小。

三、地鐵隧道襯砌結構安全性評價

從本質層面分析，地鐵盾構隧道襯砌結構即為隧道結構設計中承受圍巖荷載使其形成穩定空間的結構[2]。結構襯砌在實際設計過程中需要確保地鐵運營過程中滿足必要的車輛限界，然而在長期運營情況下，在圍巖壓力以及材料老化等因素影響下，襯砌結構不可避免地會產生的裂縫等病害。如果不做出相應處理，裂縫會逐漸擴大并導致整體結構開始變形，最終導致結構襯砌失穩。由此，需要對隧道襯砌結構安全性評價體系進行構建。

（一）安全性指標

從地鐵運營環境特點層面分析，在實際對地鐵襯砌結構安全性進行評價過程中，可以從隧道襯砌結構破壞時收斂變形以及而二襯裂縫狀態方面入手[3]。具體指標如下所示：

在地鐵隧道結構中，其垂直方向以及水平方向收斂δV、δh是地鐵隧道襯砌結構收斂變形的主要表征，具體如圖1所示。

在經過深入研究后可知，地鐵隧道襯砌結構遭受破壞時，其裂縫也會呈現出兩種不同的狀態，因此，在針對襯砌裂縫狀態評價指標設定如下：隧道裂縫深度、寬度分別為c與w，數量以及位置為n與p，具體如圖2所示。

綜上分析，可設定隧道安全性指標共六項。同時可將其整合為目標層、類指標層以及基礎指標層三個層次，其中層次分析最終目的為目標層，且對該層的分析可直接得出結構安全性。

（二）指標權重設計

通過對不同影響因素做出權數分析可對不同因素重要程度進行深入分析。在實際進行隧道安全性評價指標權重設計過程中可采用標度法，具體權重體系如表2所示。

總結

綜上所屬，在當前時代背景下地鐵交通方式的重要意義不斷提升，其安全性也成為當前社會各界關注的重點問題。由此，本文對地鐵盾構隧道襯砌變形破壞機理進行研究，并做出安全性評價體系，希望對工作人員提供參考意見。

參考文獻

[1]茍玉軒，黃強兵，王立新，等.地裂縫環境下盾構隧道結構性狀及適應性研究[J].鐵道標準設計，2020，702（06）：121-129.

[2]白洋，楊樂，崔蓬勃，等.軟土地層地鐵盾構隧道施工引起襯砌結構變形規律研究[J].建筑技術，2019，050（005）：530-533.

[3]李長安.基坑開挖對鄰近地鐵盾構隧道變形以及內力的影響研究[J].粉煤灰綜合利用，2020，182（04）：36-40.