地铁运营隧道加固施工技术研究

陈君

摘 要：随着城市的高速发展，轨道交通隧道结构周边存在不可避免施工作业，将会对隧道结构产生影响。由于盾构法隧道的力学特性，对外部环境的扰动非常敏感，周边基坑开挖，沉降、地层加载或卸荷都会造成隧道结构损伤，产生隧道变形和破损，从而影响轨道交通安全运营。本文对复合腔体构件的结构形式进行了介绍，对复合腔体构件加固施工中的接头拼装工艺、注浆工艺等关键技术进行了研究，总结形成了复合腔体构件加固盾构隧道的施工技术要点，并在上海地铁隧道中进行了应用。

关键词：复合腔体构件 盾构隧道加固 施工技术

中图分类号：U456.3 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）10（c）-0026-03

伴随着城市轨道交通的高速发展，处在城市中心地带的轨道交通隧道不可避免的受到遇到周边建筑施工影响。目前上海轨道交通采用的隧道变形和裂缝修复的方法，大致上分为两大类：碳纤维或芳纶纤维粘贴法和粘贴钢板加固法。

由于，上海轨道交通对已营运的地铁隧道结构加固时，只能利用地铁停运后时间进行施工，施工时间较短。因此，需要开发一种施工工期短、加固强度高、使用寿命长的隧道加固工艺。在此基础上，研究开发了一种采用复合材料、钢结构和水泥的结构组合的新型复合腔体的隧道加固方法，并通过试验分析研究形成一套合理可行的复合腔体构件隧道加固技术，能够快速、安全的達到隧道加固的目的。

1 复合腔体构件的构成

复合腔体构件由腔体本体、复合材料层、填充物、注浆孔、排气孔和螺栓孔等组成构成，如图1所示。

腔体本体的形状与加固面相吻合，由一根或一根以上的管材组合成腔体本体；腔体本体表面设有复合材料层，由树脂及纤维组成；腔体本体内灌注填充物；腔体本体为金属管或非金属管，如钢管、塑料管、复合材料管等。复合腔体构件上设有一个或一个以上的注浆孔，通过注浆孔向腔体本体内灌注填充物，以增加加固构件的强度，填充物可以是砂浆或高分子发泡物等材料。复合腔体构件上设有一个或一个以上的排气孔，起到灌注填充物时的排气作用。

2 复合构件加固施工技术

复合构件加固管片内表面布置图（局部）如图2所示。

2.1 打磨、定位及预拼装

2.1.1 打磨

在复合腔体安装过程中，需要对内部加固面进行打磨处理，使腔体与隧道混凝土面粘结更加牢固。打磨部位大致为复合构件粘贴处，但不小于该粘贴面积。

首先，对管片内部需要粘贴面积进行弹线，明确位置。然后使用打磨机对管片内表面需要处进行打磨，主要去除表面浮浆、尘土，打磨深度应不大于0.5mm。表面磨光后，使用打磨机对表面进行刻线、粗糙化，以加强粘贴效果。刻线后，对管片内表面进行吸尘处理，去除表面浮尘。

2.1.2 定位及预拼装

在复合腔体正式安装前，须进行复合腔体构件的定位与预拼装。一环混凝土管片安装四圈复合构件，纵向4圈安装顺序为以管片边缘为控制边界，确定每圈复合构件的具体位置，由一端的管片边界向另一端管片边界纵向安装，且避开手孔位置。每圈构件由3个构件组成，每个构件定位点不少于3个。

以第1圈为例，将第1圈中段构件的段中标记对准管片正中，进行试贴合。如较为贴合（间隙不大于1cm），则直接进行后续操作，如较不贴合（间隙大于1cm），尝试轻微左右移动，使构件与管片处于较贴合状态。将第1圈左右构件插入中断构件接口，利用顶进装置推动构件顶紧。检查第1圈构件与管片的间隙大小。超过1cm或者较大处，予以记录，并在随后涂胶时加厚胶水厚度。定位完成后放松构件，依次进行第2、3、4圈构件安装位置定位。

2.2 接头研究

复合腔体构件和构件的连接处，是整个构件最薄弱的地方，它需要满足4个条件，即：强度高；便于安装；连接牢固；不影响灌浆。

本文经过多次反复试验和研究，决定用高强度成型钢管来做接头，在整环复合腔体安装前，先进行复合腔体（单侧）接头安装。

2.3 拼装研究

正式拼装前，需要再次明确预拼装中出现的间隙较大处的处理。具体拼装步骤如下。

（1）所有的复合构件在安装前均用环氧进行涂刷。

（2）每圈复合构件分3块，安装顺序是先安装复合构件的中间块，然后再安装复合构件的两端两块。

（3）在安装复合构件中间块（位置砼管片顶部位置）前，先在砼管片顶部（正好位于中间块两端的位置）安装两块压板，然后将中间块复合构件穿过顶部管线利用预先安装好的压板及支撑装置临时固定于需安装位置的相邻位置。

（4）然后将预先拌制好的结构胶均匀的涂抹在需安装的区域内，胶体厚度不小于6mm，再将复合构件中间块平移至安装区域，确定安装位置后将复合构件压紧，再利用压板将复合构件固定牢固，然后再次对周边复腔构件进行结构胶封边处理。

（5）利用M14的冲击钻钻杆在复合构件预留螺栓孔位置进行打孔，钻孔完成后立即进行清孔，再孔内注入化学胶，然后植入预先加工好的组合锚栓进行永久固定。

（6）安装两端位置的复合构件时，先将复合构件穿过管线后放置于需安装位置的相邻位置。

（7）然后将预先拌制好的结构胶均匀的涂抹在需安装的区域内，胶体厚度不小于6mm，再将复合构件平移至安装区域，将预先制作好的接头放入复合构件端头位置，利用另一端底部上顶装置将两端需安装的复合构件与已安装好的中间块连接，接头在连接时需用结构胶将接头周边均匀的涂抹，且复合构件连接完成后在接缝处再涂抹一层结构胶，做到有效的密闭连接，然后再次对周边复腔构件进行结构胶封边处理。

（8）利用冲击钻钻杆在复合构件预留螺栓孔位置进行打孔，钻孔完成后立即进行清孔，再孔内注入化学胶，然后植入预先加工好的组合锚栓进行永久固定。endprint

（9）按照以上工艺，逐圈的将剩余3圈进行安装。

2.4 复合构件注浆

安装完成后，先对圈1进行注浆作业。应采用单向管道措施，右端下部注浆至左端出浆，注浆压力不得大于1MPa，钢管小腔体出浆即关闭相应出浆孔阀门，直至4个出浆小孔全部关闭后，继续保持注浆至压力达到1MPa，即关闭注浆阀门，注浆量以流量计量表控制。按以下步骤操作。

（1）场边人工拌浆。

（2）用度量桶倒入压浆机中。

（3）对第1圈右端向左端单向注浆。

（4）注浆过程严格控制压力与流速。

（5）至右端排气孔开始喷浆，判断灌浆量，与构件内腔体积比较。关闭相应出浆孔阀门，直至4个出浆小孔全部关闭后，继续保持注浆至压力达到1MPa，即关闭注浆阀门，完成注漿。

以相同方式依序注完2、3、4圈构件，确保灌浆量与构件空腔体积相近具体流程如图3、图4、图5、图6所示。

3 工程应用介绍

本示范应用工程为二号线东延伸创新中路-华夏东路区间隧道上行线第287环进行施工，287环管片横向收敛变形约8cm，基本无渗漏水现象且287环的周边隧道正在实施钢环加固施工。

根据地质资料本段上行线区间隧道中心标高约为-15.0～-16.0m，地面标高约为4m，覆土厚度为16.5m左右。隧道所处的主要土层包括：④淤泥质粘土层；⑤1灰色粉质粘土。

主要土层特征及物理力学性质见表1。

整个施工自2016年3月26日开始，至5月19日完成，主要进行了砼管片打磨、划线、部分管线支架的改移、安装顶部复合腔体、安装腰部复合腔体、安装反力架，复合腔体注浆、整环涂刷聚脲、道床恢复，加固效果良好，见图1。

4 结论与展望

本文通过对复合腔体构件加固盾构隧道的施工技术研究，得到以下结论。

（1）复合腔体构件由于采用现场量测、工厂定制构件，使原结构与加固构件之间有效吻合；采用特殊高强度胶粘剂及预膨胀组合锚栓即时压接工艺，在抑制隧道进一步的变形作用中可使新、旧结构产生共同作用，提高了结构加固的作用，即具有“叠合作用”，大大地提高了原有结构的承载力。

（2）由于地铁隧道空间狭窄，特别是营运地铁隧道，每天的施工时间极其有限，而复合腔体构件的加固施工不占空间，可多点、多面地快速安装，大大提高了施工工艺性。

（3）对于前期准备工作的管片划线打磨，这是一道非常关键且重要的工序之一，为下阶段复合构件安装起到了很好地指导性作用。

（4）每圈复合构件分3块，安装顺序是先安装复合构件的中间块，然后再安装复合构件的两端两块

（5）进行注浆作业时，对复合构件小腔单管单注，一端下部注浆至另一端下部出浆，待出浆口出浆量稳定后，再关闭出浆孔阀门，进行短时间的保压，最后关闭注浆口阀门，逐次完成4个小腔注浆。

（6）通过在已建隧道内的示范工程应用，验证了复合腔体加固的效果和研究复合腔体在隧道内现场加工工艺技术，证明了复合腔体构件隧道加固工艺的有效性。

参考文献

[1] 杨昆鹏，刘少国.地铁隧道地层注浆预加固施工技术研究[J].山西建筑，2008，34（29）：177-178.

[2] 温锁林.运营地铁隧道上方基坑施工技术及保护措施[J].地下空间与工程学报，2011，7（S1）：1465-1469.endprint