地鐵隧道非常規處鋼環加固案例分析

2023年12月13日發(作者：健美操動作)

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地鐵隧道非常規處鋼環加固案例分析

摘要：深圳地鐵某隧道修復工程，采用鋼環加固工藝對受損隧道進行結構補強，施工較常規有多處突破。本文介紹所采用的施工工藝，并對非常規處加固案例進行著重分析。

關鍵詞：地鐵；盾構隧道；隧道病害；鋼環加固。

Ca Analysis of Reinforcement of Steel Ring at Unconventional

Places in Subway Tunnels

Abstract：In the repair project of a tunnel in Shenzhen subway,

the damaged tunnel was reinforced with steel ring reinforcement

technology, which made veral breakthroughs compared with the

conventional construction. This paper introduces the construction

technology adopted, and focus on the analysis of reinforcement cas

at unconventional locations.

Key word: Subway; Shield tunnel; Tunnel dias; Steel ring

reinforcement.

0 引言

近些年來地鐵行業快速發展，給城市公共交通帶來極大便利，在推動城市地下空間的發展的同時，不可避免的與之沖突，這一情況在土地資源稀缺的深圳尤為嚴重。在深圳市某條雙線單圓地鐵盾構隧道，外徑6米內徑5.4米，因受區間兩側土地開發項目基坑土方開挖作業和填海片區地質等因素影響，左右線隧道范圍內出現拱底沉降、水平位移、橫向收斂變化量都較大等現象，最大水平收斂達141mm；管片出現較多裂縫，裂縫大小不一，寬度大多超過0.2mm，多為單環通長縱縫，單環管片縱向裂縫2~10條不等，多發生在隧道頂部30°范圍；同時該范圍內管片存在崩角、錯臺和滲漏水情況嚴重的現象，隧道結構已產生較大損傷。為確保地鐵的安全運營，對盾構管片從內部進行鋼環加固，對相應的病害進行整治。本文通過具體鋼環加固施工項目，分析工藝要點，對運營隧道鋼環加固所遇到的非常規施工提出針對性方案，望為類似鋼環加固施工提供一定的借鑒意義。

1 盾構管片加固標準

目前盾構隧道的病害主要分為以下幾個：滲漏水、崩角掉塊、裂縫、收斂變形，由于所處地質及周圍施工作業的影響，加之地下環境的腐蝕性，病害若不不及時加以治理，根據地鐵隧道結構災變演化模型，病害將向著不可逆的方向發展，進而引起結構災害事故。本文分析實例為某地鐵隧道內部的加固方式為鋼環加固以達到結構補強。為確保加固效果，在進行鋼環加固前，需對內部隧道病害進行分析整理，針對不同病害的發展強度選擇是否加固，其加固原則如下：

表1 病害整治原則

Tab.1 Princuples of dia control

序號

損損傷程度

處理方式

傷類型

1

滲漏水

滲水漏水

環氧堵漏

2

崩角掉塊

--

環氧砂漿修補

3

裂縫

寬度＜0.2mm

裂縫表面批刮彈性環氧膠泥 4

裂縫

寬度≥0.2mm

裂縫表面批刮彈性環氧膠泥、壓力注漿

5

收斂變形

變形≥90mm

鋼環加固

2 病害處理措施

2.1滲漏水處理

施工工藝流程：平臺搭設→管片封縫→埋管注漿→拆管封孔→現場清理，其主要技術要點如下：

（1）注漿前進行壓水試驗，須先進行壓水試驗，檢驗注漿管路是否暢通，并清除管路垃圾。使用小型電動泵自儲漿桶吸水并人工泵入注漿管路，壓力表顯示無壓力即可；

（2）埋管注漿管長約100mm，入縫深度控制在20~30mm，注漿壓力為0.3~0.5Mpa，流量為10~15L/min，漿液凝膠時間控制在1~2h；

（3）注漿量根據施工現場滲漏點的實際情況決定，當注漿表數值超過預定的注漿壓力時，停止注漿。

2.2裂縫處理

施工工藝流程：平臺搭設→界面處理→批刮膠泥→安裝注漿嘴→裂縫注漿→現場清理，其主要技術要點如下：

（1）對裂縫表面進行界面清理需沿裂縫走向，確保膠泥粘結強度；

（2）采用環氧膠泥刮涂密封裂縫，寬度為40mm，厚度為2mm，確保密封及注漿壓力； （3）待膠泥達到強度要求后，在裂縫處鉆孔、埋設注漿嘴，孔間距為200～250mm；

（4）注漿注漿壓力控制在0.1-0.2MPa。

圖1 裂縫處理

Fig.1

Schematic of crack treatment

2.3掉塊修補

施工工藝流程：平臺搭設→界面處理→植筋掛網→環氧砂漿嵌補→現場清理。主要技術要點如下：

（1）清理界面，涂刷水泥基滲透結晶涂料（有明水處先堵漏），加大粘結強度；

（2）在掉塊處植入鋼筋，增強掉塊修補處強度及粘結效果；

（3）綁扎鋼筋網片，固定在植入的鋼筋上方，放置砂漿脫落，增強穩定性；

（4）環氧砂漿填充（初凝時間≥45min，終凝時間≤4h，且砂漿強度≥原混凝土強度）。

圖2 掉塊修補

Fig.2 Repair of gment

broken or damage

2.4鋼環加固 隧道因外部受力平衡體系失效發生收斂變形，導致管片之間部分區域拉壓應力超出混凝土管片的抗拉抗壓極限，發展成崩角掉塊、裂縫、滲漏水及道床脫空等病害，無法保障地鐵隧道的長期安全運營，在不處理的情況下，病害將沿著不可逆的方向發展加重。本項目對水平收斂達到90mm的盾構管片進行前期病害整治后，再進行鋼環安裝加固，通過內襯鋼環加強受損盾構管片的強度，形成一個新的圓形受力結構，修復其已逐漸失效的力學性能，其主要步驟為：道床兩側砼鑿除→鋼環加工制作焊接→鋼環安裝→環氧填充 。

圖3 鋼環加固

Fig.3 Reinforcement with

steel ring

2.4.1 道床兩側砼鑿除

對需安裝鋼環的管片進行道床兩側床提前鑿除，通過現場數據采集，利用制圖軟件模擬，明確道床切割位置及深度，滿足設計圖紙牛腿支撐加勁肋250mm的要求。施工時機械切割深度控制240mm以內，后續進行人工鑿除至設計深度，以防止對隧道管片造成損壞。切割完成后，需對牛腿支撐區域管片內弧面和混凝土道床側面提前鑿毛打磨處理，確保后續鋼環安裝的精準度及后續環氧填充和粘結的效果。

2.4.2 鋼環加工制作焊接

前期對區間管線進行改移、道床水溝進行切割后，為滿足鋼環安裝條件，同時不影響鋼環安裝完成后，道床兩側水溝排水功能及后續管線使用功能，在加工前對鋼環分塊、預留排水孔進行調整。依據管片鋼筋布置圖確定鋼環錨栓位置，跳開區間線纜及管片手孔、鋼筋，對原管片既有注漿孔位置進行預留。參考原有水溝高度數據，確定牛腿支撐處排水孔的位置，做到鋼環安裝后不影響區間排水功能。

2.4.3 鋼環安裝

鋼環各板塊弧長分別為：大牛腿2.4m、小牛腿1m、小側板1m、大側板3.15m、頂板3m，部分區間現場調整。通過隧道整治平板車，在地鐵基地裝卸鋼環，于動車點開往區間隧道，借助隧道整治平板車自帶的懸臂梁進行牛腿安裝，機械手臂進行環板安裝。鋼環安裝按照從下往上的順序進行拼裝，通過錨栓將鋼環臨時固定到盾構管片上。其技術要點如下：

（1）牛腿安裝期間需對兩側牛腿校核位置，確保鋼環位于管片中心處；

（2）鋼環安裝針對縱縫踏步較大的位置提前進行找平處理，確保鋼環與管片的密貼；

（3）鋼環安裝采用M16膨脹錨栓臨時固定，后續補種化學錨栓，為確保頂板與管片有更好的密貼，頂板45°位置采用6~10根后切底錨栓；

（4）加工期間根據原管片注漿孔位置在鋼環相應位置預留φ10×15橢圓注漿孔，拼裝完成后采用環氧膠泥進行封堵確保環氧填充的密閉性；

（5）鋼環焊接采用CO2氣體保護焊，焊縫驗收質量等級為二級，熔深深度≥18mm；

（6）為確保鋼環形成整體受力體系，單環鋼環拉條安裝不少于1根；

圖4 鋼環安裝

Fig.4 Steel ring installation

2.4.4 環氧填充 待鋼環安裝焊接成環，錨栓種植完成后，立即對鋼環與管片的間隙進行環氧樹脂填充，環氧固化后憑借其出色的粘結性能，將鋼環與盾構管片連接成一個受力整體，從而達到管片結構補強效果。為此，在對環氧選型上，需考慮材料對砼及鋼板有較強的粘結力，尤其是對潮濕基面的粘結效果，固結成型后具備較高的抗壓強度和一定的抗拉抗剪切性能；考慮現場施工工況，材料的可操作時間≥30min；針對隧道長久運營，固化后凝結成堅硬的高聚物同時得具備出色的抗老化、抗酸腐性能。環氧壓注技術要點如下：

（1）環氧填充時，為保證環氧壓注密實，注漿管應按Z字型布置，于焊縫、縱縫上下加密預留注漿管；

（2）注漿遵循少量多次，低壓注漿，壓力≤0.1Mpa，壓漿順序由下至上；

（3）壓注鋼環頂板上部，待頂部注漿管多次溢出漿液后方可停止，確保環氧密實度。

圖5 環氧填充

Fig.5 Filling and adhesive by epoxy

3 鋼環加固非常規區域處理措施

3.1 接觸網關節改移

在此加固項目中，鋼環拼裝區域頂部涉及接觸網關節改移，此區間接觸網為頂部剛性接觸網。原接觸網設備影響鋼環正常拼裝，同時因隧道收斂變形，原瓷瓶掉點已達調整極限，致導高無法調整至正常值。為保證鋼環正常安裝，確保接觸網改移恢復之后導高回歸正常值，需對該區域內影響鋼環安裝的接觸網設備、架空地線底座、接觸網定位掉點進行改移，需對設備進行頻繁有序拆除、安裝、調試等工序。如何合理劃分施工步驟，在有限的作業時間內完成區 間鋼環拼裝及接觸網恢復，將其前后共六個定位掉點需調節至同一高度，確保不影響地鐵正常運營，作為此段鋼環加固面臨的難題。

圖6 接觸網改移前

Fig.6 Before the catenary is changed

處理措施：此難題細分開來，主要為作業時間短、接觸網改移量大、鋼環加固環連續導致的空間不足及既有導高不足等問題。在實施過程中，對關節處接觸網設備改移的工序進行分散優化，同時將原瓷瓶掉點更換為絕緣橫撐，實現接觸網導高上升。首先完成前期管片及鋼環預裝錨栓步驟，其次于鋼環安裝前完成絕緣橫撐的替換安裝作業，在后期的鋼環正式拼裝期間，逐環成環拼裝與接觸網恢復同步進行。在此區段鋼環拼裝完成后，成功實現接觸網關節的更換，導高順利調整至正常值，保障了施工及后續運營期間的正常。

主要步驟如下：

（1）預植M20化學錨栓，完成拉拔試驗合格后備用；

（2）利用人工作業將99-101環四處絕緣橫撐定位掉點進行拆除，同時利用當天作業時間完成絕緣橫撐的安裝工作，依據現場條件完成部分絕緣橫撐的調試工作；

（3）改移99、101的絕緣橫撐，待完成第99環和第101環絕緣橫撐的安裝調試工作后，對第99、101環安裝鋼板，并倒穿T頭錨栓用于后期恢復；

（4）待101環鋼板安裝完畢且錨栓倒穿完成后，對原101環管片的絕緣橫撐進行恢復，改移至第101環鋼環上，為后續100環絕緣橫撐改移創造條件；

（5）待第101環絕緣橫撐恢復完畢，對第100環的絕緣橫撐進行改移至邊緣，使其滿足鋼環拼裝條件； （6）待第100環接觸網改移完成后，完成第100環鋼環拼裝，并預留T頭錨栓用于后期恢復；

（7）待第99~101環鋼環安裝完成后，后期利用人工作業對絕緣橫撐進行恢復。

圖7 接觸網關節改移流程圖

Fig.7 The

flow chart of

catenary group relocation

圖8 接觸網關節改移

Fig.8 The photo of catenary group relocation

3.2 區間信號箱設備整體遷移

隧道內管線設備眾多，鋼環加固前對管線設備進行改移，在滿足鋼環安裝的同時，盡量減少對其自身使用功能的影響。本項目加固區段6環包含一套信號系統，作為信號基站，為乘客提供2G/3G/4G信號，拆除期間將削弱區間整體信號，嚴重時將會切斷區間整體信號；為盡快完成該段鋼環安裝，對該套信號系統進行整體拆除，利用動車點完成外側鋼環安裝及支架焊接，最后利用人工作業完成信號箱的恢復及調試工作；為確保在改移期間不對區間通訊信號造成大范圍癱瘓，減少對乘客帶來的影響，在信號基站拆除期間，加大車站端頭信號放大器功率。在此段信號箱拆除及恢復期間，區間信號未受到大幅度影響，同時信號箱恢復原位，未發生侵限事故，滿足后期信號基站設備的維護需求，最大限度的保障了即有設備的運轉。

圖9 信號基站恢復

Fig.9 After the Repeater box is restored

3.3 波導管即拆即復

在該地鐵線路列車信號傳輸裝置為波導管，位于道床及軌道中間，為確保鋼環牛腿加勁肋的受力性能，需確保道床切割深度不小于260mm，在條件不滿足的區段進行道床切割及牛腿支撐安裝需對波導管設備進行拆除與安裝，將影響次日地鐵運營模式。列車在相應區段無法采用CBTC模式運行，影響區域采用進路閉塞法BM模式（即點式ATP模式）組織行車。為不影響列車運營模式，在道床切割及牛腿拼裝期間，發揮“人車混合作業模式”的優勢，同時利用地鐵雙線隧道行車優勢，采用單線列車回廠，工程車輛隨末班車出廠，電調實現區間停電，為牛腿支撐安裝期間爭取有效增加作業時間，實現鋼環拼裝作業當晚的波導管即拆即復作業，減小管線改移對地鐵運營的影響，為運營隧道后續同類施工積累施工經驗。

圖10 波導管即拆即復

Fig.10 Waveguide reconstruction

3.4 涉及旁通道處鋼環加固

地鐵隧道旁通道作為應急疏散通道及區間水泵房，在鋼環加固時，兩環管片為不規則非成環管片，鋼環加固內側無安裝鋼支撐條件，此環鋼環內側受力無法傳遞至道床上，削減鋼環整體剛度。為保障此三環形成完整受力體系，不影響旁通道的既有作用，在旁通道三環處采用安裝門式框架結構，整體安裝順序為先兩側再中間，避免誤差累積。同時對該處錨栓進行合理加密調整，提高錨栓的植入率，考慮旁通道側面為不規則弧面，依托現場放樣數據確定此處鋼板的卷板弧度，確保鋼環與管片密貼。為達到上述要求，在不足2小時有效作業時間里，合理細化工序，完成此處鋼環的高精度安裝，同步進行旁通道管線及支架的拆除恢復工作，成功實現深圳地鐵修復領域第一起旁通道鋼環加固。

圖11 旁通道鋼環加固

Fig.11

the connected

4作業點效率發掘

目前深圳地鐵運營線路多為雙線單圓盾構隧道，在運營期間，因左右線所處地質環境及外力荷載相近，病害多為雙線相鄰區間集中發生。在地鐵隧道鋼環加固工藝中，通過對分部分項工序的劃分，已發展成熟為流水作業，合理的利用隧Reinforcement with steel ring on

alsle metro tunnels 道加固區段的區間及線路優勢，充分發揮加固區間的空間及時間優勢，在保障施工作業安全與質量的同時，也為加固期間的難題解決提供很好的解決方向。

圖12 雙機連掛作業

Fig.12 Construction with double engineering vehicle

4.1發掘隧道區間

區間優勢不僅在于單個區間的長度，也在于加固區段包含多個相鄰的車站及區間。在施工籌劃階段，合理調整作業流程，分散作業面，方便施工作業的展開與安全卡控。在深圳地鐵加固領域，利用單個區間的空間長度優勢，發展并完善“人車混合作業模式”及“雙機連掛作業模式”，在合理卡控安全的前提下，能夠在有限的人機物力投入下取得更高的生產成果。基于此作業模式所具備的優勢，實現了作業人工作業與動車作業流程的完美銜接，并實現了區間波導管設備的即拆即復，為進一步發展多區間多機連掛作業模式的可行性提供參考。

4.2發掘隧道雙線優勢

本加固隧道為雙線單圓隧道，隧道加固區域涉及三站五區間，施工隧道具備雙線行車優勢，在本項目的行車方案上采用雙線雙機作業模式。為充分發掘有效作業時間，采用單線電客車回廠模式，兩輛工程車隨地鐵末班車出廠，左線工程車達到區域后，電調調控實現作業區間合閘停電封鎖；右線工程車跟隨末班車運行至前方車站存車道，待右線列車返廠完成后進入施工區域。雙線動車作業模式，通過對地鐵雙線優勢的發掘，合理利用存車道及區間封鎖，利用施工布置，避免施工沖突產生的風險，同時左線有效作業時間增加1小時，右線作業時間增加0.5小時。 4.3散化流程流水作業

鋼環加固按照其分部分項劃分，盡量細化為多個流水工序，做到流水作業施工的順暢，避免作業集中，有利于在生產過程中的質量及安全卡控。為此需對地鐵隧道的空間合理利用，發揮區域化立體施工模式的優勢。由于運營地鐵隧道修復的時間及空間特殊性，作業效率易受到時間及空間的制約，而運營地鐵天窗作業時間已無法調整。為此合理利用地鐵車輛段，散化流程，細化拼裝工序，逐步將部分動火作業等工序轉移至地鐵車輛段，提高夜間施工的效率，間接減少地鐵隧道密閉環境動火作業風險。

圖13 地鐵基地作業

Fig.13 Construction on the subway ba

5總結語

盾構管片鋼環加固工藝于2015年引進深圳地鐵隧道修復領域，通過多個項目的實施，漸漸摸索出對不同難點的解決方案。考慮到隧道鋼環加固工藝在一定時期內還將與運營地鐵隧道修復領域實施，本文參考在深地鐵鋼環修復項目所作出的突破，對以往遇到的重難點進行剖析，梳理難處及找到突破口，以望對運營隧道相關修復項目作出參考作用。

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