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DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2109-5042-9179
摘 要：市政排水隧道为关系国计民生的百年工程，结构安全尤其重要。主体结构因某些原因遭到局部破坏后的修复工作，必须通过科学论证、精细施工才能确保修复后的结构满足使用需求。该文结合斯里兰卡排水隧道被地面钻孔非法侵入后的现状，进行了破损隧道位置的受力分析。综合考虑隧道结构安全和施工可行性等因素，最终确定隧道修复方法，为今后类似施工提供一定借鉴和帮助作用。
关键词：盾构 管片 排水 隧道 破损 修复
中图分类号：K826.16 文献标识码：A文章编号：1672-3791（2021）09（a）-0064-05
Repair Method for Municipal Drainage Tunnel Invaded and Damaged by Drilling Rig
ZHANG Lei
（China Petroleum Pipeline Engineering Co.， Ltd.， Langfang， Hebei Province， 075000 China）
Abstract： Municipal drainage tunnel is a century old project related to the national economy and the people's livelihood， and structural safety is particularly important. After the main structure is partially damaged for some reasons， the repair work must be carried out through scientific demonstration and fine construction to ensure that the repaired structure can meet the needs of use. Combined with the current situation of drainage tunnels illegally invaded by ground drilling in Sri Lanka， the stress analysis of damaged tunnel position is carried out in this paper. Considering the factors such as tunnel structure safety and construction feasibility， the tunnel repair method is finally determined to provide certain reference and help for similar construction in the future.
Key Words： Shield; Segment; Drainage; Tunnel; Damage; Repair
現代城市内的排水管道施工，越来越多地采用非开挖工法，如顶管法、盾构法等。随着城市化率的不断提高，大批市政工程集中建设，在地面钻孔勘察、桩基施工过程中稍有不慎就可能对既有地下排水管道造成破坏。
该文就以斯里兰卡某新建排水隧道的管片结构受地面钻机侵入破坏后修复的工程实例，对隧道破损修复方法进行探讨，以此为类似问题提供解决方案。
1 概况
该隧道位于该国首都科伦坡，为市政主排水通道，采用盾构法施工，全长780 m，混凝土管片衬砌结构，内径3 m，环宽1 m，壁厚0.25 m，混凝土等级C50。
隧道完工移交前，因地面居民在钻探施工时，非法将隧道管片结构钻通，造成地层水土大量涌入，危及隧道和地面房屋安全。
该破损点位于管片端部，隧道排水方向右侧2点至3点位置，钻孔直径127 mm，隧道内表面破损范围730 mm×300 mm。管片内部分钢筋被切断，管片螺栓变形。另外，破损点位于管片B2块边缘，且钻孔贯穿管环外侧边缘，造成管片密封条局部出现断裂、失效。破损情况见图1、图2。
经过测量，钻孔深度为10.8 m，其中上部直径127 mm，下部直径112 mm。钻孔内已插入外径110 mm的PVC套管，其中底部6 m为花管，孔径3 mm。
结合地质勘查资料和掘进地质资料得知，管片周边地层为全风化片麻岩，地下水位于地表以下6 m。
2 隧道整体结构的影响分析
利用三维实体建模软件建立盾构隧道破损处三维模型[1]，而后将三维模型导入有限元分析软件Abaqus中，设置材料属性、载荷及边界条件。
取破坏管片前后三节建立三维模型，如图3所示。
2.1 载荷工况及材料属性
隧道主要受到环向的水压力及土压力，其中，由于隧道已施工完成，且存在地层摩擦力等因素的影响，假定环片轴向不受力。管片材料实际以钢筋为骨架浇筑的钢筋混凝土材料，计算中将模型简化为混凝土材料，同时考虑去掉钢筋后材料的强度折减系数。混凝土强度、密度等参数同设计值。
2.2 计算模型建立
将建立好的三维实体模型导入有限元分析软件Abaqus中，通过赋予材料属性、网格划分（为避免C3D8单元剪力自锁，混凝土单元采用C3D8R六面体减缩积分单元;管道内部受压会形成壁面弯曲，采用C3D8I六面体非协调单元来避免数值积分时的沙漏效应）、边界条件建立、载荷施加（载荷主要有重力，水压力、土压力）等步骤后，建立三维有限元计算模型，如图4所示。 2.3 分析结果
通过计算结果发现（见图5），管片结构应力最大点发生在管片破损处及孔洞处。最大应力值为27.93 MPa，小于混凝土的抗压强度设计值50 MPa，因此可以判断孔洞对管片整体结构影响不大。从图6得知，孔洞应力最大值处在环片下方，即混凝土壁厚最薄处，达到27.93 MPa。该破损孔只需充填密实，无需再另行植筋施工。
3 修复原则
（1）紧急止水，减小漏水量、降低地层坍塌风险;（2）修复后的隧道应满足原设计标准和要求;（3）修复应尽量选择当地现有的材料、设备。
4 修复施工工艺
4.1 修复施工流程
隧道修复施工流程如下：
隧道内破损点紧急止水 周边管片的接缝灌浆 钻孔填充封堵 管片外侧压浆填充
隧道内破损点永久修复 破损缝隙补强处理。
4.2 具体施工措施
4.2.1 隧道内破损点紧急止水
从隧道内的破损位置，把外围包裹棉纱的木方插入钻孔中，后沿木方四周继续压填棉纱。同时，预留临时泄水孔，方便封堵施工。
初步堵漏完成后，使用快干水泥将破损区域填充密实，具体详见图7。
4.2.2 周边管片的接缝灌浆
由于钻机切割混凝土的震动造成隧道接缝出现不同程度的变形、开裂，因此需对破损点前后各1.5 m的管片接缝进行修复和灌浆封堵。灌浆材料为Polyurethane[2]，灌浆位置如图8所示。
施工时，在指定位置钻出直径10 mm、深50 mm的孔，清理干净后，安装带逆止阀的注酯针头，并用快干水泥封堵牢固。待上述施工完成，且达到强度要求后，对泄压孔封堵处理，一般可在漏水处压入棉纱，外部包裹快干水泥。
灌浆时采用手动注酯泵，注酯压力和注酯量根据现场封水效果确定。
4.2.3 钻孔封堵
钻孔封堵分两次实施，如图9所示。第一次灌注C60商用混凝土（塌落度180～230 mm），确保管片外壁破损区域充填密实，灌注深度为1/2钻孔深度;第二次灌注水泥沙拌合料（1 m3沙掺入50 kg水泥），深度为剩余孔深。
4.2.4 管片外侧压浆填充
管片外侧填充的浆液为速凝的双液浆（水泥浆+水玻璃稀释液）[3-4]，初凝时间控制在1～2 min，水泥为普通硅酸盐水泥，等级不低于42.5，水灰比为1∶1。
注浆位置为509～513环。利用上述管片的注浆孔进行压注施工，注浆压力不得超过5 bar，以免造成临时封堵结构的破损。
4.2.5 隧道内破损点永久性修复
管片压浆作业完成后，利用电镐凿除临时封堵的水泥，裸漏出新鲜的管片混凝土切面，如图10所示[5]。
永久修复材料为sikadur -31 CF Normal，分層涂抹，每层厚度不超过30 mm。涂抹修复材料时，如出现局部渗漏水，可预埋导流管引流，待后续补强施工时一并处理。
4.2.6 破损缝隙补强处理
为了确保管片新旧混凝土接合面的密实度，需对其进行补强处理。钻孔直径为10 mm，钻孔深度200～250 mm，穿透新旧混凝土接合面。安装好注酯管后使用Sikadur-732封孔，注入Sikadur-52 ID进行加固[6-7]。
5 结语
由于境外市政工程施工范围多为私人土地，房主对已建地下设施具体位置信息掌握不清楚，在地面钻探、水井施工时极易造成运营隧道的破坏。同时，市政工程施工前必须对地上、地下建构筑物及管线等做充分的调查，既要对已有相关资料进行认真研究，也需要通过具体手段如挖探坑或物探法等充分掌握地下情况，以避免出现类似损坏地下建构物的情况发生。一旦出现意外情况，必须查明原因，有针对性地编制专项方案，如情况严重还需请相关专家进行论证，切不可草草修复了事。
参考文献
[1] 李波.地铁隧道管片受外力破坏后修补方法探讨[J].低碳世界，2014（5）：199-201.
[2] 王志伟，马伟斌.隧道裂缝病害防护专用改性单组分聚氨酯无损补强材料研究[J].铁道建筑，2021，61（7）：71-75.
[3] 王艳磊.碎裂岩体力学变形特性及注浆补强效应研究[D].重庆：重庆大学，2019.
[4] 张玉.水泥基注浆材料浆液扩散规律和预测控制试验研究[D].北京：北京交通大学，2020.
[5] 迟家凤.盾构施工中管片缺陷的防治与成型后缺陷处理措施研究[J].铁道建筑技术，2018（5）：74-76，122.
[6] 钟猛，刘日华.云南海口磷石膏库排水隧道衬砌补强加固施工技术研究[J].浙江水利水电学院学报，2020，32（5）：46-51.
[7] 康元锋.地铁盾构隧道衬砌管片损伤修复关键技术研究[J].交通世界，2019（8）：96-97.
摘 要：市政排水隧道为关系国计民生的百年工程，结构安全尤其重要。主体结构因某些原因遭到局部破坏后的修复工作，必须通过科学论证、精细施工才能确保修复后的结构满足使用需求。该文结合斯里兰卡排水隧道被地面钻孔非法侵入后的现状，进行了破损隧道位置的受力分析。综合考虑隧道结构安全和施工可行性等因素，最终确定隧道修复方法，为今后类似施工提供一定借鉴和帮助作用。
关键词：盾构 管片 排水 隧道 破损 修复
中图分类号：K826.16 文献标识码：A文章编号：1672-3791（2021）09（a）-0064-05
Repair Method for Municipal Drainage Tunnel Invaded and Damaged by Drilling Rig
ZHANG Lei
（China Petroleum Pipeline Engineering Co.， Ltd.， Langfang， Hebei Province， 075000 China）
Abstract： Municipal drainage tunnel is a century old project related to the national economy and the people's livelihood， and structural safety is particularly important. After the main structure is partially damaged for some reasons， the repair work must be carried out through scientific demonstration and fine construction to ensure that the repaired structure can meet the needs of use. Combined with the current situation of drainage tunnels illegally invaded by ground drilling in Sri Lanka， the stress analysis of damaged tunnel position is carried out in this paper. Considering the factors such as tunnel structure safety and construction feasibility， the tunnel repair method is finally determined to provide certain reference and help for similar construction in the future.
Key Words： Shield; Segment; Drainage; Tunnel; Damage; Repair
現代城市内的排水管道施工，越来越多地采用非开挖工法，如顶管法、盾构法等。随着城市化率的不断提高，大批市政工程集中建设，在地面钻孔勘察、桩基施工过程中稍有不慎就可能对既有地下排水管道造成破坏。
该文就以斯里兰卡某新建排水隧道的管片结构受地面钻机侵入破坏后修复的工程实例，对隧道破损修复方法进行探讨，以此为类似问题提供解决方案。
1 概况
该隧道位于该国首都科伦坡，为市政主排水通道，采用盾构法施工，全长780 m，混凝土管片衬砌结构，内径3 m，环宽1 m，壁厚0.25 m，混凝土等级C50。
隧道完工移交前，因地面居民在钻探施工时，非法将隧道管片结构钻通，造成地层水土大量涌入，危及隧道和地面房屋安全。
该破损点位于管片端部，隧道排水方向右侧2点至3点位置，钻孔直径127 mm，隧道内表面破损范围730 mm×300 mm。管片内部分钢筋被切断，管片螺栓变形。另外，破损点位于管片B2块边缘，且钻孔贯穿管环外侧边缘，造成管片密封条局部出现断裂、失效。破损情况见图1、图2。
经过测量，钻孔深度为10.8 m，其中上部直径127 mm，下部直径112 mm。钻孔内已插入外径110 mm的PVC套管，其中底部6 m为花管，孔径3 mm。
结合地质勘查资料和掘进地质资料得知，管片周边地层为全风化片麻岩，地下水位于地表以下6 m。
2 隧道整体结构的影响分析
利用三维实体建模软件建立盾构隧道破损处三维模型[1]，而后将三维模型导入有限元分析软件Abaqus中，设置材料属性、载荷及边界条件。
取破坏管片前后三节建立三维模型，如图3所示。
2.1 载荷工况及材料属性
隧道主要受到环向的水压力及土压力，其中，由于隧道已施工完成，且存在地层摩擦力等因素的影响，假定环片轴向不受力。管片材料实际以钢筋为骨架浇筑的钢筋混凝土材料，计算中将模型简化为混凝土材料，同时考虑去掉钢筋后材料的强度折减系数。混凝土强度、密度等参数同设计值。
2.2 计算模型建立
将建立好的三维实体模型导入有限元分析软件Abaqus中，通过赋予材料属性、网格划分（为避免C3D8单元剪力自锁，混凝土单元采用C3D8R六面体减缩积分单元;管道内部受压会形成壁面弯曲，采用C3D8I六面体非协调单元来避免数值积分时的沙漏效应）、边界条件建立、载荷施加（载荷主要有重力，水压力、土压力）等步骤后，建立三维有限元计算模型，如图4所示。 2.3 分析结果
通过计算结果发现（见图5），管片结构应力最大点发生在管片破损处及孔洞处。最大应力值为27.93 MPa，小于混凝土的抗压强度设计值50 MPa，因此可以判断孔洞对管片整体结构影响不大。从图6得知，孔洞应力最大值处在环片下方，即混凝土壁厚最薄处，达到27.93 MPa。该破损孔只需充填密实，无需再另行植筋施工。
3 修复原则
（1）紧急止水，减小漏水量、降低地层坍塌风险;（2）修复后的隧道应满足原设计标准和要求;（3）修复应尽量选择当地现有的材料、设备。
4 修复施工工艺
4.1 修复施工流程
隧道修复施工流程如下：
隧道内破损点紧急止水 周边管片的接缝灌浆 钻孔填充封堵 管片外侧压浆填充
隧道内破损点永久修复 破损缝隙补强处理。
4.2 具体施工措施
4.2.1 隧道内破损点紧急止水
从隧道内的破损位置，把外围包裹棉纱的木方插入钻孔中，后沿木方四周继续压填棉纱。同时，预留临时泄水孔，方便封堵施工。
初步堵漏完成后，使用快干水泥将破损区域填充密实，具体详见图7。
4.2.2 周边管片的接缝灌浆
由于钻机切割混凝土的震动造成隧道接缝出现不同程度的变形、开裂，因此需对破损点前后各1.5 m的管片接缝进行修复和灌浆封堵。灌浆材料为Polyurethane[2]，灌浆位置如图8所示。
施工时，在指定位置钻出直径10 mm、深50 mm的孔，清理干净后，安装带逆止阀的注酯针头，并用快干水泥封堵牢固。待上述施工完成，且达到强度要求后，对泄压孔封堵处理，一般可在漏水处压入棉纱，外部包裹快干水泥。
灌浆时采用手动注酯泵，注酯压力和注酯量根据现场封水效果确定。
4.2.3 钻孔封堵
钻孔封堵分两次实施，如图9所示。第一次灌注C60商用混凝土（塌落度180～230 mm），确保管片外壁破损区域充填密实，灌注深度为1/2钻孔深度;第二次灌注水泥沙拌合料（1 m3沙掺入50 kg水泥），深度为剩余孔深。
4.2.4 管片外侧压浆填充
管片外侧填充的浆液为速凝的双液浆（水泥浆+水玻璃稀释液）[3-4]，初凝时间控制在1～2 min，水泥为普通硅酸盐水泥，等级不低于42.5，水灰比为1∶1。
注浆位置为509～513环。利用上述管片的注浆孔进行压注施工，注浆压力不得超过5 bar，以免造成临时封堵结构的破损。
4.2.5 隧道内破损点永久性修复
管片压浆作业完成后，利用电镐凿除临时封堵的水泥，裸漏出新鲜的管片混凝土切面，如图10所示[5]。
永久修复材料为sikadur -31 CF Normal，分層涂抹，每层厚度不超过30 mm。涂抹修复材料时，如出现局部渗漏水，可预埋导流管引流，待后续补强施工时一并处理。
4.2.6 破损缝隙补强处理
为了确保管片新旧混凝土接合面的密实度，需对其进行补强处理。钻孔直径为10 mm，钻孔深度200～250 mm，穿透新旧混凝土接合面。安装好注酯管后使用Sikadur-732封孔，注入Sikadur-52 ID进行加固[6-7]。
5 结语
由于境外市政工程施工范围多为私人土地，房主对已建地下设施具体位置信息掌握不清楚，在地面钻探、水井施工时极易造成运营隧道的破坏。同时，市政工程施工前必须对地上、地下建构筑物及管线等做充分的调查，既要对已有相关资料进行认真研究，也需要通过具体手段如挖探坑或物探法等充分掌握地下情况，以避免出现类似损坏地下建构物的情况发生。一旦出现意外情况，必须查明原因，有针对性地编制专项方案，如情况严重还需请相关专家进行论证，切不可草草修复了事。
参考文献
[1] 李波.地铁隧道管片受外力破坏后修补方法探讨[J].低碳世界，2014（5）：199-201.
[2] 王志伟，马伟斌.隧道裂缝病害防护专用改性单组分聚氨酯无损补强材料研究[J].铁道建筑，2021，61（7）：71-75.
[3] 王艳磊.碎裂岩体力学变形特性及注浆补强效应研究[D].重庆：重庆大学，2019.
[4] 张玉.水泥基注浆材料浆液扩散规律和预测控制试验研究[D].北京：北京交通大学，2020.
[5] 迟家凤.盾构施工中管片缺陷的防治与成型后缺陷处理措施研究[J].铁道建筑技术，2018（5）：74-76，122.
[6] 钟猛，刘日华.云南海口磷石膏库排水隧道衬砌补强加固施工技术研究[J].浙江水利水电学院学报，2020，32（5）：46-51.
[7] 康元锋.地铁盾构隧道衬砌管片损伤修复关键技术研究[J].交通世界，2019（8）：96-97.