联络通道受损管片修复加固体系研究*

2021-08-26刘玉国

工程技术研究 2021年12期

刘玉国

中铁二十五局集团第五工程有限公司，山东青岛 266000

近年来，地铁已经成为城市轨道交通的重要组成部分。盾构施工法由于对周围环境影响小、适用地层范围广等优势，成为城市地铁施工的主要工法。虽然盾构隧道的安全性能高，但是在施工和运营过程中常常出现管片破损的现象，主要分为局部破损和结构整体大变形两类。当发生开裂、渗漏水等局部破损时，会影响行车安全和区间隧道的正常运营[1-3]；当发生管片变形、管片错台等整体大变形时，会对隧道结构的安全性和稳定性造成极大威胁[4]。在进行管片破损修复时，材料的选择十分重要。娄瑞等[5]结合苏通管廊工程案例，提出使用进口材料富斯勒岩补FC（单组分改性环氧腻子）和富斯勒岩补GP（单组分改性环氧砂浆）进行修补可以得到更好的管片强度。由于管片破损类型较多、受损原因复杂，往往需要根据实际工程情况进行分析，再确定加固修复方案。

现有的盾构区间受损管片修复加固体系主要针对普通区间段，对于联络通道特殊的开口管片区段研究较少。文章在现有联络通道的受损管片修复加固技术的基础上，针对现场的管片破损程度分区，设计相应的受损管片钢板加固参数，并在联络通道开口环设计减缓应力集中的三角钢片，结合现场监测对所设计的应用效果进行分析，为类似工程案例提供设计参考。

1 工程概况

文章以某地铁联络通道附近受损管片为例进行分析。根据详勘地质钻孔资料，联络通道兼废水泵房顶部现状埋深约18.6m，泵房底板现状埋深约26.2m，联络通道所处地质剖面土层主要分布有淤泥、粉质黏土、中粗砂、砂质黏性土（硬塑）、混合花岗岩等。由于该处为填海区，在施作联络通道的过程中出现了部分涌砂现象，从而影响联络通道及其周边的管道结构安全。为了使后期管片正常运营，提出联络通道受损管片钢板加固体系。

2 联络通道受损管片钢板加固体系

此次修复范围为区间隧道少部分管片的加固。对受损隧道拟采用内设钢圈的形式进行加固，对于收敛变形严重的管片环，每环采用3cm厚的钢板进行加固；对于受损较轻的管片环，每环采用2cm厚的钢板进行加固。受损管片钢板加固设计如图1所示。

图1 受损管片钢板加固设计（单位：mm）

钢圈与管片间的空隙宜控制在2cm以下，采用刚性环氧树脂填充密实；空隙超过2cm时，应加钢筋网充填砂浆找平。封顶块处的钢板应保证搭接在两邻接块上的位置至少各有两排化学螺栓锚固。钢板材质为Q345B钢，相邻钢圈间连续满焊设计，焊接采用CO2气体保护焊，焊丝型号选用ER50-6。化学螺栓遇手孔时可作适当调整。为了保证施工安全，拼装时可先采用膨胀锚栓固定，待成环后打设化学锚栓补强。加固钢圈施工应按“安装一环钢圈→灌注刚性环氧浆液→待浆液凝固后再安装下一环钢圈”的顺序进行。与现有的类似工程钢板加固设计不同，该工程联络通道的受损管片钢板采用全环钢板加固，且在联络通道开口处的钢板环通过三角钢板对应力集中的开口环位置进行加固。

3 加固效果

涌砂区间受损管片修复之后，为了监测管片的强度情况，现场监测仪器采用振弦式应力计以及智能型振弦式传感器采集箱进行数据采集。修复加固完成后，记录受损管片的应力稳定值，如图2、图3所示。

图2 受损管片加固后拉应力监测值

图3 受损管片加固后压应力监测值

3.1 加固后盾构管片应力

经过钢板加固后的管片最大主应力为拉应力，峰值为1.305MPa，位于261环和262环；管片最小主应力为压应力，峰值为4.692MPa，位于261环；254～270环管片经过钢板加固修复后，最大、最小主应力均满足管片安全评定标准。

3.2 加固钢板应力

加固钢板最大主应力为拉应力，峰值为1.162MPa，位于258、260、261和262环（1号、3～5号加固钢板）；加固钢板最小主应力为压应力，峰值为2.084MPa，位于258环（1号加固钢板）。加固钢板的最大、最小主应力均满足钢板安全评定标准。

3.3 加固后盾构管片应力及安全系数

进行钢板加固后，盾构管片的受拉安全系数最小位置出现在261环管片拱底，最小值为3.8，大于《铁路隧道设计规范》（TB 10003—2016）抗拉要求的3.6；受压安全系数最小位置出现在263环管片边墙（靠近联络通道），最小值为4.5，大于《铁路隧道设计规范》（TB 10003—2016）抗压要求的2.4。

由实际监测值可知，管片经过钢板加固修复后，拉、压应力均满足管片安全评定标准；联络通道开口环处的管片应力峰值最大，沿两侧逐渐减小，压应力的影响范围较拉应力的影响范围大，变化较缓。