地鐵盾構(gòu)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(gòu)隧道整體道床離縫病害現(xiàn)場踏勘，得出了道床離縫病害主要由盾構(gòu)隧道不均勻沉降、施工質(zhì)量不良、列車荷載等因素導(dǎo)致?；诘罔F運(yùn)營線“天窗”施工等限制條件，進(jìn)行了低壓灌注高性能環(huán)氧樹脂的道床離縫病害治理，持續(xù)跟蹤未見道床離縫反復(fù)出現(xiàn)，取得了良好的治理效果。

【關(guān)鍵詞】地鐵； 盾構(gòu)隧道； 道床離縫； 病害治理

【中圖分類號】U457+.2【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

0 "引言

隨著我國城市化進(jìn)程的快速發(fā)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(dá)的地鐵軌道交通便成為了現(xiàn)實(shí)需求。為了減少地鐵建設(shè)中對地面建筑和周圍土體的擾動，盾構(gòu)掘進(jìn)方式是隧道施工方式中的最佳選擇［3-5］。由于地鐵盾構(gòu)隧道的縱向柔性設(shè)計理念［6-8］，及整體道床施工過程存在的缺陷，在地鐵盾構(gòu)隧道開通運(yùn)營初期便出現(xiàn)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(shè)，以全程地下線方式貫穿城市核心區(qū)域，該線路全長20余km。在線路開通試運(yùn)營階段，地鐵運(yùn)營公司軌道專業(yè)巡檢人員發(fā)現(xiàn)盾構(gòu)隧道區(qū)間存在多處整體道床與盾構(gòu)管片剝離現(xiàn)象，于是便組織該線路的設(shè)計、施工、監(jiān)理等單位專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)入發(fā)現(xiàn)道床離縫病害區(qū)間開展現(xiàn)場踏勘。通過對多個典型病害區(qū)間的排查發(fā)現(xiàn)，整體道床在伸縮縫兩側(cè)沿線路縱向1～2 m范圍內(nèi)與盾構(gòu)管片發(fā)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(xiàn)了翻漿冒泥現(xiàn)象，個別嚴(yán)重地段甚至存在道床橫向開裂以及排水溝破損情況，現(xiàn)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(nèi)部的泥水等雜物，利用數(shù)顯道尺等軌道專業(yè)測量工具對道床離縫病害較嚴(yán)重位置進(jìn)行測量，暫未發(fā)現(xiàn)軌道幾何形位出現(xiàn)偏差，同時試運(yùn)營列車未發(fā)現(xiàn)有晃車等顛簸現(xiàn)象。

2 道床離縫病害成因及影響分析

2.1 病害成因總結(jié)

盾構(gòu)隧道整體道床離縫病害成因復(fù)雜多樣，主要從結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工控制兩個方面進(jìn)行論述。盾構(gòu)隧道由預(yù)制管片錯縫拼接而成，為確保生產(chǎn)制作的脫模方便，盾構(gòu)管片內(nèi)表面光滑致密，澆筑在管片上的整體道床底面與盾構(gòu)管片便存在新舊混凝土粘結(jié)的薄弱界面［12-13］，在外界環(huán)境擾動下容易產(chǎn)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(chǎn)物的不斷產(chǎn)生其內(nèi)部也會形成大量細(xì)小氣孔，導(dǎo)致混凝土在固化過程中發(fā)生一定程度的體積收縮［14-15］，從而在界面處產(chǎn)生局部應(yīng)力，使道床混凝土與盾構(gòu)管片的粘結(jié)界面產(chǎn)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(gòu)隧道的一大特點(diǎn)，在盾構(gòu)隧道掘進(jìn)過程中遇到軟弱地層等穩(wěn)定性較差圍巖環(huán)境時，為確保盾構(gòu)機(jī)快速通過以免出現(xiàn)停機(jī)等安全生產(chǎn)事故，隧道外部圍巖注漿可能存在不密實(shí)的缺陷。在外部圍巖逐漸固結(jié)沉降的過程中，將導(dǎo)致盾構(gòu)隧道發(fā)生不均勻沉降，進(jìn)而引起道床與管片交界面出現(xiàn)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(nèi)的盾構(gòu)管片清理干凈，同時對滲漏水病害進(jìn)行治理，在盾構(gòu)管片干燥清潔的條件下方可進(jìn)行道床混凝土澆筑，然而由于現(xiàn)場施工質(zhì)量控制不良，導(dǎo)致道床混凝土與盾構(gòu)管片界面的粘接效果大大降低。地鐵線路進(jìn)入試運(yùn)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(jié)界面逐漸發(fā)展成道床離縫病害，同時使已存在道床離縫處的軌道結(jié)構(gòu)與盾構(gòu)管片發(fā)生拍打作用和界面磨蝕，加速道床離縫向道床中部發(fā)展和離縫變寬變深，當(dāng)離縫內(nèi)部存在積水時還會引發(fā)翻漿冒泥現(xiàn)象，進(jìn)一步劣化軌道結(jié)構(gòu)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(yùn)營安全產(chǎn)生影響，但是該病害的發(fā)展會帶來嚴(yán)重后果。由于道床離縫病害使盾構(gòu)隧道與整體道床這一整體結(jié)構(gòu)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(fā)生磨蝕，使軌道結(jié)構(gòu)的耐久性大大降低，同時滲漏水的進(jìn)入會導(dǎo)致混凝土內(nèi)部鋼筋發(fā)生銹蝕，離縫處的翻漿冒泥會對線路上的電氣設(shè)備帶來安全隱患，道床離縫發(fā)展導(dǎo)致的道床橫向裂紋也可能會逐漸形成道床斷裂進(jìn)而危及行車安全。列車荷載引起的軌道結(jié)構(gòu)動態(tài)響應(yīng)加劇使得列車運(yùn)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(gòu)隧道道床離縫病害專項(xiàng)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(diǎn)分析

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

（1）道床離縫縫深且細(xì)，離縫修補(bǔ)材料的可灌注性應(yīng)較好，以確保填充飽滿度。

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

（3）離縫修補(bǔ)材料灌注方式應(yīng)選擇低壓灌注，不能抬升軌道結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)高。

（4）道床離縫內(nèi)部有積水，選擇的修補(bǔ)材料遇水后性能需保持穩(wěn)定而不會發(fā)生水解等降低自身性能的化學(xué)反應(yīng)。

（5）由于運(yùn)營線路維修作業(yè)均是“天窗作業(yè)”，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(diǎn)內(nèi)進(jìn)行，道床離縫病害治理施工不影響列車正常運(yùn)行。

3.2 治理工藝及效果

通過前期仔細(xì)的全線范圍內(nèi)道床離縫病害排查和病害匯總，依據(jù)該線路道床離縫病害分布特征等實(shí)際情況制定了詳細(xì)的道床離縫病害低壓注漿治理工藝：標(biāo)記離縫縱向分布區(qū)域—道床側(cè)面斜向鉆孔—清孔及埋設(shè)注漿管—配置注漿材料—持續(xù)低壓注漿—離縫注漿區(qū)域清理—封堵注漿孔。

對道床離縫的縱向分布范圍進(jìn)行核查和標(biāo)記，以確定道床側(cè)面鉆孔位置；然后沿道床側(cè)面的水溝內(nèi)進(jìn)行鉆孔，鉆孔角度約70°，控制鉆孔深度以防止打傷盾構(gòu)管片（圖2）；使用空壓機(jī)產(chǎn)生的持續(xù)高壓氣體對注漿孔內(nèi)的灰塵進(jìn)行清理，以免灰塵堵塞注漿孔，然后在注漿孔內(nèi)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(yīng)留樣觀察，確保注漿效果；對道床水溝兩側(cè)邊沿斜向注漿孔進(jìn)行注漿，壓力控制在0.5 MPa以內(nèi)，直至漿液從水溝邊沿與盾構(gòu)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(nèi)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(yè)完成后帶出軌行區(qū)；作業(yè)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(jìn)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(xù)跟蹤觀察以及取芯驗(yàn)證情況，治理過的道床離縫位置，翻漿冒泥現(xiàn)象已消失，道床與管片粘接良好，未出現(xiàn)離縫反復(fù)現(xiàn)象，盾構(gòu)隧道整體道床離縫病害取得了良好的治理效果。

4 結(jié)束語

通過對盾構(gòu)隧道內(nèi)整體道床離縫病害的現(xiàn)場勘查，道床離縫病害主要由混凝土自身性能、設(shè)計施工缺陷所致，在今后的盾構(gòu)隧道整體道床設(shè)計施工環(huán)節(jié)中應(yīng)吸取教訓(xùn)，在前端對該病害進(jìn)行有效規(guī)避。通過現(xiàn)場實(shí)際檢驗(yàn)，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(fā)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(fā)、軌道交通病害整治工作。