地鐵盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)變形及破壞探討

王寒冰

摘要：在當(dāng)前時(shí)代背景下，地鐵隧道建設(shè)工程數(shù)量及規(guī)模呈現(xiàn)出較為明顯的提升態(tài)勢，為民眾出現(xiàn)提供便利條件的同時(shí)，地鐵隧道襯砌變形破壞問題也逐漸顯現(xiàn)，使得地鐵運(yùn)營安全性受到嚴(yán)重影響?；诖?，本文將結(jié)合工程實(shí)例，針對地鐵盾構(gòu)隧道襯砌變形破壞機(jī)理進(jìn)行研究，并對安全性評價(jià)相關(guān)問題做出論述，希望對相關(guān)工作人員提供參考意見。

關(guān)鍵詞：地鐵隧道;盾構(gòu)結(jié)構(gòu);破壞機(jī)理

引言

隨著我國城市化建設(shè)進(jìn)程不斷深化，城市規(guī)模以及城市人口密度呈現(xiàn)出大幅提升態(tài)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(fā)展速度大幅提升并且已經(jīng)取得較大成就。然而需要認(rèn)識到的一點(diǎn)是，地鐵結(jié)構(gòu)病害問題也逐漸顯現(xiàn)，并直接對地鐵運(yùn)行安全性造成威脅。因此，加強(qiáng)對地鐵盾構(gòu)結(jié)構(gòu)襯砌破壞機(jī)理以及安全評價(jià)體系進(jìn)行研究已經(jīng)成為當(dāng)前行業(yè)內(nèi)面臨的主要問題。

一、工程案例概述

某地區(qū)在實(shí)際發(fā)展過程中規(guī)劃一條地鐵線路，在實(shí)際施工設(shè)計(jì)過程中，工程單位以及設(shè)計(jì)單位經(jīng)過實(shí)際研究后決定采用盾構(gòu)法施工，在隧道襯砌結(jié)構(gòu)中，施工單位采用現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)。地鐵隧道在完工投入運(yùn)營后極大地提升了該地區(qū)居民出現(xiàn)便利性，然而隨著使用時(shí)間逐漸提升，盾構(gòu)隧道襯砌部分開始出現(xiàn)裂縫等病害，具體情況如圖1所示。

二、地鐵盾構(gòu)隧道襯砌破壞機(jī)理

（一）地鐵隧道結(jié)構(gòu)自身因素

技術(shù)人員在對案例工程襯砌破壞機(jī)理進(jìn)行研究過程中，首先從結(jié)構(gòu)內(nèi)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(jié)果可知，地鐵盾構(gòu)隧道跨度呈現(xiàn)出較為明顯的逐步減少態(tài)勢，研究所得具體參數(shù)如表1所示。圍巖條件主要參照施工過程中粗細(xì)砂、粉土等標(biāo)準(zhǔn)。

（二）隧道結(jié)構(gòu)破壞時(shí)相對收斂分析

根據(jù)實(shí)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(jìn)一步推算過程中得出結(jié)論，隧道結(jié)構(gòu)在遭受破壞情況下，其對于相對收斂主要表現(xiàn)為影響因素以及負(fù)面影響因素組合。具體流程可細(xì)分為兩個(gè)步驟：第一，針對隧道破壞時(shí)所受不同影響因素所對應(yīng)的相對收斂以及實(shí)際裂縫狀態(tài)進(jìn)行取值以及計(jì)算處理，并依據(jù)計(jì)算結(jié)果對綜合平均值進(jìn)行計(jì)算。隨后對特定因素對n處的綜合平均值進(jìn)行取值后，對隧道襯砌結(jié)構(gòu)破壞過程中不同因素綜合值最大值進(jìn)行取值，該值既是影響隧道襯砌結(jié)構(gòu)安全性的最不利因素。在完成上述操作后，對隧道結(jié)構(gòu)破壞時(shí)的相對收斂進(jìn)行分析并利用組合方式對最不利因素進(jìn)行排列即可明確最不利條件;第二，依據(jù)不用影響因素的綜合平均值計(jì)算結(jié)果，取其極差進(jìn)行計(jì)算，隨后利用排序法對計(jì)算所得極差進(jìn)行排序，最終多的結(jié)構(gòu)即為影響隧道結(jié)構(gòu)破壞的最主要因素。

通過對隧道破壞內(nèi)外因素進(jìn)行研究可得出以下結(jié)論：通過對不同影響因素條件下的地鐵隧道結(jié)構(gòu)綜合平均值極差及其最大相對收斂值進(jìn)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(jié)構(gòu)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(cè)壓力，而初支及二襯之間的摩擦系數(shù)影響最小。

三、地鐵隧道襯砌結(jié)構(gòu)安全性評價(jià)

從本質(zhì)層面分析，地鐵盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)即為隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中承受圍巖荷載使其形成穩(wěn)定空間的結(jié)構(gòu)[2]。結(jié)構(gòu)襯砌在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中需要確保地鐵運(yùn)營過程中滿足必要的車輛限界，然而在長期運(yùn)營情況下，在圍巖壓力以及材料老化等因素影響下，襯砌結(jié)構(gòu)不可避免地會產(chǎn)生的裂縫等病害。如果不做出相應(yīng)處理，裂縫會逐漸擴(kuò)大并導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)開始變形，最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)襯砌失穩(wěn)。由此，需要對隧道襯砌結(jié)構(gòu)安全性評價(jià)體系進(jìn)行構(gòu)建。

（一）安全性指標(biāo)

從地鐵運(yùn)營環(huán)境特點(diǎn)層面分析，在實(shí)際對地鐵襯砌結(jié)構(gòu)安全性進(jìn)行評價(jià)過程中，可以從隧道襯砌結(jié)構(gòu)破壞時(shí)收斂變形以及而二襯裂縫狀態(tài)方面入手[3]。具體指標(biāo)如下所示：

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

在經(jīng)過深入研究后可知，地鐵隧道襯砌結(jié)構(gòu)遭受破壞時(shí)，其裂縫也會呈現(xiàn)出兩種不同的狀態(tài)，因此，在針對襯砌裂縫狀態(tài)評價(jià)指標(biāo)設(shè)定如下：隧道裂縫深度、寬度分別為c與w，數(shù)量以及位置為n與p，具體如圖2所示。

綜上分析，可設(shè)定隧道安全性指標(biāo)共六項(xiàng)。同時(shí)可將其整合為目標(biāo)層、類指標(biāo)層以及基礎(chǔ)指標(biāo)層三個(gè)層次，其中層次分析最終目的為目標(biāo)層，且對該層的分析可直接得出結(jié)構(gòu)安全性。

（二）指標(biāo)權(quán)重設(shè)計(jì)

通過對不同影響因素做出權(quán)數(shù)分析可對不同因素重要程度進(jìn)行深入分析。在實(shí)際進(jìn)行隧道安全性評價(jià)指標(biāo)權(quán)重設(shè)計(jì)過程中可采用標(biāo)度法，具體權(quán)重體系如表2所示。

總結(jié)

綜上所屬，在當(dāng)前時(shí)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(dāng)前社會各界關(guān)注的重點(diǎn)問題。由此，本文對地鐵盾構(gòu)隧道襯砌變形破壞機(jī)理進(jìn)行研究，并做出安全性評價(jià)體系，希望對工作人員提供參考意見。

參考文獻(xiàn)

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