地铁盾构隧道衬砌结构变形及破坏探讨

王寒冰

摘要：在当前时代背景下，地铁隧道建设工程数量及规模呈现出较为明显的提升态势，为民众出现提供便利条件的同时，地铁隧道衬砌变形破坏问题也逐渐显现，使得地铁运营安全性受到严重影响。基于此，本文将结合工程实例，针对地铁盾构隧道衬砌变形破坏机理进行研究，并对安全性评价相关问题做出论述，希望对相关工作人员提供参考意见。

关键词：地铁隧道;盾构结构;破坏机理

引言

随着我国城市化建设进程不断深化，城市规模以及城市人口密度呈现出大幅提升态势，这就是出行问题成为城市居民生活中面临的主要问题之一。由此我国城市轨道交通发展速度大幅提升并且已经取得较大成就。然而需要认识到的一点是，地铁结构病害问题也逐渐显现，并直接对地铁运行安全性造成威胁。因此，加强对地铁盾构结构衬砌破坏机理以及安全评价体系进行研究已经成为当前行业内面临的主要问题。

一、工程案例概述

某地区在实际发展过程中规划一条地铁线路，在实际施工设计过程中，工程单位以及設计单位经过实际研究后决定采用盾构法施工，在隧道衬砌结构中，施工单位采用现浇混凝土结构。地铁隧道在完工投入运营后极大地提升了该地区居民出现便利性，然而随着使用时间逐渐提升，盾构隧道衬砌部分开始出现裂缝等病害，具体情况如图1所示。

二、地铁盾构隧道衬砌破坏机理

（一）地铁隧道结构自身因素

技术人员在对案例工程衬砌破坏机理进行研究过程中，首先从结构内部因素入手，以隧道断面形式作为研究对象，并开展了较为深入的研究。从最终结果可知，地铁盾构隧道跨度呈现出较为明显的逐步减少态势，研究所得具体参数如表1所示。围岩条件主要参照施工过程中粗细砂、粉土等标准。

（二）隧道结构破坏时相对收敛分析

根据实际研究成果可知，针对隧道相对收敛情况，其在遭受破坏过程中主要受到来自于水平方向以及垂直方向两方面的力[1]。研究者在利用直观分析法做出进一步推算过程中得出结论，隧道结构在遭受破坏情况下，其对于相对收敛主要表现为影响因素以及负面影响因素组合。具体流程可细分为两个步骤：第一，针对隧道破坏时所受不同影响因素所对应的相对收敛以及实际裂缝状态进行取值以及计算处理，并依据计算结果对综合平均值进行计算。随后对特定因素对n处的综合平均值进行取值后，对隧道衬砌结构破坏过程中不同因素综合值最大值进行取值，该值既是影响隧道衬砌结构安全性的最不利因素。在完成上述操作后，对隧道结构破坏时的相对收敛进行分析并利用组合方式对最不利因素进行排列即可明确最不利条件;第二，依据不用影响因素的综合平均值计算结果，取其极差进行计算，随后利用排序法对计算所得极差进行排序，最终多的结构即为影响隧道结构破坏的最主要因素。

通过对隧道破坏内外因素进行研究可得出以下结论：通过对不同影响因素条件下的地铁隧道结构综合平均值极差及其最大相对收敛值进行深入分析可知，从垂直方向收敛分析，其主要影响因素为隧道结构断面形式，而钢筋直径尺寸对其影响效果最小;从隧道水平方向相对收敛层面分析，其主要影响因素为围岩侧压力，而初支及二衬之间的摩擦系数影响最小。

三、地铁隧道衬砌结构安全性评价

从本质层面分析，地铁盾构隧道衬砌结构即为隧道结构设计中承受围岩荷载使其形成稳定空间的结构[2]。结构衬砌在实际设计过程中需要确保地铁运营过程中满足必要的车辆限界，然而在长期运营情况下，在围岩压力以及材料老化等因素影响下，衬砌结构不可避免地会产生的裂缝等病害。如果不做出相应处理，裂缝会逐渐扩大并导致整体结构开始变形，最终导致结构衬砌失稳。由此，需要对隧道衬砌结构安全性评价体系进行构建。

（一）安全性指标

从地铁运营环境特点层面分析，在实际对地铁衬砌结构安全性进行评价过程中，可以从隧道衬砌结构破坏时收敛变形以及而二衬裂缝状态方面入手[3]。具体指标如下所示：

在地铁隧道结构中，其垂直方向以及水平方向收敛δV、δh是地铁隧道衬砌结构收敛变形的主要表征，具体如图1所示。

在经过深入研究后可知，地铁隧道衬砌结构遭受破坏时，其裂缝也会呈现出两种不同的状态，因此，在针对衬砌裂缝状态评价指标设定如下：隧道裂缝深度、宽度分别为c与w，数量以及位置为n与p，具体如图2所示。

综上分析，可设定隧道安全性指标共六项。同时可将其整合为目标层、类指标层以及基础指标层三个层次，其中层次分析最终目的为目标层，且对该层的分析可直接得出结构安全性。

（二）指标权重设计

通过对不同影响因素做出权数分析可对不同因素重要程度进行深入分析。在实际进行隧道安全性评价指标权重设计过程中可采用标度法，具体权重体系如表2所示。

总结

综上所属，在当前时代背景下地铁交通方式的重要意义不断提升，其安全性也成为当前社会各界关注的重点问题。由此，本文对地铁盾构隧道衬砌变形破坏机理进行研究，并做出安全性评价体系，希望对工作人员提供参考意见。

参考文献

[1]苟玉轩，黄强兵，王立新，等.地裂缝环境下盾构隧道结构性状及适应性研究[J].铁道标准设计，2020，702（06）：121-129.

[2]白洋，杨乐，崔蓬勃，等.软土地层地铁盾构隧道施工引起衬砌结构变形规律研究[J].建筑技术，2019，050（005）：530-533.

[3]李长安.基坑开挖对邻近地铁盾构隧道变形以及内力的影响研究[J].粉煤灰综合利用，2020，182（04）：36-40.