施工期盾构隧道管片衬砌裂损病害统计分析

铁 数量 与里程 的不 断 增加 ，地 铁 盾 构 隧道 穿 越 地 层 愈 的管 片病 害调研 对 象大 多 数 是 运 营期 盾 构 隧道 ，而 对
加 复杂 ，盾构 施工过 程 中质量 问题逐 渐增 多 ，地 铁盾 构 隧道 的整体 施工 、营运情 况不 容乐 观 。
对 于百 年生命 线 的 地铁 工 程 ，管 片 裂 损是 施 工 中
Ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｃｒａｃｋｉｎｇ Ｄｉｓｅａｓｅ ｉｎ Ｓｅｇｍ ｅｎｔ Ｌｉｎｉｎｇ ｆｏｒ Ｓｈｉｅｌｄ Ｔｕｎｎｅｌ ｉｎ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｓｔａｇｅ
ＬＵ Ｄａｉ—ｙｕｅ ，ＳＵＮ Ｗ ｅｎ—ｈａｏ ，ＳＵ Ａｎｇ ，ＨＥ Ｃｈｕａｎ
（１． Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｔｕｎｎｅｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｍｉｎｉｓｔｒ ｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，
ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ． Ｋ ｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｓｈｉｅｌｄ ｔｕｎｎｅｌ；ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓｔａｇｅ；ｓｅｇｍｅｎｔ ｃｒａｃｋｓ； ｄｉｓｅａｓｅ ｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ；ｃｒａｃｋ ｆｅａｔｕｒｅｓ
近年来 ，随着我 国基础 设施 建设 的持续 发展 ，城市 是这些 研究 对管 片病 害原 因的判 断大 多数是 笼统且 定 地铁 的规模 、数 量及 复 杂 性 均 显著 增 加 。伴 随 城 市地 性 的 ，缺少 足够 的现场 调研 数据 支撑其 结论 ；二是 现有
研究结论 ：（１）管 片裂损按 照所 占比例 由大到小依次为 ：拱顶脱落 、纵 向裂纹 、边角部 裂损 ，拱顶脱落及 纵 向裂纹 是施 工期 影响管片质量 的最主要 因素 ，且管片裂损病害 的主要 致因包括 不 良千斤 顶推力作用 （推力 过 大 和推力不 均）、管片错 台以及 管片环间接触面不平整 等因素 ；（２）纵 向前裂纹数量更 多 、波 及范 围更 广 、病 害 程度更深 ，是威胁隧道结构承载力及耐久性 的最 主要病 害形式 ；（３）拱顶 脱落 对隧道结 构 的纵 向受 力特性 影 响较大 ，但其发生 、发展与管片结构榫槽设置有关 ，通过对管 片参数 的优化 、调整能够有 效降低这 一管片病 害 的发生 ；（４）该研究对 于盾构施工控 制具 有指导意义 。 关键词 ：盾构隧道 ；施 工阶段 ；管片裂损 ；病害统计 ；裂 损特征 中 图分 类 号 ：ＴＵ４４７ 文 献标 识码 ：Ａ
破 损 的现象 ，系统 分析 了施 工荷 载 作 用 下 管 片衬 砌 结 度 ３５０ ｍｍ，幅宽 １．２ ｍ，衬砌 圆环 由 ３个标 准 块 、２个
构 的力 学特 征 ，并 对管 片 局 部 破损 的现 象 及其 产 生 原 邻 接块 、１个 封 顶 块 组 成 ，其 中标 准 块 ６７．５。，邻 接 块
２０１８年 ６月 第 ６期 （总 ２３７）
铁 道 工 程 学 报
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＲＡＩＬＷ ＡＹ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＳＯＣＩＥＴＹ
文章 编号 ：１００６—２１０６（２０１８）０６—００５９—０８
Ｊｕｎ ２０１８ ＮＯ．６（Ｓｅｒ．２３７）
施 工 期 盾 构 隧道 管 片 衬 砌 裂 损 病 害统 计 分 析
害进 行 了大量研 究 。例 如 ，何川 等 对 重 庆 长 江排 水 比较 ，该 地 区地质 条件 表现 出地形 地貌起 伏 多变 、地 层
盾构 隧道 进行 了现场 监 测 及 数值 模 拟 ，分 析 研 究 了高 岩性 复杂 多样 的独特特 征 。全线 区间穿 越软 土 比例 占
水压 盾构 隧 道 管 片 衬 砌 结 构 的开 裂 规 律 及 其 破 损 机 ５６．４％ ，土层 为软 土 比例 较大 的复合 地层 ，且沿 线下 穿
理 ；竺维彬 等 系 统 分 析 了 管 片 衬 砌 结 构 的生 产 、施 多个 地表 水体 。
工 、使用 全过程 中的致裂 原 因 ，并提 出 了相 应 的预 防措 １．２ 管 片衬砌 结构 参数
施及 治 理方案 ；宋 克 志等 针 对施 工 期 管 片衬 砌 出现
该地 铁工 程管 片外 径 ６．２ ｍ，内径 ５．５ ｍ，管 片厚
ｓｅｇｍｅｎｔ ｉｎ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｐｅｒ ｉｏｄｓ．Ａｎｄ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｃｒａｃｋｉｎｇ ｆａｃｔｏｒｓ ｏｆ ｓｅｇｍｅｎｔ ｃｒａｃｋｓ ｍａｉｎｌｙ ｉｎｃｌｕｄｅ ｄｅｆｅｃｔｉｖｅ ｊａｃｋｉｎｇ ｆｏｒｃｅｓ （ｅｘｃｅｓｓｉｖｅ ａｎｄ ｉｎｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ ｆｏｒｃｅｓ），ｓｅｇｍｅｎｔ ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｕｎｅｖｅｎｎｅｓｓ ｃｏｎｔａｃｔ ｓｕｒｆａｃｅｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｓｅｇｍｅｎｔ ｔ ｉｎｇｓ． （２）Ｔｈｅ ｃｒａｃｋｓ ｉｎ ｆｒｏｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｅｇｍｅｎｔ ｌｉｎｉｎｇ，ｗｉｔｈ ｌａｒｇｅｒ ｑｕａｎｔｉｔｙ，ｗｉｄｅｒ ｒａｎｇｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ ｓｅｒｉｏｕｓ ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｄｉｓｅａｓｅｓ，ａｙｅ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｆｏｒｍｓ ｔｈａｔ ｔｈｒｅａｔｅｎ ｔｈｅ ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ａｎｄ ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｕｎｎｅｌ ｓｔｒ ｕｃｔｕｒｅｓ．（３）Ｔｈｅ ｖａｕｌｔ ａｂｓｃｉｓｓｉｏｎ
１ 线 路概 况及 管片 衬 砌 结构 参数
取 针对 性 的预 防 、整治措 施 ，对 于维 护运 营地铁 隧道 的 １．１ 调研 区间线路概 况
安 全性 和稳 定性 至关重 要 。
该地 铁工 程线 路全 长 ２４．８９ ｋｍ，设有 ２１座 车站 ，
国 内外 学者 及工程 研究 人员 针对盾 构 隧道裂 损病 全 部为地 下线 。与北 京 、上海 等地 层 相 对单 一 的城 市
Ｃｈｅｎｇｄｕ， Ｓｉｃｈｕａｎ ６１００３ １， Ｃｈｉｎａ；２． Ｃｈｉｎａ Ｒａｉｌｗａｙ Ｓｉｙｕａｎ Ｓｕｒｖｅｙ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ． Ｌｔｄ， Ｗ ｕｈａｎ， Ｈｕｂｅｉ
４３００７１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｒ ｅｓｅａｒｃｈ ｐｕｒｐｏｓｅｓ：Ｉｎ ｖｉｅｗ ｏｆ ａ ｌａｒｇｅ ｓｃａｌｅ ｏｆ ｃｒａｃｋｉｎｇ ａｎｄ ａｂｓｃｉｓｓｉｏｎ ｐｈｅｎｏｍ ｅｎｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｓｅｇｅｍｅｎｔ ｌｉｎｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｆｏｒ ａ ｍｅｔｒｏ ｓｈｉｅｌｄ ｔｕｎｎｅｌ ｉｎ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕ ｃｔｉｏｎ ｓｔａｇｅ，ｔｈｅ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｄａｍａｇｅ ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｓｅｇｍｅｎｔ ｃｒａｃｋｓ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｌｙ， ａｎｄ ｔｈｅ ｃｒａｃｋｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ｏｆ ｓｅｇｍｅｎｔ ｌｉｎｉｎｇ ｕｎｄｅｒ ｖａｒｉｏｕｓ ｃｏｎｓｔｒｕ ｃｔｉｏｎ ｆａｃｔｏｒｓ ａｒｅ ａｌｓｏ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ，ｔｏ ｐｒｏｖｉｄｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｔｕｎｎｅｌ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ．
铁 道 工 程 学 报
２０１８年 ６月
ｔｏｎｇｕｅｄ ａｎｄ ｇｒｏｏｖｅｄ ｉｎ ｓｅｇｍｅｎｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ． Ｔｈｅ ｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｉｓ ｄｉｓｅａｓｅ ｃａｎ ｂｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｒｅｄｕｃｅｄ ｂｙ ｏｐｔｉｍ ｉｚｉｎｇ ａｎｄ
ａｄｊｕｓｔｉｎｇ ｓｅｇｍｅｎｔ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ． （４） Ｔｈｉｓ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｈａｓ ｓｔｒｏｎｇ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｖａｌｕｅ ｆｏｒ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｓｈｉｅｌｄ
施工 期盾 构 隧道 病 害 的研 究相对 较少 。 因此 ，本 文针对 某 地铁 区 间盾 构 隧 道施 工 阶段 管
片衬砌 大范 围开裂 、脱落 等现 象 ，对 裂损病 害进 行 系统
存 在 的最普 遍 的质量 问题之 一 。管片裂 损不 仅会 引起 的统计 分析 ，对裂 损病 害 的形 态特 征 、分 布规 律 以及 危
害 的分类 及特 征规 律 ，得 出 盾构 隧道 病 害 主要 为 断 面
椭 圆化 、管 片衬砌 压溃 与错 台 以及 渗漏水 等结 论ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ；张 建
刚 、何 川 等 针 对 施 工 阶段 管 片 衬 砌 开 裂 破 损 的 现
象 ，通 过建立 三维 有 限元 模 型 ，系统 分析 了管 片结构 在
因进行 了归 纳 、分 析 ；袁 勇 等 针 对 上 海 打 浦 路 越 江 ６８．７５。，封顶 块 ２Ｏ。，纵 向螺 栓 １６个 等角 度 分 布 ，衬砌
盾构 隧道严 重老 化 的 问题 ，通 过 系统 调 查 得 出 了现 阶 圆环构 造如 图 １所 示 。管 片环 间 由榫槽 连 接 ，环 问凸
段该 隧道 病 害 的主 要 影 响 因素 ；叶耀 东 、朱 合 华 等 榫 端部 高 １２７ ｍｍ、凹槽 内部 高 １３５ ｍｍ，环间榫 槽连 接
依托 上海 软土地 铁 区 间隧 道 工程 ，通过 分 析 现 有 隧道 时 凸榫 在 凹槽 中有 ８ ｍｍ 的调 整 余 量 ，同一 环 的块 问
结构 状态 监控数 据 ，对隧 道病 害进行 了分类 ，并进 行 了 设 置 圆形剪 力棒 相连 接 ，并 沿管 片 四周 设置 防水胶 条 ，
病 害原 因初步 分析 ；董 飞 等 在 对 北京 地 铁 盾 构进 行 如 图 ２所示 。
病 害统计 调研 的基 础 上 ，系 统分 析 了地铁 隧道 衬 砌 病
ｏｆ ｔｕｎｎｅｌ ｈａｓ ａｎ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ｓｔｒｅｓｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ． Ｉｔｓ ｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｒｅ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｌｏｃａｔｉｏｎ ｏｆ
收 稿 日期 ：２０１８—０５—０２ 基金项 目：国家重点研发计划课题 （２０１６ＹＦＣ０８０２２０２，２０１６ＹＦＣ０８０２２０５）；中国铁路总公司科技开发计划重点课题 （２０１４Ｇ００４） 作者简介 ：卢岱岳 ，１９８７年出生 ，男 。
卢 岱 岳 孙 文 昊２ 苏 昂 何 Ｊ Ｊ ｌ
（１．西 南交通 大 学 交通 隧道 工程 教 育部 重点 实验 室， 成都 ６１００３１； ２．中铁 第四勘 察设 计 院 集 团有 限公 司 ， 武汉 ４３００７１）
摘 要 ：研究 目的 ：针对某地铁盾构隧道工程施工期 管片衬砌结构大范 围开裂及脱落现象 ，对管片裂损病害 的形 态 特征 、分布规律 以及危 害程 度进 行统计分析 ，以期探 明多种施工因素影响下管片衬砌结构 的裂损机 理 ，从而 为隧道 维修 养护提供参考 。
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ：（１）Ｔｈｅ ｓｅｇｍｅｎｔ ｃｒａｃｋｓ ａｒｅ ｄｉｖｉｄｅｄ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ ｓｔｅｐｓ：ｔｈｅ ｖａｕｌｔ ａｂｓｃｉｓｓｉｏｎ，ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ
ｃｒａｃｋｓ ａｎｄ ｃｏｍ ｅｒ ｃｒａｃｋｓ． Ｔｈｅ ｖａｕｌｔ ａｂｓｃｉｓｓｉｏｎ ａｎｄ ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ｃｒａｃｋｓ ａｒｅ ｍａｉｎ ｆａｃｔｏｒｓ ａｆｆｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ
隧道 渗水 、漏浆 ，产生 长 期 耐 久性 问题 ，在 运 营 期受 周 害程度 进行 深入 分析 ，并 探 讨 了 多种 施 工 因素影 响 下
围建 筑环 境及 车辆循 环 荷 载 作 用 ，甚 至会 影 响 结 构 承 管片衬 砌结 构 的裂损 机理 。
载力 危及 结构 安全 ，是 隧 道施 工 过 程 中较 为 棘 手 也是 必须 妥善 处理 的问题 。因此 ，探 明管 片裂 损原 因 ，并 采