某滨海填土区地铁盾构隧道翻浆冒泥病害治理分析

徐世达

摘 要：某滨海填土区地铁盾构隧道，在运营 8 年后出现道床翻浆冒泥病害。结合区间隧道所在地区地质情况及结构特征分析病害发生的原因：①地质情况复杂，隧道处于淤泥质地层中，衬砌结构发生不均匀变形;②道床结构与衬砌管片之间不密实，道床与管片结构变形不协调。根据病害原因，制定以适用的材料填充道床结构与管片结构间缝隙的病害整治方案。

关键词：地铁;盾构;隧道;翻浆冒泥;治理

中图分类号：U213.7

0 引言

在区间隧道内，整体道床因其具有稳定、耐久、轨道平顺性高、刚度均匀性好、少维修等优点，在地铁隧道内得到大规模使用，为地铁运营提供了一个平稳舒适的营运环境。但随着地铁的运营，道床结构暴露出了开裂、翻浆冒泥、轨道间距变化、列车通过时晃车等问题。

关于道床病害的处理方法，国内已有不少学者、工程师根据现场情况提出了治理思路，主要有疏导地下水、局部调整线路坡度、压降填塞及翻修、化学灌浆法、低压注浆补缝技术等，核心原理有以下2点：①封闭道床结构底部空隙，防止微裂隙在列车动荷载作用下病害持续劣化;②处理水源问题，封堵地下水的渗入路径以及隧道水沟内水渗入道床底部的路径。本文主要结合某滨海填土区盾构隧道道床翻浆冒泥病害进行原因分析，介绍治理工艺，为其他类似工程提供参考。

1 工程概况

某地铁线路于2011年开通，线路距离海域最近处仅2 km，部分区间处于滨海填土地区。区间隧道主体为盾构隧道，衬砌管片外径6 m，管片厚度30 cm。区域地质情况较为复杂，包含人工填土及建筑垃圾、填碎石层、填块石层、海积淤泥层，淤泥层分布广、厚度大，人工填筑无规律，且硬岩突起。在该盾构隧道建成后，其周边在建和拟建项目较多，周围建筑环境复杂。

运营维保人员于2018年发现，隧道两侧水沟出现大量泥沙、黏土质淤泥，主要从水沟混凝土与管片、道床交接缝隙处涌出。根据隧道断面扫描数据，隧道水平最大变形达到12.6 cm，整个隧道管片都发生了不同程度变形，道床结构表面产生了横向裂缝。根据盾构隧道结构特征，可推测道床结构与衬砌管片之间产生了不同程度的脱空。为防止道床结构进一步破损，最终影响到地铁列车的正常运营，需对该病害进行整治。

2 翻浆冒泥病害特征

2.1 病害现场情况

如图1、图2所示，隧道内侧沟涌现大量黏土质淤泥、泥沙，主要来自排水沟与道床及衬砌管片间的缝隙。排水沟涌泥、涌砂的区段内大量管片接缝发生渗漏，管片间发生错动，最大错动量达到3 cm。

2.2 隧道及道床变形

病害区段道床变形比较明显，对道床沉降变形进行长期的变形监测，如图3所示。数据表明，道床最大下沉量达到30 mm，最大隆起量达到18.3 mm。为保证地铁列车正常运行，已多次对接触网进行调整，保证接触网导高。若变形继续，超过接触网的调节限值，地铁列车的安全运行将受到严重影响。

道床纵向沉降变形的直接诱因是衬砌管片的不均匀变形，故对衬砌管片的变形进行了监测，监测数据如图4所示，隧道水平最大宽度变化峰值超过10 cm。

2.3 结构安全检算

结合管片变形数据及地层、结构信息，对结构安全进行数值计算，图5中计算结果表明，衬砌管片最大拉应力达到1.851 MPa。衬砌管片为C50钢筋混凝土管片，其抗拉强度设计值为1.89 MPa，强度储备仅剩余2%。现场已发现多处衬砌管片拱顶部位发生开裂、管片破损的情况，如图6所示。

对道床底部不同空隙大小工况条件进行道床应力计算，在离缝（道床结构与衬砌结构脱离形成空隙）出现前后，道床受力状态由受压变为局部受弯，结构最大拉应力由0.69 MPa增加到1.43MPa，如图7所示。应力超过道床混凝土的抗拉强度设计值，导致道床结构开裂。现场发現病害区段每段道床表面均有裂缝产生，且道床变形缝扩大，如图8所示。

3 原因分析

3.1 结构因素

盾构隧道结构特征如图9所示，在盾构管片拼装完成后再施做道床结构，道床结构与衬砌结构之间存在一个不连续界面。道床一般为每段长度不大于12.5 m的钢筋混凝土结构，衬砌为长度1.5 m或1.2 m的钢筋混凝土管片结构，道床结构与衬砌管片各为刚体，变形不协调。当衬砌管片发生不均匀变形（即不同环管片间发生相对位移）时，管片与道床结构的不协调变形导致二者之间产生空隙。管片变形过大将导致管片接缝局部防水体系失效，地下水渗入隧道内部环境，存储在管片与道床结构间的空隙中。在列车荷载作用下，道床将发生一定的向下弯折变形，对整个空隙内存储的地下水形成挤压，地下水在道床的挤压作用下将沿着道床与管片的缝隙发生扩散。道床结构两侧厚度较薄，抗水压能力相对较为薄弱，地下水进而沿着两侧扩散，从水沟与管片、道床结构之间的缝隙中涌出，形成表观的道床翻浆冒泥现象。

3.2 扰动因素

衬砌管片间采用螺栓连接，盾构隧道整体是一个柔性结构，在围岩发生变形时，衬砌管片将伴随围岩发生一定程度变形。该区间地处滨海填土区，如图10所示，地质条件复杂，隧道穿越不同地质层。隧道开挖扰动后，不同地质层对扰动的响应不同，将导致周围地层的不均匀沉降，进而导致衬砌管片的不均匀变形。

除了隧道开挖的扰动，隧道建成后周边不间断的物业开发将导致反复扰动，形成反复的加载、卸载作用，加剧了地层的不均匀沉降。

4 治理措施

为防止病害的进一步劣化，离缝的进一步扩张，对该道床翻浆冒泥病害进行紧急治理。治理目标为填充离缝，使道床与衬砌结构间无存水存泥空隙，防止离缝内储存的地下水在列车周期性荷载作用下进一步挤压扩散，控制离缝范围的扩大。

4.1 填充材料

考虑到运营线路作业时间短、治理结束随即正常运营的特点，需要材料满足以下条件。

（1）凝結时间快，作业结束约2 h后，线路将恢复正常运营，故要求材料2 h内必须固结并达到一定强度;

（2）力学强度够，材料固结后抗压强度应不低于结构强度，避免充填材料在应用过程中压溃，同时材料与离缝两侧结构还应该具有一定的粘结强度;

（3）在有水条件下应能够正常固结;

（4）具有较强的渗透性，能够对细微缝隙进行充填，以保证道床结构与衬砌管片间的密实性。

根据上述条件选择强度及适应变形能力强的HM-24型改性环氧材料，采取高压注浆的方式将填充材料注入离缝空隙内。性能参数如表1所示。

4.2 治理工艺

对翻浆冒泥段排水沟与管片交接的位置、排水沟与道床交接的位置进行凿槽，并用速凝水泥进行封闭，以防注浆过程中浆液溢出。病害区段注浆孔布置如图11～图13所示。

注浆过程中遵循Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔的顺序进行注浆，注浆初始压力为0.1～0.3 MPa，终压为0.5MPa。当达到如下标准时注浆结束：①注浆压力达到0.5MPa，达到终压后稳定5～7 min即可停止注浆;②注浆量减小，通过注浆料筒观察浆液不再减少后，稳定3～5 min即可停止注浆。

5 结语

上述措施在该滨海地铁线路病害区域，取得了较好的治理效果，治理完成后，道床沉降基本稳定，无继续发展趋势。虽然从隧道内部结构入手，能够解决当前翻浆冒泥病害问题，但对隧道整体形变无抑制作用。长远看来，还应从稳固隧道衬砌结构出发，综合隧道内外治理措施。

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收稿日期 2019-10-16

责任编辑 孙锐娇

Analysis on measures on mud pumping in a metro shield tunnel in coastal reclamation area

Xu Shida

Abstract： As a metro shield tunnel in a coastal reclamation area， the track malfunction of mud pumping from the track bed appears after 8 years of operation. Based on the geological conditions and structural characteristics in the tunnel area， the causes of the disease are analyzed： （1） the geological conditions are complex， the tunnel is in the muddy stratum， and the lining structure has uneven deformation， （2） the track bed structure and the lining segment are not compact， and the deformation of the track bed and segment structure are not matched. Based on the cause of the disease， the scheme to take measures of filling the gap between the track bed structure and the segment structure with proper materials is made.

Keywords： subway， shield， tunnel， mud pumping， measures