某城市运营轨道交通隧道结构加固施工论述

摘要随着城市交通网络的日趋完善，地下隧道在交通路网中所占的比重越来越大。但无论是在建的隧道还是运营中的隧道均会因为各种原因而对隧道衬砌结构造成不同程度的破坏。某城市轨道交通区间盾构隧道建成通车后其邻近物业历时5年施工有一定结构损伤，采用技术成熟、先进的防水堵水材料，并结合采用自主研发的针对性的机械手设备进行结构钢圈的安设，对盾构区间进行永久性加固处理，来满足工程的结构耐久性与长期防水性的需要。

关键词轨道交通 隧道受损 横向变形 环氧 堵漏 钢圈加固

中图分类号：C913.32 文献标识码：A 文章编号：

1．前言

随着城市交通网络的日趋完善，地下隧道在交通路网中所占的比重越来越大。但无论是在建的隧道还是运营中的隧道均会因为各种原因而对隧道衬砌结构造成不同程度的破坏。

某城市轨道交通区间盾构隧道建成通车后其邻近物业历时5年施工。临近物业塔楼基坑挖深约8.8~12.05m，裙楼基坑挖深约6.9m，基坑底位于砂层。隧道埋深7.5~8.25m，区间隧道距离基坑围护结构最近约5.7m。隧道埋深较浅，地质总体状况较差，地下水较丰富，水位地面下约3m。

主要破损形式（1）横鸭蛋变形：由于是通错缝管片形式受力较好，表现为顶部存在贯穿裂缝，两腰渗漏水；（2）不均匀沉降：表现衬砌剥落和环高差。

参考其他城市运营隧道损坏后类似加固施工进行加固施工：采用技术成熟、先进的防水堵水材料，并结合采用自主研发的机械手臂进行结构钢圈的安设，对隧道区间进行永久性加固处理，来满足工程的结构耐久性与长期防水性的需要。

2．施工工艺特点、工艺原理

2.1施工工艺特点

隧道结构钢圈加固施工工艺最大特点就是确保运营隧道的运营不受影响：在有限的地铁停运时间里，不改变隧道内各种运营限界要求，不改变运营电力等配合要求，完成钢圈支撑加固的整个施工过程和各个辅助环节的工作。

2.2工艺原理

结构补强：以原有钢筋混凝土结构，辅助以管片内弧安装一圈2~3cm的钢板形成钢圈支撑，且由于是运营隧道道床的存在，在保留道床的前提下在上部安装钢环板的基础上下部增加钢牛腿和钢拉条的特殊处理，形成完整钢圈支撑。同时还在钢圈与混凝土管片之间通过充填灌注刚性环氧浆液粘结，形成一个新的圆形受力结构。

结构防水：以原有钢筋混凝土结构自防水及管片弹性密封垫防水为基础，在环纵缝内采用灌注环氧浆液， 形成多道防水防线，确保渗漏水封堵的效果。

3． 主要设备（机械手）

主要功能：能在φ5500mm隧道空间内钳住弧长3300mm\宽850mm\厚30mm\R=2750mm的弧形钢环板，并能将该钢环板穿越隧道内管线，拼装到φ5500mm隧道内壁上。

图3.1 机械手构件图

4． 主要施工技术介绍

4.1具体施工工艺流程见图4.1

图4.1运营隧道钢圈支撑施工详细流程图

4.2 操作要点

4.2.1管线改排

施工前将施工范围内有影响的管线临时进行改排，具备钢环安装条件，而在施工完成后进行原位恢复。原则是确保轨道交通正常运营的前提下及时有效地完成钢圈支撑的安装。

4.2.3 环、纵缝环氧树脂封堵处理

环、纵缝处理均采用灌注弹性环氧的处理方法。

主要布序：

1、需要封堵得环、纵缝表面适当位置进行打磨 ；

2、打磨后的界面涂刷底油；

3、节点制作；

4、预设固定注浆嘴，用于灌浆和出气；

4.2.4钢圈支撑安装

4.2.4.1 管片除尘清理

首先是施工范围内的管片清理工作，保证管片弧度平整、无渗漏水

4.2.4.2 钢圈尺寸、规格、分块

钢圈共分为5块，底部两块牛腿和上部三块环板；

1、底部牛腿所用钢板厚度为30mm，弧长约为2.83m，；

2、上半环考虑避开隧道内各种排架分为3大块；

3、钢板采用外弧面聚脲喷涂防腐的钢板：采用SPUR（喷涂型聚脲弹性体）涂层做防腐蚀处理。而在焊接施工结束后对钢环表面进行全方位的补喷，确保整体防腐；

4、钢板材质：材质为Q345B。

4.2.4.3钢板制作

1）放样：针对每一环的、每一块的钢环制作进行现场放样，确定制作尺寸；

2）制作：按照放样尺寸及图纸要求进行钢环板的加工、制作；

3）标示：对每一块加工好的钢板进行明显统一的标示，便于区分。

4.2.4.4牛腿支架安装

1、施工前夕在道床两侧需进行部分道床混凝土的凿除工作且表面进行凿毛处理；

2、牛腿支架与管片内弧采用膨胀螺栓连接；

3、牛腿支架内设置排水管；

4、牛腿支架上预留压注孔。

4.2.4.5环形钢板安装

1、在牛腿支架安装完成后，开始进行环形钢板的安装工作，从一侧牛腿支架上的环形钢板开始拼装；

2、利用机械手臂将环形钢板进行就位。相邻两块上下要求对接紧密，前后两端对齐；

3、在环形钢板就位后马上进行环板固定工作。利用膨胀螺栓进行固定；

4、膨胀螺栓的埋设采用排孔的方式依次进行，并在钢板上提前预留孔位；

5、环形钢板与环形钢板采用点焊定位，最后拼装接口的焊接采用坡口焊。

4.2.4.6钢拉条安装

1、在环板全部安装完成后再进行道床上牛腿支架与牛腿支架之间的钢板连接；

2、钢板设置在轨枕之间的间隔位置；

3、钢板尺寸采用规格2~4根20*150*1100mm（中间采用对接方式）；

4、每环钢圈应至少设1根拉板。如果单根拉板与钢牛腿中心偏差大于100mm，则设置2根拉板。

4.2.4.7 钢圈支撑成环焊接

1、在钢圈安装全部安装完毕后，各支撑之间进行整体焊接；

2、焊接采用co2气体保护焊，焊缝质量等级满足满焊要求，验收达到三级质量标准。

4.2.5 环氧填充

环形钢圈安装完成后马上进行环形钢板与管片之间的环氧树脂压注填充工作。

1、钢板弧度两侧与管片接缝采用环氧胶泥进行封堵；

2、根据分层情况预埋足够数量的注浆孔（兼作出气孔）；

3、利用移动平板搭设活动作业平台，采用小型电动注浆泵压注环氧树脂；

4、压注顺序自下而上分层压注，直至顶部预留孔溢出树脂后停止压注。

4.2.6排水管和道床的恢复

在钢管片施工完成后进行PVC管的铺设，同时按照设计要求进行道床的恢复和排水沟漕的施工。

4.3钢圈加固施工针对轨道交通运营特点的提出的其他要求

1、机械手臂有专人指挥和操作，；

2、机械手、平板运输过程，车上设备、材料固定牢固，专人押车；

3、施工前各家管线配合单位做好相关的应急预案和施工过程监护保护方案

4、；施工过程相关管线配合单位确保到场，发生管线损害情况立即启动修复预案，及时进行修复工作，确保第二天轨道交通的正常运营。

5、施工收尾做好工完料清，并专人做好清场检查工作；

6、施工完工材料、设备做好固定工作，以免发生意外；

7、施工区域做好与轨道交通运行总控制室的联系工作，可以配备对讲机或是电话分机以防意外发生，必要时施工期间在隧道两端派专人监护；

8、严格控制好作业时间；

10、发生意外，逐级上报，并启动应急小组人员，参与轨道交通的抢险施工。

5．结论及建议

1、本施工工艺从2011年底开始前期各项准备工作，至2012年年末完成钢圈安装的主要工程量，从钢圈安装开始施工至钢圈安装结束，整个施工期间隧道监测数据基本稳定，隧道收敛变形和沉降没有发生进一步不良发展,实践证明在隧道内部采用钢板环进行衬砌加固，在一定程度上能减小隧道的受力变形，隧道变形得到很好控制，隧道结构基本稳定。；

2、施工结束后隧道外观质量得到明显改善，基本杜决管片碎裂、掉块和环、纵缝渗、漏水现象；

4、运营隧道内钢板加固施工有效工作时间短，作业空间狭小。各类设备、管线数量繁多，同时边运营边施工，施工安全风险高，施工的经验需要较长时间摸索和积累。所以为了确保加固施工的有效性和安全考虑，类似施工应选择具有一定类似施工经验的施工单位。