城市地铁隧道衬砌病害分析及加固方法研究

发表时间：2020-12-30T03:10:38.930Z 来源：《防护工程》2020年27期 作者： 张岩

[导读] 近几年随着我国城市化进程的步伐不断加快，城市人口数量日益增加，加剧了城市交通压力，原有的城市交通出行方式已经难以满足人们的出行需求。

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摘 要：近几年随着我国城市化进程的步伐不断加快，城市人口数量日益增加，加剧了城市交通压力，原有的城市交通出行方式已经难以满足人们的出行需求。城市地铁作为一种新型的城市交通方式，因其便捷安全和高效的出行特点极大地缓解了目前城市交通压力，已经在城市市政建设中被广泛应用。地铁隧道衬砌结构作为地铁施工的重要组成部分，其结构稳定性对于确保地铁安全可靠的运行具有重要作用。因此，本文就城市地铁隧道衬砌结构的常见病害类型出现的原因和加固处理措施展开了分析研究，以供参考。 关键词：城市地铁；隧道衬砌；病害；加固方法

1 城市地铁隧道衬砌病害及原因分析 1.1 衬砌渗漏水

在城市地铁施工过程中，衬砌结构的承载力是决定隧道结构安全性的关键因素，如果在隧道中出现带有侵蚀性介质的长期渗漏水，将会使得地铁电气设备和隧道结构的安全性能均大打折扣。

众所周知，地铁隧道施工是采用明挖法和矿山法这两种施工方法，施工方法不同，相应的衬砌结构施工也具有一定的差异性。例如，在采用整体式浇筑施工的衬砌结构的施工缝、混凝土结构自身开裂等位置，都极易出现渗漏水；而在一些装配式管片的衬砌结构中，管片间接缝、注浆孔以及螺栓孔等位置，也极易出现渗漏水，严重影响隧道结构的安全性能[1]。

针对衬砌渗漏水出现的原因，一方面，在采用装配式管片的衬砌结构施工过程中，应该严格把控密封材料的质量，尽量采用密封性能良好的材料，同时，还应该严格把控管片制作和运输过程，确保管片的质量符合施工要求，最大程度的避免因管片拼合不严等施工技术和施工材料问题引发的渗漏水问题。另一方面，在整体浇筑的衬砌结构施工时，还应该着重严格把控混凝土材料的配合比。 1.2 衬砌裂缝及脱落

通常情况下，地铁隧道中的衬砌结构施工均采用混凝土浇筑式施工，在现场浇筑混凝土结构的过程中，如果浇筑施工工人没有严格按照施工规范施工，将极易导致衬砌开裂，衬砌裂缝是衬砌结构的一种重要病害形式。除此之外，隧洞超挖会使得衬砌局部应力集中，最终导致出现衬砌裂缝。

根据相关研究发现，在盾构隧道的衬砌施工过程中，组装施工阶段的管片拼装等因素不符合相关施工规范要求是引发隧道衬砌裂缝的主要原因。与此同时，在地铁运行过程中地表运行载荷压力过大，以及地下水位发生变化等因素会导致隧道的承载力和稳定性发生变化，超过合理范围将会引发产生衬砌裂缝。衬砌裂缝对于衬砌结构的稳定性和安全性都会造成严重的影响，因此，及时对裂缝的表面和内部进行封堵加固显得很有必要。 1.3 衬砌性能劣化

在地铁隧道衬砌施工过程中，除了设计因素和施工因素，衬砌渗漏水和衬砌裂缝等病害因素的影响，均会加剧衬砌性能的劣化，导致城市地铁隧道中的衬砌结构的稳定性和安全性难以有效确保。

如果在隧道施工中受到带有侵蚀性介质的长期渗漏水的影响，将会致使衬砌混凝土风化剥落，加速衬砌开裂，与此同时，渗漏水中的腐蚀离子和裂缝内壁空气中的二氧化碳结合，会加速混凝土的碳化速度和劣化速度，导致混凝土的保护层失去作用，从而加速钢筋和外部潮湿空气以及地下水发生锈蚀反应，以致发生局部衬砌脱落，最终导致衬砌结构的实际使用性能和使用寿命大打折扣，严重影响地铁的运行安全和稳定性。 2 衬砌病害的检测

针对地铁隧道衬砌病害会严重影响铁隧道工程建设全过程，会严重削减城市地铁运行使用寿命的情况，加强地铁隧道衬砌病害的检测显得很有必要。为此，首先，针对实践中已经出现的地铁隧道衬砌病害，应该根据实际情况，构建行之有效的观测系统，以确保通过对病害问题的跟踪测量，对于一些变化相对比较迅速的地方，应该及时采取相应的加固处理措施。其次，应该结合实际情况，通过分析和研究自身所处的位置、衬砌的发展变化规律，建立地铁隧道的衬砌检测长效机制，并制定严格的检测管理制度，通过对地铁隧道的衬砌中的重

点宽度和长度等进行仔细地记录和分析，并加强对地铁隧道的衬砌变形问题进行定期、不定期的观测和分析[2]，实现对潜在的衬砌病害实时监控，更好的防患于未然。再者，还应该在具体实践过程中，在地铁隧道衬砌结构自身的安全性和稳定性方面加强病害检测。 衬砌裂缝作为地铁隧道衬砌结构中重要的病害之一，在观察和检测过程中，应该结合实际情况采取有效措施。一方面，针对衬砌内部的裂缝中问题较小的裂缝，往往是影响隧道结构安全性和稳定性的重要因素，应该加强检测力度；应一方面，对于已经开裂到衬砌表面的裂缝，应该及时结合实际情况进行加固处理，以有效确保城市地铁安全、可靠运行。 3 城市地铁隧道衬砌加固方法

针对城市地铁隧道中的渗漏水问题，根据渗漏水程度不同，相应的处理方法也具有一定得差异性。首先，对于因混凝土材料收缩或者是混凝土材料自身问题引发的渗漏，如果超过合理允许范围，致使发生沉降而出现结构性裂缝的情况，应该仔细分析研究裂缝的形成原因并采取行之有效的加固处理措施。其次，针对仅出现湿渍的情况，只需采取跟踪观察的方法即可。再者，针对出现渗水、滴漏甚至带泥沙等情况，应该及时采用加压灌注环氧树脂类进行封堵处理。

通常情况下，针对于衬砌开裂及脱落病害，常采用的加固处理方法有衬砌内部和外部两种方法。其中，衬砌的外部加固方法主要是通过灌注水泥基浆液填充外部的孔隙和背洞的微扰动注浆方法进行加固，该方法的主要缺点是极易导致外部土体发生固结沉降，所以实际的应用范围具有一定的局限性。在实际的城市地铁隧道衬砌开裂病害加固过程中，主要通过内部加固的方法进行处理。内部加固处理方法主要是通过采用钢拱架、FRP、TRC、钢板等材料进行内壁加固，以此来有效提升衬砌的力学强度，进而有效防止衬砌裂缝进一步加速扩展。周所周知，地铁隧道施工环境阴暗潮湿、复杂多变，施工空间有限，对于加固材料的耐久性和耐火性均有一定的要求[3]。随着近几年科学技术的发展，建筑材料更新日新月异，FRP等聚合物纤维布材料和FRCM等水泥基基体-FRP组合材料的出现，进一步满足了隧道衬砌开裂施工耐久性和耐火性的要求，对于提升区段衬砌的整体力学性和衬砌的抗拉强度具有重要意义。

针对城市地铁隧道中的衬砌劣化问题，根据混凝土强度的下降程度不同，相应的处理方法也具有一定的差异性。首先，对于混凝土出现局部疏松、脱落的部分，应该先将劣化表面的混凝土剔除干净，再重新浇筑混凝土，并且如果钢筋出现锈蚀，应该做除锈和防锈工作。其次，对于较大面积或区段的强度显著下降的衬砌劣化问题，已经威胁到衬砌的力学强度和稳定性时，应该采用内表面钢拱架、黏结FRP或钢板等抗拉材料，外部锚杆支护等方法进行加固。再者，对于混凝土碳化深度未达到保护层厚度的，只需要对表面裂缝进行修补即可。 结束语

总而言之，城市地铁隧道衬砌裂损病害不仅会严重影响地铁隧道的稳定性和抗拉强度，而且会严重威胁地铁运营的安全性和稳定性。为了有效确保地铁使用人员的生命财产安全，应该结合实际情况，加强对地铁隧道衬砌病害的分析和研究，并采取“事前预防、事中管理、时候控制”的处理原则，最大程度的降低隧道衬砌的影响和危害。 参考文献

[1]吴耀宗.地质雷达在公路隧道养护管理中的应用[J].四川建筑，2018，38(04):56-57+61. [2]余敏.铁路隧道衬砌病害整治若干问题的研究[J].绿色环保建材，2018(08):142+145.

[3]刘卫平.某公路隧道衬砌病害成因分析及临时加固措施研究[J].山西交通科技，2018(04):113-115.