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1、设计与研究上海软土地铁隧道变形影响因素及变形特征分析王如路(上海地铁运营有限公司)摘要:盾构法隧道是上海软土地铁隧道的主要型式,隧道过大的纵向和横向变形是危及结构安全的重要病害之一。根据上海地铁隧道结构长期监测数据和监护实践,对其结构变形产生的原因、变形过程及变形特征进行了分析,所得到的结论有助于指导地铁隧道日常维护和变形控制。关键词:地铁隧道;纵向沉降;变形;渗漏水;破坏上海地铁建设经过近30年的持续探索、试验研究和实践,在设计和施工方面取得了大量的技术成果和实际经验,形成了一整套适合上海地质条件和施工环境特点的地铁建设工程设计和
2、施工方法。目前,随着上海轨道交通网络化运营的初步实现,工作日客流维持在320万人次以上,最大日客流超过382.8万人次,客流量占公交比重超过20%。面对如此庞大的轨道交通网络和客流状况,地铁隧道结构安全愈显重要。隧道变形的稳定可控是地铁安全运营的重要保障之一,其纵向变形及防水研究越来越受到工程设计、施工和运营单位的重视。1地铁盾构隧道特点在上海轨道交通建设中,其区间隧道大多采用盾构法施工,在盾构隧道拼装型式中又以通缝拼装居多数。盾构法隧道与其它隧道相比,其特点就是多缝。一般情况下,一条隧道的接缝总长度达到隧道长度的20多倍。因此,盾
3、构隧道的多缝已成为隧道发生渗漏水的最直接因素。单圆通缝隧道管片厚度350mm,管片混凝土强度为C55,抗渗等级为1MPa。一般隧道衬砌环由6块管片拼装而成,即由一块小封顶块F、两块邻接块L、两块标准块B和一块大拱底块组成(见图1)。(1)大拱底块布置了两条对称的三角肋,在隧道施工期间可搁置运输用的轨枕,提供运输通道;在整体道床浇筑后,有利于加强道床和隧道间的整体联系,增加隧道底部刚度,提高道床与衬砌间的环向抗剪力;在运营期间,可控制道床与隧道脱开后发生的相对移动。(2)在靠近隧道外弧面设弹性密封垫槽,内弧面设嵌缝槽。(3)在管片环面
4、中部设了较大的凹凸榫,既利于施工装配、定位和拼装密贴,又可以提高施工过程中承受千斤顶顶力的能力,有效防止环面压损,同时也可提高隧道环向接头部位的抗剪能力,有利于协调隧道纵向差异沉降。图1通缝拼装隧道示意图5)1)(4)在管片端肋纵缝内设较小的凹凸榫。(5)环向管片间以2根M30的环向螺栓紧密相连,纵向环间以17根纵向螺栓相连。既能适应一定的纵向变形,又能满足列车运行时防水要求。管片之间的连接螺栓有直螺栓、斜螺栓、弯螺栓之分,直螺栓受力后变形最小。单圆错缝拼装隧道的管片分块角度与通缝拼装略有不同,隔环相同,拱底块不设三角肋。错缝拼装隧
5、道的纵向刚度比通缝隧道要大一些,但不论是通缝还是错缝拼装,隧道总体上表现为/环刚纵柔0。盾构隧道是由一系列带凹凸榫的管片通过压紧装配和螺栓紧固连接而成。沿单环环向和隧道纵向的刚度不是均匀的,又因管片构造装配连接等因素,纵向变形和横向收敛变形在一定范围内相互影响,使隧道整体受力和变形变得十分复杂。一条隧道要穿越性质不同的软弱土层,一般存在着拉压、剪切、扭转等受力状况。研究表明:隧道所发生的变形不仅与隧道本身结构和装配是否良好直接相关,还与地质条件、施工质量、施工扰动、内外部荷载变化、列车发车密度及周边工程施工影响等因素相关。根据结构测
6、量资料表明:建于软弱地层中的隧道纵向变形与其下卧土层的变位极为密切。因此,无论是隧道建设期间还是运营期间,保持隧道周围土层的稳定性,尤其是保持隧道下卧土层的稳定性是至关重要的。2隧道常见病害及因素分析2.1运营隧道常见病害现象通过对运营隧道的长期监测,发现存在不同程度的安全病害。(1)受到各类因素的影响,个别区间隧道发生了较大的纵向累计沉降量和不均匀沉降量,从而导致轨道线路与设计调坡不一致。(2)车站与隧道结合部位存在着不同程度的渗漏水现象,发生了较明显的不均匀沉降。究其原因,是由于车站本体和隧道连接部位的纵向刚度差异较大,基础刚度
7、不一所致。(3)在区间旁通道或泵站两侧一定范围内的渗漏水较其它部位明显,累计沉降和不均匀沉降要比其它部位大。主要原因是地质条件复杂、施工经验不足或施工方法不当所致。(4)高架与地下过渡线路的U型槽段发生了较大的不均匀沉降,主要原因是基础型式不同,基础刚)2)度差异性较大。(5)在地铁1号线车站中,受限于当时的技术、经济条件,为满足车站抗浮安全的要求,有5座车站设倒滤层。由于常年不间断地抽水,个别车站发生了较大的纵向沉降。(6)少数管片存在缺角现象,个别封顶块沿纵向有裂缝现象。主要原因是管片制作、养护、运输及施工中的推进、拼装、注浆等
8、因素引起的。(7)隧道变形较大的部位一般在隧道施工期间发生过事故或存在工程质量问题,因对隧道周围土层扰动过大,致使工后发生了较大的固结和次固结沉降变形。(8)一般来讲,隧道环缝、十字缝及T字缝发生渗漏水相对较多,通缝渗漏水相对较少。隧
