既有盾构隧道管片衬砌结构病害、成因研究

摘要：针对既有盾构隧道管片衬砌结构的主要病害及其成因开展研究。首先，通过调研和查阅相关文献，了解、总结、分析既有盾构隧道管片衬砌结构的病害发生条件、发展过程及对盾构隧道功能的危害。其次针对不同工程水文地质条件、不同使用功能、不同隧道规模等主要因素，并综合施工工艺流程、营运环境等具体因素，分别对盾构隧道管片衬砌结构病害的成因进行分析、总结。综合分析得出盾构隧道管片衬砌结构的主要病害有很多，包括衬砌结构错台、渗漏水、衬砌结构破损与开裂、材料劣化、纵向不均匀沉降等。最后对主要病害的成因进行了透彻的分析、研究。该研究对今后盾构隧道的修建及养护有很大的作用。

关键词：盾构隧道 管片衬砌结构 病害 成因

The Existing Shield Tunnel Segment Lining Structure’s Occurrence Of Disease Conditions 

TANG Li- ke

(Civil Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu  611756  China)

Abstract：The purpose of this paper is to analyze the existing shield tunnel segment lining structure’s occurrence of disease conditions. Firstly, Through research and consult the relevant literature, existing shield tunnel segment lining structure’s occurrence of disease conditions, the process of development and the harm to shield tunnel’s function were summarized.Besides ,according to the main factors of different engineering hydrogeological conditions, different use functions and different scale of tunnels, also the specific factors of construction technological process and operating environment, we have carried on the analysis and summary about the cause of shield tunnel segment lining structure’s diseases were analysed and summaried. The comprehensive analysis indicated that there are a lot of  main diseases of shield tunnel segment lining structure, including lining structure fault，water leakage，the breakage and cracking of lining structure，material degradation，the longitudinal uneven settlement and so on.Finally, the cause of the main diseases were discussed and analysed.This thesis supplies some suggestions about construction and maintenance of shield tunnel in the future., with good practice and theory sense.

Key words: shield tunnel; the segment lining structure; disease；causes

引言

伴随近年来大量盾构隧道的建设，不少已建甚至在建的盾构隧道开始出现了不同程度的病害问题。目前国内外盾构隧道的修建普遍使用单层管片衬砌作为支护结构，在管片制造、施工以及运营阶段不可避免地会出现管片错台、管片开裂破损、渗漏水、混凝土腐蚀老化甚至剥落掉块、钢筋锈蚀等不同病害，有时在极大的荷载作用下还可能出现管片严重破坏，甚至导致衬砌结构整体失稳，除此之外，在营运过程中还可能受到列车撞击、火灾及地震的威胁。管片结构作为盾构隧道的结构主体，同时也是组成衬砌结构的基本单元，其材料性能、结构设计方法以及耐久性对隧道结构在设计使用年限内的耐久性和正常使用具有决定性的影响；并且隧道工程项目从开始规划到竣工验收投资巨大，乃至使用过程中修复的困难，如果一旦由于管片破坏导致工程过早破坏失效，必将造成巨大的经济损失。

本文对既有盾构隧道管片衬砌结构病害、成因进行研究，以保证盾构隧道的安全营运和延长使用寿命。

1.病害及损伤产生的主要原因

1.1衬砌结构管片错台引起损伤破坏

1、在隧道开挖施工过程中盾尾间隙中间灌浆不足或者在二次注浆不及时。

2、管片安装过程中连接螺栓不到位，从而引起管片环向连接错位，从而使紧固螺栓受力不均，甚至引起次内力的产生，在受力螺栓栓孔附近引起损伤破裂。

3、管片选型不合理。管片选择应该严格按照实际情况，防止盾尾间隙过小。

4、盾构机掘进方向控制不佳，顶推千斤顶使管片前端受力不均，引起管片错台。

1.2渗透水引起损伤破坏

由于长期渗漏水容易使衬砌结构剥落、风化，隧道的使用可靠性将降低，如果渗漏水中含有侵蚀介质，将造成衬砌劣化，降低衬砌的承载能力。地下水向隧道区域汇集将浸泡腐蚀隧道周围土层，使周围土层强度和稳定性降低，冲淘衬砌背后土层形成空洞，影响围岩和衬砌的长期稳定，形成巨大水压力，威胁衬砌安全。

1、隧道衬砌结构拼装不到位。管道接缝不密实均匀，混凝土出现碎裂，导致止水条与管片间不能密贴，拼装封顶块时止水条脱落引起渗漏。

2、衬砌结构制作不合格。导致衬砌管片接口处有空隙、裂缝等缺陷

3、注浆质量的影响，管壁内注浆质量差、充填振捣不密实，不能使围岩和衬砌整体均匀接触

4、防水材质质量差造成的防水失效或防水效果差。隧道内既有的防、排水设施由于年久失修等原因所引起的服务效果差。

1.3管片衬砌结构局部破损及开裂

1、运营维护不到位所致。运营盾构隧道往往都会受到不对称荷载引起管片开裂与破损。

2、搬运和堆放时造成的破损。在搬运、堆放过程中的碰磕，经常导致被碰磕位置处产生小块破裂。

3、管片拼装操作失误引起的破损拼装时，由于管片环面之间及相邻两块管片间接触面达不到理想的平行状态，使得衬砌角部先受力从而产生应力集中，导致管片角部破损。

1.4材料劣化

混凝土结构的耐久性是指：环境作用下，结构在设计要求的目标使用期(设计基准期) 内，在适当的维护条件下，保持其安全、使用功能和外观要求的能力。

1、混凝土劣化造成病害

微裂缝和孔隙是引起混凝土劣化的初因，在环境作用使孔隙、裂缝扩展与连通。

同时混凝土中大量孔隙的存在，为侵蚀介质的渗透提供了通道，降低了其耐久性。

2、钢筋锈蚀

钢筋锈蚀导致钢筋和混凝土之间的结合强度下降，粘结削弱，从而不能把钢筋所受的拉伸强度全部有效传递给混凝土。若有害离子浓度更高，钢筋锈蚀更快，导致结构物迅速破坏乃至丧失功能。

1.5纵向不均匀沉降

地铁通车运行后，会因多种原因产生盾构隧道纵向不均匀沉降，诸如列车振动、渗漏、土体不均匀性等。隧道纵向不均匀沉降会使隧道产生错台或弯曲变形，导致隧道接缝张开，渗漏水加剧，甚至漏沙漏泥 ，长此以往，地铁运营安全和乘客的舒适性将受到影响，维修费用将随之急速增加。

1、地表不均匀沉降。地下工程的开挖施工，无论埋深大小，均将扰动地下岩土体，破坏原有的平衡状态。在这个过程中地表、地下岩土体及其中的结构物势必发生位移及变形。这种不均匀位移是造成盾构隧道纵向不均匀沉降的原因之一。

2、超载的地铁结构长期处于低频且连续振动的环境下，不停循环的列车振动导致软土下卧层地基产生较大的纵向沉降。

3、在隧道周围一定保护区内频繁的建筑基坑开挖活动，将会影响并使得隧道结构产生一定的沉降变形。

2 结语

总体上说，目前盾构隧道管片衬砌结构的主要病害有很多，主要包括衬砌结构错台、渗漏水、衬砌结构破损与开裂、材料劣化、纵向不均匀沉降等。众多的工程实践表明，盾构隧道施工期出现的管片裂损错台、渗漏、不均匀沉降等问题越来越不可忽视，研究盾构隧道管片衬砌结构病害的产生原因以及各种环境条件对管片结构可能造成的破坏和损坏已经迫在眉睫。

3参考文献

[1]汤漩, 黄宏伟. 盾构隧道衬砌设计中几个问题的研究[J]. 地下空间, 2003, 23(2): 210-215. (TANG Xuan, HUANG Hong-wei. A Study on Several Key Topics of Shield Tunnel Lining Design[J]. Underground Space, 2003, 23(2): 210-215. (in Chinese)).

[2]朱伟, 陈仁俊. 盾构隧道施工技术现状及展望(第二讲)—盾构隧道技术问题和施工管理[J]. 岩土工程界, 2001(12): 14-16. (ZHU Wei, CHEN Ren-jun. Status and Expectation of Shield Tunnel Construction Technology[J]. Geotechnical Engineering World, 2001(12): 14-16. (in Chinese)).

[3]张曙辉. 盾构施工时管片产生裂缝的原因及对策[J]. 施工技术, 2007(6): 73-74. (ZHANG Shu- hui. The cause and countermeasure for tubular disc-produced crack in shield-tunneling construction[J]. Construction Technology, 2007(6): 73-74. (in Chinese))

[4]陆永芳. 盾构隧道管片衬砌裂纹病害整治技术[J]. 山西建筑，2008，34(17):325-326

[5]王振信. 盾构法隧道的耐久性[ J] . 地下工程与隧道,2002, (2) : 2-5

[6]