地鐵盾構隧道整體道床離縫病害治理工藝探討

【摘 要】通過對某地鐵盾構隧道整體道床離縫病害現場踏勘，得出了道床離縫病害主要由盾構隧道不均勻沉降、施工質量不良、列車荷載等因素導致。基于地鐵運營線“天窗”施工等限制條件，進行了低壓灌注高性能環氧樹脂的道床離縫病害治理，持續跟蹤未見道床離縫反復出現，取得了良好的治理效果。

【關鍵詞】地鐵； 盾構隧道； 道床離縫； 病害治理

【中圖分類號】U457+.2【文獻標志碼】A

0 "引言

隨著我國城市化進程的快速發展，軌道交通成為了解決城市人群通勤出行和人員流動的重要交通工具［1-2］。由于地面建筑帶來的空間限制等諸多不利條件，利用城市地下空間修建四通八達的地鐵軌道交通便成為了現實需求。為了減少地鐵建設中對地面建筑和周圍土體的擾動，盾構掘進方式是隧道施工方式中的最佳選擇［3-5］。由于地鐵盾構隧道的縱向柔性設計理念［6-8］，及整體道床施工過程存在的缺陷，在地鐵盾構隧道開通運營初期便出現了道床離縫病害［9-11］。

1 道床離縫病害主要特征

某地鐵線路沿東北向西南走向敷設，以全程地下線方式貫穿城市核心區域，該線路全長20余km。在線路開通試運營階段，地鐵運營公司軌道專業巡檢人員發現盾構隧道區間存在多處整體道床與盾構管片剝離現象，于是便組織該線路的設計、施工、監理等單位專業技術人員進入發現道床離縫病害區間開展現場踏勘。通過對多個典型病害區間的排查發現，整體道床在伸縮縫兩側沿線路縱向1～2 m范圍內與盾構管片發生剝離，形成道床離縫病害，道床離縫的寬度從伸縮縫位置即道床端部往道床中部逐漸變窄直至消失。在滲漏水地段還出現了翻漿冒泥現象，個別嚴重地段甚至存在道床橫向開裂以及排水溝破損情況，現場道床離縫病害如圖1所示。大部分道床離縫病害位置，長度1 m的鋼板尺能夠輕松塞入且部分位置能帶出離縫內部的泥水等雜物，利用數顯道尺等軌道專業測量工具對道床離縫病害較嚴重位置進行測量，暫未發現軌道幾何形位出現偏差，同時試運營列車未發現有晃車等顛簸現象。

2 道床離縫病害成因及影響分析

2.1 病害成因總結

盾構隧道整體道床離縫病害成因復雜多樣，主要從結構設計和施工控制兩個方面進行論述。盾構隧道由預制管片錯縫拼接而成，為確保生產制作的脫模方便，盾構管片內表面光滑致密，澆筑在管片上的整體道床底面與盾構管片便存在新舊混凝土粘結的薄弱界面［12-13］，在外界環境擾動下容易產生界面分離從而形成道床離縫病害。道床混凝土的固化就是水泥水化的過程，在這個過程中，隨著水化產物的不斷產生其內部也會形成大量細小氣孔，導致混凝土在固化過程中發生一定程度的體積收縮［14-15］，從而在界面處產生局部應力，使道床混凝土與盾構管片的粘結界面產生損傷累積甚至形成離縫。沿線路縱向具有一定柔性是盾構隧道的一大特點，在盾構隧道掘進過程中遇到軟弱地層等穩定性較差圍巖環境時，為確保盾構機快速通過以免出現停機等安全生產事故，隧道外部圍巖注漿可能存在不密實的缺陷。在外部圍巖逐漸固結沉降的過程中，將導致盾構隧道發生不均勻沉降，進而引起道床與管片交界面出現離縫病害。整體道床施工過程中，在澆筑道床混凝土之前需要將道床覆蓋范圍內的盾構管片清理干凈，同時對滲漏水病害進行治理，在盾構管片干燥清潔的條件下方可進行道床混凝土澆筑，然而由于現場施工質量控制不良，導致道床混凝土與盾構管片界面的粘接效果大大降低。地鐵線路進入試運營階段后，頻繁的列車動荷載作用使道床端部原本薄弱的粘結界面逐漸發展成道床離縫病害，同時使已存在道床離縫處的軌道結構與盾構管片發生拍打作用和界面磨蝕，加速道床離縫向道床中部發展和離縫變寬變深，當離縫內部存在積水時還會引發翻漿冒泥現象，進一步劣化軌道結構服役性能［16］。

2.2 病害影響分析

道床離縫病害雖然暫時未對列車運營安全產生影響，但是該病害的發展會帶來嚴重后果。由于道床離縫病害使盾構隧道與整體道床這一整體結構逐漸喪失整體性，在列車荷載作用下，兩者在界面處不斷拍打發生磨蝕，使軌道結構的耐久性大大降低，同時滲漏水的進入會導致混凝土內部鋼筋發生銹蝕，離縫處的翻漿冒泥會對線路上的電氣設備帶來安全隱患，道床離縫發展導致的道床橫向裂紋也可能會逐漸形成道床斷裂進而危及行車安全。列車荷載引起的軌道結構動態響應加劇使得列車運營平順性降低，影響乘客的乘車舒適性。因此，需要制定高效可行的盾構隧道道床離縫病害專項治理工藝，確保道床離縫病害得到有效遏制和徹底治理。

3 治理工藝

3.1 治理重難點分析

基于盾構隧道道床離縫病害的特征和成因，在制定該病害專項治理工藝時存在以下重難點：

（1）道床離縫縫深且細，離縫修補材料的可灌注性應較好，以確保填充飽滿度。

（2）道床離縫修補材料需粘接性好和強度高，強度能快速提升，列車疲勞荷載下的尺寸穩定性和耐久性要求高，能抵御各種酸堿物質的侵蝕等。

（3）離縫修補材料灌注方式應選擇低壓灌注，不能抬升軌道結構設計標高。

（4）道床離縫內部有積水，選擇的修補材料遇水后性能需保持穩定而不會發生水解等降低自身性能的化學反應。

（5）由于運營線路維修作業均是“天窗作業”，施工整治時間較短，施工期間天窗最多240 min（00：00-04：00），因此需制定合理的施工組織，確保所有工作均在天窗點內進行，道床離縫病害治理施工不影響列車正常運行。

3.2 治理工藝及效果

通過前期仔細的全線范圍內道床離縫病害排查和病害匯總，依據該線路道床離縫病害分布特征等實際情況制定了詳細的道床離縫病害低壓注漿治理工藝：標記離縫縱向分布區域—道床側面斜向鉆孔—清孔及埋設注漿管—配置注漿材料—持續低壓注漿—離縫注漿區域清理—封堵注漿孔。

對道床離縫的縱向分布范圍進行核查和標記，以確定道床側面鉆孔位置；然后沿道床側面的水溝內進行鉆孔，鉆孔角度約70°，控制鉆孔深度以防止打傷盾構管片（圖2）；使用空壓機產生的持續高壓氣體對注漿孔內的灰塵進行清理，以免灰塵堵塞注漿孔，然后在注漿孔內安裝自膨脹固定式注漿管，防止注漿過程中從注漿孔處泄露；配置注漿材料，每批次的注漿材料應留樣觀察，確保注漿效果；對道床水溝兩側邊沿斜向注漿孔進行注漿，壓力控制在0.5 MPa以內，直至漿液從水溝邊沿與盾構管壁離縫出漿時停止注漿；待注漿材料凝固后，使用灰刀等工具將排水溝內的注漿材料清理干凈并裝袋，同時清理道床表面的灰塵和垃圾，待作業完成后帶出軌行區；作業完成后及時將外露的注漿管取出，然后使用快速固化封堵對注漿孔進行封堵，防止形成局部積水。

通過對該線路道床離縫病害的持續跟蹤觀察以及取芯驗證情況，治理過的道床離縫位置，翻漿冒泥現象已消失，道床與管片粘接良好，未出現離縫反復現象，盾構隧道整體道床離縫病害取得了良好的治理效果。

4 結束語

通過對盾構隧道內整體道床離縫病害的現場勘查，道床離縫病害主要由混凝土自身性能、設計施工缺陷所致，在今后的盾構隧道整體道床設計施工環節中應吸取教訓，在前端對該病害進行有效規避。通過現場實際檢驗，目前采取的低壓注漿治理工藝取得了良好的治理效果，遏制了道床離縫病害的發展趨勢。

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［作者簡介］馬永浪（1985—），男，本科，工程師，從事土建施工、材料檢測、材料研發、軌道交通病害整治工作。