地铁隧道结构安全性评价体系分析刘金波

地铁隧道结构安全性评价体系分析刘金波

刘金波

辽宁省交通规划设计院有限责任公司辽宁沈阳110166

摘要：地铁隧道建成以后，进入运营期，其结构的安全稳定尤为重要。隧道衬砌在进入使用期以后，随着时间的增加，其自身的质量缺陷逐渐暴露，细小的缺陷如果不加以重视有可能继续发展影响到地铁运行的安全，所以对隧道结构的安全性评价愈发重要。目前，对于隧道衬砌结构的安全性评价的研究主要有以下问题还没有得到解决：现有的安全性评价指标选取还不够合理；评价指标量化没有形成统一的标准；没有系统性的评价理论。

关键词：地铁隧道结构；安全性；评价体系

1评价指标体系建立

（1）隧道衬砌评价指标的选取原则。在工程实践中，通常要反映隧道衬砌裂缝的真实裂缝，通常遵循以下原则：选择评价指标的公正性、客观性、相对完备性和可操作性原则。（2）评价因素分析。地铁隧道结构安全评价体系的建立工作主要是评价因素的选择，本文通过工程技术人员和经验丰富的专家，结合文献研究的方法，确定隧道衬砌的变形，裂纹，强度、厚度、孔洞和水等六个因素作为安全性评价系统的指标。（3）隧道衬砌裂缝的安全评定等级划分。根据《公路隧道养护技术规范》规定的公路隧道等级分类方法将公路隧道分为5类，在地铁隧道衬砌技术评价也可以分为5类，第一类功能完好；第二种结构受损较轻，在这个阶段不影响车辆运行，但应监测或观察；对第三种结构被破坏，可能危及行人、行车安全，应尽快采取措施；第五种结构被破坏，已经危及行人、行车安全，必须立即采取紧急措施。

2隧道衬砌技术状况评定

2.1地铁隧道衬砌要素评分方法

所研究隧道段总体安全评分。

3地铁隧道结构裂隙安全评价

3.1结构裂隙评价标准

目前关于隧道安全性维护的规范主要有《公路隧道养护技术规范》、《公路养护技术规范》、《铁路桥隧建筑物劣化评价标准－隧道》，规范中对于地铁隧道结构裂隙安全性评价的因素主要有裂隙的长度、宽度和深度以及裂隙的密度四个方面，从这四方面进行研究。关宝树编写的《隧道工程维修管理要点集》中详细分析了隧道衬砌裂隙深度判断标准。关于隧道结构裂隙安全性的评估目前已经取得了不少成果，而且一些评价方法已经形成了相关技术标准，对实际隧道建设起到了指导作用。当然，也存在一些尚未解决的问题：如分类标准不统一，相同的工程可能采用不同的评价标准，分析结果不一样；评价因素所指不统一，通常对结构裂隙宽度和裂隙长度分析比较多，而分析裂隙深度方面比较少；研究裂隙是否扩展的比较少，往往评价结论没法形成一个系统全面的裂隙评价标准；一般的评价方法没有指出裂隙可能的扩展走向，没有研究裂隙本身继续扩展的应力强度因子。本篇文章基于《隧道衬砌裂隙承载力有限元分析》并结合现场监测，对隧道结构裂隙走向、深度对衬砌自身承载力影响程度进行了分析，分析结论对合理评价地铁隧道裂隙安全性具有补充作用，为评判裂隙开裂状态提供了基本判别依据。在《公路工程竣工验收办法实施细则》中明确指出隧道结构出现裂隙是影响隧道结构安全的特别重要因素之一，所以在评价隧道结构裂隙过程中应该结合衬砌裂隙的实际情况，并从裂隙扩展方向、裂隙长度、裂隙形状、裂隙深度，以及裂隙发展情况多种因素综合考虑，才能准确有效的判断所研究裂隙对隧道安全性的影响。结合以上分析，本文基于已有研究成果，提出了以下裂隙安全性评价标准。

3.2地铁隧道衬砌厚度分析

影响地铁隧道衬砌安全性的另外一个重要因素是衬砌厚度。目前，对于隧道衬砌厚度标准研究还比较少，不能有效的指导隧道衬砌后期维修。《公路工程竣工验收办法实施细则》中明确指出了隧道衬砌的最小厚度，以及厚度合格率不应低于90%并将建设过程中出现的衬砌厚度小于设计厚度1/2的位置列为隧道结构特别严重问题。关树宝在《隧道工程维修管理要点集》中分析了隧道衬砌厚度安全等级的分类情况；刘颖才通过大量监测数据分析得出了浅埋城市地铁隧道二衬厚度不足对整个隧道结构安全影响大于隧道的埋置深度影响。本文根据地铁隧道设计理论，将围岩等级考虑在内，得出了对于城市地铁隧道建设适用性较强的安全评价标准。

3.3变形判断标准研究

地铁隧道衬砌变形稳定性是评判隧道结构安全性的重要因素之一。学者关树宝以及日本的《新奥法设计施工技术指南草案》中指出的技术标准，主要是针对隧道围岩稳定性评价提出的，《公路隧道养护技术规范》以及《公路养护技术规范》主要针对隧道二次衬砌的施工以及后期维护提出的，虽然规范中有所涉及但最主要的还是针对定性类的分析，对衬砌的安全技术性评判缺乏定量性评价方法，所以对衬砌评价依据进行综合，形成量化稳定性的判断依据。

3．4地铁隧道衬砌孔隙判断标准分析

在《公路工程竣工验收办法实施细则》中明确指出将含有孔隙的隧道衬砌结构其孔隙长度超过3%，或者单个孔隙面积超过3m2划分到隧道衬砌安全问题特别严重。可以看出孔隙衬砌对于隧道结构安全的影响很大。衬砌中孔隙的形成多是由于采用超挖施工，以及混凝土浇筑等产生的大小不一的各种孔隙，这些孔隙随着列车运行产生的震动，可能引起隧道衬砌的开裂、失稳，影响结构的安全。学者李松中采用有限元模拟分析了衬砌背后孔隙对隧道衬砌安全性影响的基本规律，但是在分析中没有给出评价标准。日本学者对孔隙对隧道衬砌的影响做了大量研究，结论表明衬砌的抗压能力与衬砌中孔隙的大小和密度有密切联系，并根据研究结论提出了一些判断标准，标准中虽然提到了孔隙的判断，但都是基于定性分析，缺乏量化分析。所以，对于可以便于使用的评判标准的需求日益突出，基于已有的研究结论和笔者经验，提出了以下有关孔隙判别标准供参考。孔隙累积长度超过隧道长度3%，或单个面积超过3m2，属于很严重；孔隙直径超过1000mm严重；直径超过100mm一般严重；直径不大于100mm轻微。

4结论

文章对城市地铁隧道衬砌的安全性进行了比较综合的分析，并根据地铁隧道衬砌实际裂损情况进行了安全性评价，文章给出了地铁隧道结构安全性初步判断的方法，对地铁隧道的安全检测具有参考意义。

参考文献：

[1]申禄坤.公路隧道结构安全性评价体系及评价方法研究[D].西南交通大学，2007.

[2]郑甲佳.黄土地区浅埋暗挖地铁区间隧道结构体系受力特征研究[D].长安大学，2011.