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某地铁隧道管片开裂成因分析及安全评价技术总结

1概述

2007年11月，某地铁公司运营总部在正常的隧道巡检中发现某

区间左线隧道里程zdk27+255.000附近隧道管片出现开裂，随即迅

速上报各相关部门。由于该区间目前为处于运营状态，管片开裂轻

则对隧道耐久性带来不利影响，重则涉及行车、运营安全，遂引起

各方高度关注，组织多次现场专家讨论会，委托我院勘测部对隧道

及该段区间地面变形情况进行测量，要求我院对该段区间结构开裂

原因进行分析，对其结构安全性进行评价并设计后续处理措施。

2施工过程调查

开裂区段地面为某小区1～3楼，该小区建于1993年，为8层

框架结构住宅楼，该楼基础采用直径480mm沉管灌注桩，设计桩长

约14m，为多桩承台，开裂范围、桩基与隧道的相对关系见图2-1

隧道开裂区段平面示意图及图2-2隧道开裂区段纵断面示意图。

该区段隧道顶部埋深约29.5m，隧道顶部以上为，洞身及底部为

及。根据详勘报告，残积土、、花岗岩全风化富水性弱，为不透水

层。基岩裂隙水主要赋存于基岩强、中等风化裂隙中，透水性弱。

此外，报告还述及花岗岩可～硬塑状风化残积砾质粘性土作为不良

地质，其中砂和砾石含量较高，孔隙比较大且亲水性强，尽管天然

状态下具有一定的强度，但遇水易发生软化崩解。花岗岩全风化带

和强风化带的岩石组织结构多已破坏，裂隙发育，长石多已高岭土

化，遇水后易发生崩解。土层相关力学参数见表2-1地层设计参数

建议值表。

按照过往施工经验，盾构在此等地层中虽刀盘易结泥饼、遇孤

石或上软下硬地层，但总的来说还不至于对施工带来无法克服的困

难。而此段隧道更全断面处于花岗岩残积土或全风化花岗岩中，地

层较为均一，对施工甚为有利。但通过调查获知，盾构在通过该区

段时上部地层及建筑物发生了较大的沉降。

根据资料的描述，左线于2005年12月11日进入1号楼下方，

12月13日通过，左线盾构通过期间建筑物下方地层已被扰动，引

起建筑物沉降。

2006年4月20日，右线盾构机掘sjy1632环时开始进入小区1～

3号楼，4月21日凌晨掘至sjy1644环，此时盾构机机头里程为

ydk27+244.00，机头进入该楼约20m。早上9：00，测量结果显示

建筑物产生较大沉降，导致建筑物墙体出现开裂，部分房间门框变

形。

右线盾构机从在某小学操场下方ydk26+520.00更换尾刷，至里

程ydk27+245.00已累计完成掘进725m，其中包括266m的硬岩地层，

尾刷磨损十分严重，盾构掘进过程中漏浆情况频繁，同步注浆量不

能保证。为减少漏浆，在掘进中采用了同步注浆结合管片补充注浆

的注浆方式，这种注浆施工工艺本身的缺陷决定了盾构超挖形成的

空隙无法得到及时的充填，回填注浆不能做到与掘进同步，注浆的

滞后导致建筑物沉降较大。

2006年1月3日，e4测点沉降值为60.9mm，右线掘进通过后，

沉降值加大到119.9mm。2007年11月22号，发现管片开裂后，于

11月23日再次监测，测点最大沉降比2006年9月的监测值增加了

14mm。这表明该地段围岩依然处于变形调整中。

3机理分析

至此，裂缝的成因，更准确的来说其机理，已经相当清晰了，

一言蔽之，即：后行隧道（右线）未切实填充的管片背后间隙使地

层变形得以发展，这一变形作用于先行隧道（左线）使其产生了较

大的附加弯矩，随着变形的逐步发展，这超出设计范围的、不均衡

的结构体系终于达到屈服而开裂。

前后管片开裂的现象和其后的监测数据在此都得到了相互印

证，尤其是右线隧道对地层的二次扰动，使得左线隧道出现了偏向

右线隧道的不对称弯矩这一判断更是被裂缝分布——沿隧道掘进

方向偏向右线隧道的1点钟位置——所证实。

为更形象的描述这一过程，采用有限元程式对其进行了模拟，

即后行隧道通过后不立即激活其衬砌，使其变形自由发展，于是地

层位移发生了偏移，先行隧道弯矩最大值产生了约13%的增幅，其

指向正是靠近后行隧道的1点钟位置。

需要指出的是，该区段管片配筋量仅120kg/m3，在正常情况下

能够满足规范要求，但富裕量较小，这