地铁运营矿山法隧道破损加固处理案例分析

2015-01-12黄烨

重庆建筑 2015年8期

黄烨

（广东珠三角城际轨道交通有限公司，广东广州 510010）

1 概况

广州地铁某线YDK27+611.000～YDK28+273.100段区间为矿山法隧道，该区间已于2006年底开通运营。原设计此段隧道拱顶、洞身范围基本位于微风化花岗岩<9H>地层，隧道埋深17～28m；初支采用Φ12砂浆锚杆L=3000mm，纵向间距1200mm，拱部设置7根；Φ8钢筋网，间距200X200mm，单层布置；150mm厚C20喷射早强混凝土；二衬采用350mm厚钢筋混凝土[1-2]。根据现场实际地质素描，拱顶置于强风化花岗岩<7H>地层，洞身基本置于中风化花岗岩<8H>、微风化花岗岩<9H>地层，与设计有一定差别。

2012年2月22日，在YDK27+753里程附近发现二衬结构边墙3点钟位置出现鼓出破坏现象。破坏处二衬内侧保护层已损坏，钢筋已完全外露，外露面积约1.5m2，见图1。为保证地铁隧道结构安全，同时不影响运营，对破损点进行了以下处理：

（1）对已外露的破损点进行及时抢险处理；

（2）对整个矿山法段隧道进行雷达扫描检测，寻找未外露破损点；

图1 二衬鼓出破坏现象

（3）根据检测情况，按不同破损情况进行计算复核；

（4）对计算复核不满足要求的破损点，进行分类加固处理。

2 抢险处理

考虑到已外露的破损点可能出现混凝土掉块等现象，从而影响地铁行车安全。对于外露破损点利用夜间维护时间按抢险方式及时处理，处理采用在隧道二衬结构内增设型钢作为加强措施，详见图2。具体如下：

图2 外露破损点增设型钢加固方案示意图

（1）凿除破碎二衬混凝土，并在此范围及周边打泄水孔，分段施工长度2m；

（2）在二衬混凝土结构凿除部位及周边打锚杆[3]，架立型钢，绑扎钢筋，并将空洞部位锚杆与型钢混凝土可靠焊接；型钢端部采用螺栓与旧混凝土连接，缝隙采用环氧树脂填充；

（3）新旧混凝土接缝处涂刷EAA环氧界面剂，压入遇水膨胀止水橡胶条，浇筑混凝土和未破损二衬结构可靠连接。待混凝土强度达到设计强度后进行背后注浆填充密实。

经过上述方法处理后，虽然隧道二衬厚度比原设计有所减小，但型钢混凝土提高了隧道结构承载力，增加隧道安全储备。

3 检测结果分析

为发现未外露破损点，并根据破损情况分类处理，采用雷达扫描对整个矿山法隧道段进行检测[4]。沿隧道纵向布置4条测线，测线1和测线2位于隧道拱顶两侧约1m位置，测线3和测线4在隧道内疏散平台上方1m高度，见图3。

图3 雷达扫描测线布置

经扫描检测后发现，矿山法段隧道左右线共存在破损59处，其中二衬厚度不足200mm的7处，详见表1。

表1 破损点雷达扫描检测结果

4 隧道结构计算复核

针对雷达扫描检测结果，对破损二衬按不同厚度进行计算复核。计算采用sap2000有限元软件，荷载-结构模型。对于破损点处的局部单元，按雷达扫描检测结果相应减少二衬厚度。计算按最大埋深和最小埋深分别计算，地下水位取至地面，土压作用在初支上，水压作用在二衬结构上，构件配筋按压弯构件考虑。计算结果见表2。

为考虑一定的安全余量，复核计算采用最不利的地质描述，围岩参数比原设计差。原设计二衬结构配筋为16@250，由表2可看出，二衬结构厚度小于350mm的，即出现破损的，均不能满足受力要求。

表2 破损二衬计算复核结果

5 加固处理方案

基于以上检测结果和计算复核分析，同时考虑处理时的快速便捷和经济性。根据破损情况按不同二衬厚度分类处理。

（1）二衬厚度小于200mm的，包括Z-2、Z-3、Y-2、Y-3，共计4处。采用增设型钢作为加强措施，加固方法同抢险处理，详见第2节。

（2）对于拱腰二衬结构厚度大于200mm但小于350mm的其他破损点，共计52处。采用的措施为：在二衬结构上打设泄水孔进行泄水，然后打设锚杆，最后对二衬与初支间的空隙注浆填充密实[5]，详见图4。考虑到已经泄水减压，且锚杆太密可能造成对二衬结构及防水层的二次破坏，锚杆间距根据破损情况设置：二衬厚度大于300mm小于350mm的位置，间距1.2m；二衬厚度大于250mm小于300mm的位置，间距1.0m；二衬厚度大于200mm小于250mm的位置，间距0.75m。

泄水可使二衬结构承受的水压减小，锚杆限制二衬结构变形，同时注水泥浆将二衬与初支间空隙填满，减小二衬结构与地下水的接触面。对采用锚杆处理的结构重新复核计算，通过将锚杆处的地层弹簧由受压不受拉改为受压又受拉来模拟锚杆的约束作用。计算结果见表3，经复核，原二衬结构配筋为16@250，面积804mm2，采用锚杆加固后满足受力要求。