運營期地鐵結構的修復與加固

王海，李軍，唐玉平

（南寧軌道交通集團有限責任公司，南寧 530000）

1 引言

對既有地鐵結構的修復與加固是一項較為復雜的工作，必須充分掌握地鐵結構的設計、地質狀況和前期施工等情況，并對結構受損部位進行全面的調查和必要檢測，才能制訂出合理、經濟的修復加固方案。運營期間，受地鐵結構特定工作環境的影響，無論是作業空間還是作業時間都受到了較大的限制，從專業技術層面來說，無論是運營期地鐵結構的修復加固技術，還是現場施工組織，都比普通鋼筋混凝土結構修復加固技術的要求更高。

2 地鐵線路結構修復與加固流程

通常來說，既有地鐵線路結構鋼筋混凝土修復與加固工作流程一般分為以下幾個步驟：前期評估鑒定→修復加固技術方案確定→設計圖紙→修復加固施工→工程驗收及資料存檔。

前期評估鑒定的主要內容包括：建設期各類土建施工和水文地質資料收集整理，運營期結構監測數據成果匯總分析，有條件的開展實驗室建模分析試驗、核算地鐵結構設施抗力和應力情況。最后，將以上所有數據進行匯總整理和分析，通過行業內有資質的機構或技術專家進行專項檢測及評估，給出專業的病害整治處理意見，更好地指導后續工作開展。其中，收集資料和實測調查是修復與加固前期工作中最重要的一項工作，是科學、客觀地評價結構現狀的主要依據。

修復加固技術方案確定：修復與加固方案的確定應綜合考慮各方因素，因為其將對工程質量和工程費用產生直接影響。所以，在進行修復與加固方案的選擇時，要綜合考慮設計、施工、技術專家及地鐵公司內部各專業、各部門的專業指導意見，在前期已有評估鑒定結果的基礎上，采用施工方便，修復加固方案合理，經濟費用相對較少，對地鐵客運服務影響最低，滿足地鐵運營管理要求的方案[1]。

修復與加固的圖紙設計：圖紙設計是在修復加固方案確定下來后，通過專業設計院選擇擬用加固材料，按照原結構的設計要求進行建模驗算，重點處理好各結構節點等關鍵部位的構造設計，繪制出最終的結構修復與加固施工圖。圖紙設計是整個修復加固工作程序中的核心環節，設計要充分考慮地鐵運營期間各類不利影響因素，盡可能詳細地表達設計意圖，更準確地指導施工。

修復與加固施工：修復與加固施工與新建工程最大的區別在于施工空間和作業時間都受到了地鐵運營環境的限制，通常都是在地鐵運營結束后，只有短短3～4 h 的作業時間，而且不能連續施工作業。同時，無論是地鐵車站還是區間盾構隧道，各專業設備設施和管線眾多，對現場施工作業提出了許多要求，因此，修復加固施工是一項對專業技術條件要求很高的工作。

工程驗收及資料存檔：在修復加固工程竣工后，應組織相關單位和專業技術人員參與工程驗收，其目的是確保修復加固結果的有效性，同時，地鐵運營部門應將整個修復加固的所有技術資料進行存檔，為今后結構設施的養護提供技術依據。

3 地鐵線路結構設施修復方法

目前，國內地鐵運營單位對地鐵結構設施的各類破損修復通常采用以下5 種方式：

1）增大截面法。俗稱外包混凝土結構加固法，是采用同規格等級的鋼筋混凝土包裹原地鐵結構破損處鋼筋混凝土，從而增大原地鐵結構抗矩和抗彎剛度，起到對結構設施進行加固補強的作用，提高原地鐵結構的承載力、剛度和強度。該技術較多地應用于地鐵車站及出入場線的修復加固。

2）置換混凝土加固法。其主要用于加固處理各種結構的局部破損，具有不改變原來使用空間，且修復加固后能恢復原貌的優點，能夠最大限度地滿足地鐵運營限界要求。置換混凝土加固法最大的缺點是，如果遇到較大面積的局部破損，原結構舊混凝土鑿除工作量很大，而且會對原結構鋼筋造成損傷，整個作業周期較長，對地鐵運營影響較大。該技術主要應用于地鐵結構設施和房建設施的框架結構修復加固。

3）粘貼復合材料加固法。復合材料大多數指的是纖維復合材料，主要是由纖維等增強材料和環氧樹脂等材料組合而成。這種材料一般都是按照材料說明按需進行，其不僅能夠保持原結構設施材料的特點和性能，又能發揮材料組合后的特性，所以，修復和加固后的使用性能更為合理。該技術廣泛應用于地鐵盾構隧道的大面積裂紋病害治理。業界使用最多的是張貼芳綸布工藝。

4）鋼環加固法。鋼環加固法多應用于常規修復與加固技術已經無法處理，結構體本身變形無法有效控制，可能會直接影響行車安全。鋼環加固法是在原結構體加內襯鋼環，用高強無機黏結材料和膠栓進行可靠連接，從而起到整體受力的作用。該工藝在對原結構體達到約束作用的同時，能提高原結構的承載力。該技術通常應用于盾構隧道的加固處理，也是近幾年國內地鐵行業普遍認可和使用的加固技術。

5）隧道微擾動注漿加固與糾偏調整控制。微擾動注漿加固一般是在外部活動的擾動影響下，地鐵結構設施整體的變形和位移量達到一定的預警值后，綜合各方因素后通過專業評估，結構設施仍有進一步變形發展趨勢，為避免地鐵結構過大并且產生了不均勻沉降，對地鐵運營安全造成直接破壞影響，針對類似結構變形，應采取相應的提前干預措施，即用隧道內微擾動注漿加固和隧道外注漿糾偏調整控制的方法，對地鐵結構設施進行修復加固。

4 外部工程建設項目施工對地鐵結構設施的擾動、破壞及處理措施

近幾年，通過對國內各家地鐵運營單位的結構修復加固案例進行分析，發現外部各類工程建設項目施工對地鐵結構設施的擾動和破壞經常發生，主要表現為地鐵結構設施本身直接被擊穿破壞，以及地鐵車站或區間隧道受外部施工作業影響，引起地鐵結構周圍應力的變化，使結構設施產生變形或位移。

地鐵結構設施局部直接破損一般是地鐵結構在外部施工機械直接破壞下造成的設施破損，通常是由地鐵結構上方鉆孔施工作業引起的，例如，樁基施工鉆孔作業直接鉆穿地鐵結構設施，侵入地鐵安全運營限界，直接或間接地造成地鐵停運等重大影響，一般發生在地鐵區間隧道較多。類似的外部施工引起的地鐵結構破損，通常只是一定程度的、可控的、局部的直接破壞，未對整個車站或地鐵隧道造成功能性的影響和破壞，可按照置換混凝土加固法進行常規修復，主要是在同一部位進行同等強度置換或高一級補強修復即可。一般步驟是：切割侵入地鐵限界異物→安裝注漿管→隧道內注漿封堵→地面注漿加固→監測。

如某市地鐵隧道盾構管片被地面市政道路勘察鉆機鋼鉆頭鉆穿，侵入地鐵運營限界（見圖1），造成區間列車停運，帶來較大的社會影響。在確保搶險人員安全的情況下，按照先通后復、優先確保地鐵運營的處理原則，首先迅速切除侵限的勘探鉆頭，再利用木楔對隧道管片被擊穿的孔洞進行臨時封堵，確保孔洞不再滲漏水，保障停運區段盡快開通，將社會輿論風險降至最低，利用晚上停運間隙在隧道內對結構體進行注漿封堵，另從地面對隧道鉆穿周圍進行土體加固處理，通過結構監測數據顯示地鐵隧道狀態穩定。

圖1 隧道管片擊穿部位

地鐵結構設施大面積結構受損，通常是指在受到外部施工影響或外力直接作用下，對地鐵結構設施造成大面積功能性的破壞，后果通常有以下兩種表現形式：

1）地鐵結構表面產生大面積裂紋，如圖2 所示，通常沒有結構滲漏水和混凝土掉塊等病害現象，從結構設施現場的監測數據和外觀質量檢查，可以判斷結構設施處于安全可控狀態，并且沒有持續發展趨勢，可采用粘貼復合材料加固法，即張貼芳綸布進行修復，后期需做好該修復部位的專項監測和定期檢查工作。

圖2 地鐵結構表面大面積裂紋

2）直接造成地鐵結構設施功能缺失而無法正常使用，整個結構層都已無法通過常規修補來達到原設計使用要求，需要對受損部位進行重新修復加固處理，這種情況下一般采用增大截面法和置換混凝土加固法，如果現場作業條件允許，應盡可能地使用增大截面法進行修復加固。常規步驟是：檢測結構受損范圍→破除原混凝土結構→結構鋼筋補強→防水細部構造施工→混凝土澆筑→二次注漿→二次防水保護層施工→回填→監測。

除了以上一些常規外力作用直接破壞地鐵結構的現象外，運營期地鐵結構受損的因素還有相鄰工程施工對既有地鐵結構的擾動影響，如常見相鄰深大基坑開挖卸荷、抽降地下水、地鐵設施上方卸載或壓載，以及地鐵新線建設下穿既有線施工和新建市政基礎設施工程上跨等。這種擾動通常使地鐵結構產生一定范圍內的變形，如結構整體上浮、下沉或位移等，如果隧道結構變形量累計達到一定報警值，結構設施表面會伴有規則的貫穿式裂紋、滲漏水、混凝土掉塊等現象，嚴重時還會引起道床翻漿冒泥等病害，通常采用微擾動雙液注漿進行結構修復加固。

隧道內微擾動雙液注漿加固治理主要以托底和控差為思路，以調整隧道縱向線型為主，通過對隧道底部注漿形成強度和剛度大于原狀土的加固體。但是，由于隧道縱向是環環相接的柔性結構，要謹慎選擇注漿孔的位置，充分考慮環內注漿引起的附加應力和變形低于隧道管片結構的承載能力問題。注漿過程中，嚴格按照隧道沉降監測曲線進行分區、分階段注漿治理，實施均勻、多點、少量、多次的注漿原則，隧道在注漿抬升和注漿間隔時間內固結沉降的交替作用下漸趨穩定，最終達到預期調整線型和穩定沉降的目的。

上部卸載、壓載和注漿是遏制隧道進一步變形的兩種常用手段，在具體實施過程中要綜合考慮引起隧道變形的成因，選擇有針對性的措施才能保證結構加固效果。諸如注漿位置的選擇、高度的確定、施工順序、注漿時機的把握、施工參數與工藝要求和信息化施工等都是保證注漿效果的重要組成部分，在糾偏過程中需要精細化施工作業，要運用有針對性的監測手段進行監測，通過對隧道進行全斷面收斂和位移測量，有針對性地指導現場施工作業，在嚴密監控條件下對受損結構進行加固和糾偏應慎之又慎，如有不慎可能造成嚴重后果。通過在隧道外側進行科學合理的注漿加固，可以提高地鐵隧道的側向抗力，對控制隧道結構變形及有效遏制隧道發生惡性事件有明顯效果。

5 結語

地鐵結構設施一般深埋地下，其結構的安全性能具有很大隱蔽性，要完全了解地鐵結構的安全狀態受到許多因素的影響和制約。針對運營期地鐵結構病害的修復與加固處理，通過借鑒其他城市地鐵的治理經驗，并結合自身現場治理效果來看，本文所述技術方案能及時、有效地對病害進行根治處理，確保了地鐵結構設施的安全狀態，為地鐵的安全運營提供保障。