CN112069628B - 运营盾构区间隧道整体式道床脱空病害评价及分级方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种运营盾构区间隧道整体式道床脱空病害评价及分级方法，包括如下步骤：确定道床脱空病害评价指标，其中，确定道床脱空病害评价指标包括确定道床施工病害评价指标和确定床道运营病害评价指标；确定道床施工病害评价指标包括道床的外观检测评价与道床的无损检测评价；确定床道运营病害评价指标包括进一步确定道床脱空厚度评价指标、道床脱空长度评价指标、道床翻浆冒泥评价指标；选取各病害评价指标分值和权重；选取隧道地层影响系数；计算道床病害最终得分；以及确定道床病害评价分级并给出治理建议。本发明的运营盾构区间隧道整体式道床脱空病害评价及分级方法的道床脱空评价检测项目丰富，能够全面反映道床的脱空病害特征。
Description
技术领域
本发明涉及地铁隧道施工技术领域，具体涉及一种运营盾构区间隧道整体式道床脱空病害评价及分级方法。
背景技术
随着城市轨道交通的快速发展，地铁已经逐渐成为人们出行的重要交通方式。地铁盾构是城市地铁施工中一种重要的施工技术，是在地面下暗挖隧洞的一种施工方法，它使用地铁盾构机在地下掘进，在防止软基开挖面崩塌或保持开挖面稳定的同时，在机内安全地进行隧洞的开挖和衬砌作业。然而在列车长期振动、水文地质条件、施工质量和周边工程活动等多种因素影响下，部分区段的道床与隧道的下部结构会逐步出现剥离、脱空的问题；围岩中的水通过结构裂缝从道床中渗出，而侵蚀道床的渗漏水促使道床与其下部结构间的混凝土经振动研磨而生成泥浆，并沉淀出细砂。在列车运行通过时，泥浆、细砂从道床、水沟面的各种缝隙中泛出，形成翻浆冒泥现象，最终造成整体道床脱空。
目前对无砟轨道脱空病害的评价主要通过相关检测仪器(主要是地质雷达)对道床的脱空长度、厚度进行探测，通过观测道床翻浆冒泥程度进行经验层面的评价，根据检测结果结合经验综合评价道床脱空病害程度，得出定性结论，从而指导接下来的病害治理工作。现有技术也公开了一些整体道床病害综合评级方法。然而上述方法均存在如下缺陷：
1、针对道床脱空病害的检测工作也仅对道床脱空及道床基础翻浆冒泥等病害进行检测，属于“后天损伤”，并没有考虑到道床的施工质量问题。而根据工程经验，道床的施工质量往往影响道床后期运营的脱空病害程度，属于“先天缺陷”，施工质量越差，道床发生病害的程度越大。因此，目前既有脱空评价检测项目不够，无法全面反映道床的脱空病害特征。
2、脱空病害检测结论也仅停留在病害检测本身特征及定性模糊评价，需要依据既有丰富的工程经验，可操作性不强，脱空病害评价准确性不够，缺乏对脱空病害检测结果的定量评价指标与标准、与对后续处理措施的具体建议与要求。虽然给出了具体的定量数值作为分类边界，但缺乏依据，数值的大小主要还是通过经验确定，缺乏说服力与实用性。
3、道床脱空病害检测方法与评价前后脱节、缺乏针对性与相关性，难以形成统一的系统与完整的体系，无法总结成完成的理论体系进行深入研究与广泛推广实践。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种运营盾构区间隧道整体式道床脱空病害评价及分级方法，其能够解决现有技术的上述缺点。
为实现上述目的，本发明提供了一种运营盾构区间隧道整体式道床脱空病害评价及分级方法，包括如下步骤：确定道床脱空病害评价指标，其中，确定道床脱空病害评价指标包括确定道床施工病害评价指标和确定床道运营病害评价指标；确定道床施工病害评价指标包括道床的外观检测评价与道床的无损检测评价；确定床道运营病害评价指标包括进一步确定道床脱空厚度评价指标、道床脱空长度评价指标、道床翻浆冒泥评价指标；选取各病害评价指标分值和权重；选取隧道地层影响系数；计算道床病害最终得分；以及确定道床病害评价分级并给出治理建议。
在一优选实施方式中，道床的外观检测评价包括如下步骤：进行道床外观病害检测，进行道床外观病害检测包括检查道床是否存在异常变形、错位以及开裂情况，检查道床是否存在蜂窝、麻面、破损、露筋和锈蚀缺陷，检查道床伸缩缝、排水系统结构的病害；以及根据道床外观检测情况，判断道床外观病害属于以下五个道床外观病害描述分级中的哪个等级：第一等级：无病害；第二等级：道床表面及两侧边缘出现轻微裂缝、变形和湿渍；第三等级：道床局部存在破损、变形，存在少量环向裂缝、纵向裂缝或斜裂缝，未影响建筑限界；第四等级：道床多处存在破损、变形，局部存在环向裂缝、纵向裂缝或斜裂缝，局部影响建筑限界；第五等级：道床出现严重破损、变形，裂缝发育密集，存在环向裂缝、纵向裂缝或斜裂缝，已影响建筑限界。
在一优选实施方式中，道床的无损检测评价包括如下步骤：进行道床无损检测，进行道床无损检测包括道床混凝土的强度与碳化深度检测、钢筋保护层厚度检测、钢筋间距检测以及道床钢筋的锈蚀情况检测；根据道床的无损检测情况，按照检测项目的合格情况判断道床无损病害属于以下五个道床无损病害描述分级中的哪个等级：第一等级：检测结果均满足要求；第二等级：检测结果有三项满足要求；第三等级：检测结果有两项满足要求；第四等级：检测结果只有一项满足要求以及第五等级：检测结果均不满足要求。
在一优选实施方式中，确定道床脱空厚度评价指标包括如下步骤：确定如下道床弯矩承载力计算的简化公式：
M＝fyAs(h0-a's)…………………………(1)
公式(1)中，h0＝h-as，h0为截面有效高度，h为实际高度，fy为普通钢筋抗拉强度设计值，as’为受压区纵向普通钢筋合力点至截面受压边缘的距离，as为受压区纵向普通钢筋至受拉边缘的距离，As为受拉区纵向普通钢筋的截面面积；根据公式(1)得到标准断面条件下道床设计弯矩值；通过计算得到设计弯矩与道床厚度的关系统计表；拟合出不同道床脱空厚度条件下道床弯矩承载力设计值关系图；对道床设计弯矩值按0.95倍、0.9倍两个级别进行折减，并分别计算出道床设计弯矩值折减0.95倍、0.9倍下道床的脱空厚度；得到道床脱空厚度评价参数表，按道床不同脱空厚度将道床脱空厚度病害描述分为五个等级。在一优选实施方式中，确定道床脱空长度评价指标包括如下步骤：在不同脱空长度条件下，将道床承受的自重简化为均布荷载，列车车辆的动荷载简化为集中荷载，则道床受均布及集中力力所产生的最大弯矩计算公式如下：
公式(2)中，Mmax为道床实际所受最大弯矩值，q为均布力荷载，l为脱空区纵向长度，p为动荷载；计算得到脱空长度与道床所受最大弯矩的关系统计表；拟合得到不同道床脱空长度条件下道床设计弯矩承载力关系图；按道床弯矩标准值的70％与80％两个级别进行折减，得到相应的道床脱空长度评价参数表；根据所述道床脱空长度评价参数表，将道床脱空长度病害描述分为五个等级。
在一优选实施方式中，确定道床翻浆冒泥评价指标包括如下步骤：进行道床翻浆冒泥检测，进行道床翻浆冒泥检测包括渗翻浆冒泥水量、流量、渗水范围，翻浆冒泥杂质成分及含量检测；根据道床翻浆冒泥检测情况，按病害程度将道床翻浆冒泥检测结论分为以下五个等级：第一等级：无渗漏；第二等级：微渗或慢渗；第三等级：漏水，但无翻浆冒泥；第四等级：漏水，局部翻浆冒泥；第五等级：涌水，局部冒砂。
在一优选实施方式中，选取各病害评价指标分值和权重包括如下步骤：分别将外观病害评价指标的分值、无损病害评价指标的分值、脱空厚度评价指标的分值、脱空长度评价指标的分值和翻泥冒浆情况评价指标的分值确定为10、10、30、30和20，并得到道床脱空病害评价得分计算公式如下：
D＝(10a1+10a2+30a3+30a4+20a5)×i………(3)
公式(3)中，D为道床脱空病害评价总得分，ai＝1～5分别为外观病害评价指标加权系数、无损病害评价指标加权系数、脱空厚度评价指标加权系数、脱空长度评价指标加权系数、翻浆冒泥病害评价指标加权系数，i为地铁区间结构周围底层影响系数；分别将外观病害评价指标加权系数、无损病害评价指标加权系数、脱空厚度评价指标加权系数、脱空长度评价指标加权系数、翻浆冒泥病害评价指标加权系数的确定为0、0.3、0.6、0.8、1五个取值，各病害评价指标加权系数的五个取值分别与各病害评价指标的五个等级相对应。
在一优选实施方式中，确定地铁区间结构周围地层影响系数包括如下步骤：根据主要工程地质特征确定六个围岩级别，其中，Ⅰ级围岩级别和II级围岩级别的地铁区间结构周围地层影响系数取值为1，Ⅲ级围岩级别的地铁区间结构周围地层影响系数取值为1.1，Ⅳ级围岩级别的地铁区间结构周围地层影响系数取值为1.2，Ⅴ级围岩级别的地铁区间结构周围地层影响系数取值为1.5，Ⅵ级围岩级别的地铁区间结构周围地层影响系数取值为1.8。
在一优选实施方式中，根据道床脱空病害评价总得分将道床脱空病害评价分为五个脱空度等级，其中，脱空度1级对应的道床脱空病害评价总得分为0～20；脱空度2级对应的道床脱空病害评价总得分为20～40，不包括20；脱空度3级对应的道床脱空病害评价总得分为40～60，不包括40；脱空度4级对应的道床脱空病害评价总得分为60～80，不包括60；脱空度5级对应的道床脱空病害评价总得分为80～100，不包括80。
在一优选实施方式中，对脱空度1级的治理建议为对发生病害的道床正常养护及巡检；对脱空度2级的治理建议为对发生病害的道床加强监视，必要时采取措施；对脱空度3级的治理建议为对发生病害的道床尽快采取措施；对脱空度4级的治理建议为对发生病害的道床立即采取措施，并对病害发生区间进行全面道床检测；对脱空度5级的治理建议为对发生病害的道床立即采取措施，并对病害发生区间及同一施工标段的其他区间进行全面道床检测。与现有技术相比，本发明的运营盾构区间隧道整体式道床脱空病害评价及分级方法的有益效果如下：本发明通过将道床脱空病害评价指标分为道床外观评价指标、道床无损病害评价指标、脱空厚度评价指标、脱空长度评价指标、翻浆冒泥病害评价指标，确定了各病害指标的分级，并确定了各病害指标的分值和权重，通过选取隧道地层影响系统，从而能够计算出道床病害最终得分，并根据道床病害评价分级给出相应的治理建议。鉴于目前道床的施工质量检测评价方法是一个空白，本发明的方法的道床脱空评价检测项目丰富，能够全面反映道床的脱空病害特征。本发明中道床运营期病害评价因素均依据经典理论力学理论，通过力学计算分析得出各个因素的特征及变化范围，并且依据目前既有的规范对各个评价因素的级别进行初步的划分，作为最终道床脱空病害评价分级的基础。总之，本发明中每个最基础的评价指标及要素均经过理论定量计算得到，能够从力学上满足道床的受力特征，为道床脱空病害评价分级提供了坚实的理论基础。本发明中道床脱空病害检测方法与评价前后联系紧密，形成了统一的系统与完整的体系，本发明也针对评价分级后的道床脱空处理及检测等后续工作提出了针对性的措施建议。
附图说明
图1为本发明的优选实施方式的运营盾构区间隧道整体式道床脱空病害评价及分级方法流程图。
图2为本发明的优选实施方式的无砟道床标准断面图。
图3为本发明的一实施方式的无砟道床标准平面图。
图4为本发明的一实施方式的不同道床脱空厚度条件下道床弯矩承载力设计值关系图。
图5为本发明的一实施方式的不同道床脱空长度条件下道床所受最大弯矩值关系图。
图6为本发明的一实施方式的不同道床脱空长度条件下道床所受最大挠度关系图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
实施例1
如图1所示，根据本发明一优选实施方式的运营盾构区间隧道整体式道床脱空病害评价及分级方法，包括如下步骤：
步骤101：确定道床脱空病害评价指标，其中，确定道床脱空病害评价指标包括确定道床施工病害评价指标和确定床道运营病害评价指标；
步骤102：确定道床施工病害评价指标包括道床的外观检测评价与道床的无损检测评价；
步骤103：确定床道运营病害评价指标包括进一步确定道床脱空厚度评价指标、道床脱空长度评价指标、道床翻浆冒泥评价指标；
步骤104：选取各病害评价指标分值和权重；
步骤105：选取隧道地层影响系数；
步骤106：计算道床病害最终得分；以及
步骤107：确定道床病害评价分级并给出治理建议。
在一优选实施方式中，道床的外观检测评价包括如下步骤：进行道床外观病害检测，进行道床外观病害检测包括检查道床是否存在异常变形、错位以及开裂情况，检查道床是否存在蜂窝、麻面、破损、露筋和锈蚀缺陷，检查道床伸缩缝、排水系统结构的病害。病害检测以目测为主，同时辅以钢卷尺、激光测距仪、数码相机、裂缝宽度测试仪、裂缝深度测试仪等必要的测量仪器。根据道床外观检测情况，结合《城市轨道交通隧道结构养护技术标准》CJJT289-2018的相关描述与规定，判断道床外观病害属于以下五个道床外观病害描述分级中的哪个等级：第一等级：无病害；第二等级：道床表面及两侧边缘出现轻微裂缝、变形和湿渍，需要说明的是轻微裂缝、变形和湿渍指的是耐久性病害，正常出现的轻微裂缝宽度小于0.2mm或病害出现占道床面积35％以下0％以上；第三等级：道床局部存在破损、变形，存在少量环向裂缝、纵向裂缝或斜裂缝，未影响建筑限界，需要说明的是少量通常指裂缝数量5条以下或病害出现占道床面积35％以上55％以下；第四等级：道床多处存在破损、变形，局部存在环向裂缝、纵向裂缝或斜裂缝，局部影响建筑限界，需要说明的是多处通常指破损、变形3处以下或病害出现占道床面积55％以上85％以下；第五等级：道床出现严重破损、变形，裂缝发育密集，存在环向裂缝、纵向裂缝或斜裂缝，已影响建筑限界，需要说明的是严重破损、变形是指破损、变形3处以上或病害出现占道床面积85％以上。
在一优选实施方式中，道床的无损检测评价包括如下步骤：进行道床无损检测，进行道床无损检测包括道床混凝土的强度与碳化深度检测、钢筋保护层厚度检测、钢筋间距检测以及道床钢筋的锈蚀情况检测。病害无损检测主要采用回弹仪、碳化尺、钢筋位置测定仪、钢筋锈蚀检测仪等仪器。根据道床的无损检测情况，结合《城市桥梁养护技术标准》FJ99-2017的相关描述与规定，按照检测项目的合格情况判断道床无损病害属于以下五个道床无损病害描述分级中的哪个等级：第一等级：检测结果均满足要求；第二等级：检测结果有三项满足要求；第三等级：检测结果有两项满足要求；第四等级：检测结果只有一项满足要求以及第五等级：检测结果均不满足要求。
在一优选实施方式中，确定道床脱空厚度评价指标包括如下步骤：
确定如下道床弯矩承载力计算的简化公式：
M＝fyAs(h0-a's)…………………………(1)
公式(1)中，h0＝h-as，h0为截面有效高度，h为实际高度，fy为普通钢筋抗拉强度设计值，as’为受压区纵向普通钢筋合力点至截面受压边缘的距离，as为受压区纵向普通钢筋至受拉边缘的距离，As为受拉区纵向普通钢筋的截面面积；根据公式(1)得到标准断面条件下道床设计弯矩值，其中，道床在不同脱空厚度的情况下道床的弯矩承载力设计值发生变化；通过计算得到设计弯矩与道床厚度的关系统计表；拟合出不同道床脱空厚度条件下道床弯矩承载力设计值关系图；对道床设计弯矩值按0.95倍、0.9倍两个级别进行折减；分别计算出道床设计弯矩值折减0.95倍、0.9倍下道床的脱空厚度；得到道床脱空厚度评价参数表，按道床不同脱空厚度将道床脱空厚度病害描述分为五个等级。
在一优选实施方式中，确定道床脱空长度评价指标包括如下步骤：
在不同脱空长度条件下，将道床承受的自重简化为均布荷载，列车车辆的动荷载简化为集中荷载，则道床受均布及集中力力所产生的最大弯矩计算公式如下：
公式(2)中，Mmax为道床实际所受最大弯矩值，q为均布力荷载，l为脱空区纵向长度，p为动荷载；计算得到脱空长度与道床所受最大弯矩的关系统计表；拟合得到不同道床脱空长度条件下道床所受最大弯矩值关系图；通过计算在不同脱空长度条件下，道床承受自重与车辆荷载所产生的最大挠度，得到脱空长度与最大挠度的关系统计表；通过分析比较，选取道床弯矩承载力作为确定道床脱空长度评价指标的基础，并对道床设计弯矩值按70％与80％两个级别进行折减，得到相应的道床脱空长度评价参数表；根据所述道床脱空长度评价参数表，按道床不同脱空长度将道床脱空长度病害描述分为五个等级。
在一优选实施方式中，确定道床翻浆冒泥评价指标包括如下步骤：进行道床翻浆冒泥检测，进行道床翻浆冒泥检测包括渗翻浆冒泥水量、流量、渗水范围，翻浆冒泥杂质成分及含量检测。病害检测以目测为主，同时辅以钢卷尺、激光测距仪、数码相机、量杯等必要的测量仪器。根据道床翻浆冒泥检测情况，按病害程度将道床翻浆冒泥检测结论分为以下五个等级：第一等级：无渗漏；第二等级：微渗或慢渗(需要说明的是微渗一般指有渗漏水出现，但无流速；慢渗指有渗漏水出现，但有肉眼可见的流速，但水量不大、流速较小)；第三等级：漏水，但无翻浆冒泥；第四等级：漏水，局部翻浆冒泥；第五等级：涌水，局部冒砂。在一优选实施方式中，选取各病害评价指标分值和权重包括如下步骤：分别将外观病害评价指标的分值、无损病害评价指标的分值、脱空厚度评价指标的分值、脱空长度评价指标的分值和翻泥冒浆情况评价指标的分值确定为10、10、30、30和20，并得到道床脱空病害评价得分计算公式如下：
D＝(10a1+10a2+30a3+30a4+20a5)×i………(3)
公式(3)中，D为道床脱空病害评价总得分，ai＝1～5分别为外观病害评价指标加权系数、无损病害评价指标加权系数、脱空厚度评价指标加权系数、脱空长度评价指标加权系数、翻浆冒泥病害评价指标加权系数，i为地铁区间结构周围底层影响系数；分别将外观病害评价指标加权系数、无损病害评价指标加权系数、脱空厚度评价指标加权系数、脱空长度评价指标加权系数、翻浆冒泥病害评价指标加权系数的确定为0、0.3、0.6、0.8、1五个取值，各病害评价指标加权系数的五个取值分别与各病害评价指标的五个等级相对应。
在一优选实施方式中，确定地铁区间结构周围地层影响系数包括如下步骤：根据主要工程地质特征确定六个围岩级别，其中，Ⅰ级围岩级别和II级围岩级别的地铁区间结构周围地层影响系数取值为1，Ⅲ级围岩级别的地铁区间结构周围地层影响系数取值为1.1，Ⅳ级围岩级别的地铁区间结构周围地层影响系数取值为1.2，Ⅴ级围岩级别的地铁区间结构周围地层影响系数取值为1.5，Ⅵ级围岩级别的地铁区间结构周围地层影响系数取值为1.8。
在一优选实施方式中，对脱空度1级的治理建议为对发生病害的道床正常养护及巡检；对脱空度2级的治理建议为对发生病害的道床加强监视，必要时采取措施；对脱空度3级的治理建议为对发生病害的道床尽快采取措施；对脱空度4级的治理建议为对发生病害的道床立即采取措施，并对病害发生区间进行全面道床检测；对脱空度5级的治理建议为对发生病害的道床立即采取措施，并对病害发生区间及同一施工标段的其他区间进行全面道床检测。
实施例2
下面介绍道床运营病害评价指标的确定过程的一个具体实施例：
道床运营病害评价力学理论计算部分以某盾构区间标准断面无砟道床为例，道床布设7排受压筋，13排受拉筋，混凝土为C35，道床宽度w为2400mm，高度为560mm，计算高度等效为290mm。钢筋参数选用纵向主筋直径为16mm，横向钢筋采用直径为14mm，保护层厚度选取为35mm预制混凝土枕承轨面高出道床顶面30～40mm，纵向钢筋间和纵、横向钢筋间的焊接按防迷流设计处理。轨枕按1680根/km布置，直线地段道床及水沟每延米C35混凝土数量1.410m3，每延米钢筋用量为56.953kg，道床设计图如图2和3所示，图2中，线路中心线如附图标记201所示，设计轨顶面如附图标记202所示。
1、道床脱空厚度评价指标的确定
(1)评价指标确定依据
依据《混凝土结构设计规范》GB50010-2010，受弯构件正截面受弯承载力应符合下列规定：
混凝土受压区高度应按下列公式确定：
α1fcbx＝fyAs-f'yA's+fpyAp+(σ'p0-f'py)A'p (1-2)
混凝土受压区高度尚应符合下列条件：
x≤ξbh0
x≥2a' (1-3)
上述公式中：M为弯矩设计值(kN·m)；
a1＝1；
fc为混凝土轴心抗压强度设计值(MPa)；
As、As'分别为受拉区、受压区纵向普通钢筋的截面面积(m2)
Ap、Ap'分别为受拉区、受压区纵向预应力筋的截面面积(m2)；
σ'p0为受压区纵向预应力筋合力点处混凝土法向应力等于零时的预应力筋应力(MPa)；
b为矩形截面的高度(m)；
h0为截面有效高度(m)；
a's、ap'分别为受压区纵向普通钢筋合力点、预应力筋合力点至截面受压边缘的距离(m)；
a'为受压区全部纵向钢筋合力点至截面受压边缘的距离，当受压区未配置纵向预应力筋时，可用a's代替。
fy、fpy分别为普通钢筋、预应力筋抗拉强度设计值(MPa)；
f'y、f'py分别为普通钢筋、预应力筋抗压强度设计值(MPa)。
当不满足公式(1-3)时，正截面受弯承载力应符合下列规定：
M≤fpyAp(h-ap-a's)+fyAs(h-as-a's)-(σ'p0-f'py)A'p(a'p-a's)(2-4)
式中，as、ap分别为受压区纵向普通钢筋、预应力筋至受拉边缘的距离(m)。
因不考虑预应力筋配筋情况，因此道床弯矩承载力计算公式可简化为公式：
M＝fyAs(h0-a's)…………………………(1)
公式(1)中，h0＝h-as。
(2)评价指标的确定
依据公式(1)，得到标准断面条件下道床设计弯矩值为M＝165.559kN·m，假设道床在不同脱空厚度的情况下道床的弯矩承载力设计值发生变化，通过计算得到设计弯矩与道床厚度的关系如表1与图4所示。
表1不同道床脱空厚度条件下道床弯矩承载力设计值统计表
由表1与图3可知，道床厚度与道床设计弯矩承载力呈线性关系。假设道床横断面发生脱空时，道床厚度发生变化，对道床设计弯矩值按0.95、0.9倍两个级别进行折减，即M0.95＝157.281kN·m，M0.90＝149.003kN·m，依据公式(1-4)计算出折减条件下道床的脱空厚度：
公式(1-4)中，M0.95为道床设计弯矩值的0.95倍，M0.90为道床设计弯矩值的0.90倍，h0为截面有效高度，fy为普通钢筋抗拉强度设计值，As为受拉区纵向普通钢筋的截面面积，as’为受压区纵向普通钢筋合力点至截面受压边缘的距离。
表2道床脱空厚度评价参数表
根据表2，结合实际施工经验，按道床不同脱空厚度分为以下五个等级，如表3所示。
表3道床脱空厚度病害描述分级
| 等级 | 道床脱空厚度病害描述H |
| 1 | 无脱空 |
| 2 | 轻微疏松 |
| 3 | 0＜H＜9mm |
| 4 | 9mm≤H＜18mm |
| 5 | H≥18mm |
需要说明的是，道床脱空一般采用雷达检测措施，表中的2级轻微疏松是指雷达图谱反射信号能量有变化，同相轴较不连续，薄型结构较为杂乱、不规则，通过验证手段判定没有脱空厚度，只是出现不连续的海绵状疏松，并无脱空。
2、道床脱空长度评价指标的确定
(1)评价指标确定依据
计算标准断面道床发生不同脱空长度的情况下道床所承受的最大弯矩，其中道床承受荷载选取地铁A型车轴重16t，考虑一定的安全余量，设计轮载取160kN，道床受力动荷载为其中/>C35钢筋混凝土密度为ρC35＝2420kg/m。
集中力荷载与均布力荷载条件下两端固结梁弯矩承载力与挠度计公式如下：
AC段：
(2)道床脱空弯矩评价指标确定
在不同脱空长度条件下，将道床承受的自重简化为均布荷载，列车车辆的动荷载简化为集中荷载，因此道床受均布及集中力力所产生的最大弯矩计算关系如公式(2)。通过计算，脱空长度与道床所受最大弯矩关系如表4与图5所示。
式中：Mmax为道床实际所受最大弯矩值，q为均布力荷载，l为脱空区纵向长度，p为动荷载。
表4不同道床脱空长度条件下道床所受最大弯矩值统计表
(3)道床脱空挠度评价指标确定
在不同脱空长度条件下，将道床承受的自重简化为均布荷载，列车车辆的动荷载简化为集中荷载，因此道床受均布及集中力力所产生的最大挠度计算关系如公式(2-12)。通过计算在不同脱空长度条件下，道床承受自重与车辆荷载所产生的最大挠度，得到脱空长度与最大挠度关系如表5与图6所示。
式中：EI为道床弯曲刚度值(N·m)。
表5不同道床脱空长度条件下道床最大挠度统计表
(4)评价指标确定
通过对比表4与表5、图5与图6可知：脱空长度为3.2m时道床所受实际弯矩大于道床设计弯矩承载力，而脱空长度为3.1m时，道床所受实际弯矩小于道床设计弯矩承载力，即：Ml＝3.1＜165.559kN·m＜Ml＝3.2 (2-13)
而当道床脱空长度为3.2m时，道床最大弯矩为0.472mm；当道床脱空长度为6.0m时，道床最大挠度为4mm，达到道床脱空病害的经验允许挠度。因此选取道床弯矩承载力作为确定道床脱空长度评价指标的基础。依据《城市轨道交通工程监测技术规范》GB 50911-2013中对轨道结构控制标准的相关规定，按道床弯矩标准值的70％与80％进行分级，即：M0.7＝115.891kN·m，M0.8＝132.447kN·m，查表4，则道床脱空长度评价参数如表6所示。
表6道床脱空长度评价参数表
根据表6，结合实际施工经验，按道床不同脱空长度分为以下五个等级，如表7所示。
表7道床脱空长度病害描述分级
/>
3、选取隧道地层影响系数i
道床脱空除应考虑道床施工与养护病害外，与道床所处隧道周围地层的地质条件特征息息相关，往往隧道周围地层的地质条件、地下水情况对隧道结构的变形进而对道床结构的脱空产生较大的影响，因此根据道床周围地层地质条件特征，结合《城市轨道交通岩土工程勘察规范标准》的相关描述与规定，按地质条件特征分为以下六个级别，如表8所示。
表8地铁区间结构周围地层影响系数
注：Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩遇有地下水时，可根据具体情况和工程条件适当降低围岩级别
4、道床脱空病害分级
道床的评价分级主要通过计算道床脱空评价得分值从而确定道床脱空度等级,其中道床病害各评价指标的分值如表9所示。
表9道床病害各指标分值
道床脱空病害评价得分计算公式如下:
D＝(10a1+10a2+30a3+30a4+20a5)×i (3)
注：计算数值大于100的按100取值。
式中：D为道床脱空病害评价总得分，i为地铁区间结构周围底层影响系数；
ai＝1～5为外观病害评价指标加权系数、无损病害评价指标加权系数、脱空厚度H评价指标加权系数、脱空长度l评价指标加权系数、翻浆冒泥病害评价指标加权系数，取值标准如表10所示。地铁区间结构周围地层影响系数i的取值如表11所示。道床脱空病害评价分级及治理建议如表12所示。
表10道床病害评价加权系数ai表
/>
表11地铁区间结构周围地层影响系数i
注：Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩遇有地下水时，可根据具体情况和工程条件适当降低围岩级别。
表12道床脱空病害评价分级及措施建议表
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种运营盾构区间隧道整体式道床脱空病害评价及分级处理方法，其特征在于：包括如下步骤：
确定道床脱空病害评价指标，其中，确定所述道床脱空病害评价指标包括确定道床施工病害评价指标和确定床道运营病害评价指标；
所述确定道床施工病害评价指标包括道床的外观检测评价与道床的无损检测评价；
确定床道运营病害评价指标包括进一步确定道床脱空厚度评价指标、道床脱空长度评价指标、道床翻浆冒泥评价指标；
选取各病害评价指标分值和权重；
选取隧道地层影响系数；
计算道床病害最终得分；以及
确定道床病害评价分级并给出治理方法；
其中，道床的无损检测评价包括如下步骤：
进行道床无损检测，所述进行道床无损检测包括道床混凝土的强度与碳化深度检测、钢筋保护层厚度检测、钢筋间距检测以及道床钢筋的锈蚀情况检测；
根据道床的无损检测情况，按照检测项目的合格情况判断道床无损病害属于以下五个道床无损病害描述分级中的哪个等级：
第一等级：检测结果均满足要求；第二等级：检测结果有三项满足要求；第三等级：检测结果有两项满足要求；第四等级：检测结果只有一项满足要求以及第五等级：检测结果均不满足要求；
其中，确定道床脱空厚度评价指标包括如下步骤：
确定如下道床弯矩承载力计算的简化公式：
M＝fyAs(h0-a's)…………………………(1)
公式(1)中，h0＝h-as，h0为截面有效高度，h为实际高度，fy为普通钢筋抗拉强度设计值，as’为受压区纵向普通钢筋合力点至截面受压边缘的距离，as为受压区纵向普通钢筋至受拉边缘的距离，As为受拉区纵向普通钢筋的截面面积；
根据公式(1)得到标准断面条件下道床设计弯矩值；
通过计算得到设计弯矩与道床厚度的关系统计表；
拟合出不同道床脱空厚度条件下道床弯矩承载力设计值关系图；
对道床设计弯矩值按0.95倍、0.9倍两个级别进行折减，并分别计算出道床设计弯矩值折减0.95倍、0.9倍下道床的脱空厚度；
得到道床脱空厚度评价参数表，按道床不同脱空厚度将道床脱空厚度病害描述分为五个等级；
其中，确定道床脱空长度评价指标包括如下步骤：
在不同脱空长度条件下，将道床承受的自重简化为均布荷载，列车车辆的动荷载简化为集中荷载，则道床受均布及集中力力所产生的最大弯矩计算公式如下：
公式(2)中，Mmax为道床实际所受最大弯矩值，q为均布力荷载，l为脱空区纵向长度，p为动荷载；
计算得到脱空长度与道床所受最大弯矩的关系统计表；
拟合得到不同道床脱空长度条件下道床设计弯矩承载力关系图；
按道床弯矩标准值的70％与80％两个级别进行折减，得到相应的道床脱空长度评价参数表；
根据所述道床脱空长度评价参数表，将道床脱空长度病害描述分为五个等级；
其中，确定道床翻浆冒泥评价指标包括如下步骤：
进行道床翻浆冒泥检测，所述进行道床翻浆冒泥检测包括渗翻浆冒泥水量、流量、渗水范围，翻浆冒泥杂质成分及含量检测；
根据道床翻浆冒泥检测情况，按病害程度将道床翻浆冒泥检测结论分为以下五个等级：
第一等级：无渗漏；第二等级：微渗或慢渗；第三等级：漏水，但无翻浆冒泥；第四等级：漏水，局部翻浆冒泥；第五等级：涌水，局部冒砂。
2.根据权利要求1所述的运营盾构区间隧道整体式道床脱空病害评价及分级处理方法，其特征在于：所述道床的外观检测评价包括如下步骤：
进行道床外观病害检测，所述进行道床外观病害检测包括检查道床是否存在异常变形、错位以及开裂情况，检查道床是否存在蜂窝、麻面、破损、露筋和锈蚀缺陷，检查道床伸缩缝、排水系统结构的病害；以及
根据道床外观检测情况，判断道床外观病害属于以下五个道床外观病害描述分级中的哪个等级：
第一等级：无病害；第二等级：道床表面及两侧边缘出现轻微裂缝、变形和湿渍；第三等级：道床局部存在破损、变形，存在少量环向裂缝、纵向裂缝或斜裂缝，未影响建筑限界；第四等级：道床多处存在破损、变形，局部存在环向裂缝、纵向裂缝或斜裂缝，局部影响建筑限界；第五等级：道床出现严重破损、变形，裂缝发育密集，存在环向裂缝、纵向裂缝或斜裂缝，已影响建筑限界。
3.根据权利要求1所述的运营盾构区间隧道整体式道床脱空病害评价及分级处理方法，其特征在于：选取各病害评价指标分值和权重包括如下步骤：
分别将外观病害评价指标的分值、无损病害评价指标的分值、脱空厚度评价指标的分值、脱空长度评价指标的分值和翻泥冒浆情况评价指标的分值确定为10、10、30、30和20，并得到道床脱空病害评价得分计算公式如下：
D＝(10a 1+10a 2+30a 3+30a 4+20a 5)×i………(3)
公式(3)中，D为道床脱空病害评价总得分，ai＝1～5分别为外观病害评价指标加权系数、无损病害评价指标加权系数、脱空厚度评价指标加权系数、脱空长度评价指标加权系数、翻浆冒泥病害评价指标加权系数，i为地铁区间结构周围底层影响系数；
将外观病害评价指标加权系数、无损病害评价指标加权系数、脱空厚度评价指标加权系数、脱空长度评价指标加权系数、翻浆冒泥病害评价指标加权系数均确定为0、0.3、0.6、0.8、1五个取值，各病害评价指标加权系数的五个取值分别与各病害评价指标的五个等级相对应。
4.根据权利要求3所述的运营盾构区间隧道整体式道床脱空病害评价及分级处理方法，其特征在于：确定地铁区间结构周围地层影响系数包括如下步骤：
根据主要工程地质特征确定六个围岩级别，其中，Ⅰ级围岩级别和Ⅱ级围岩级别的地铁区间结构周围地层影响系数取值为1，Ⅲ级围岩级别的地铁区间结构周围地层影响系数取值为1.1，Ⅳ级围岩级别的地铁区间结构周围地层影响系数取值为1.2，Ⅴ级围岩级别的地铁区间结构周围地层影响系数取值为1.5，Ⅵ级围岩级别的地铁区间结构周围地层影响系数取值为1.8。
5.根据权利要求4所述的运营盾构区间隧道整体式道床脱空病害评价及分级处理方法，其特征在于：根据道床脱空病害评价总得分将道床脱空病害评价分为五个脱空度等级，其中，脱空度1级对应的道床脱空病害评价总得分为0～20；脱空度2级对应的道床脱空病害评价总得分为20～40，不包括20；脱空度3级对应的道床脱空病害评价总得分为40～60，不包括40；脱空度4级对应的道床脱空病害评价总得分为60～80，不包括60；脱空度5级对应的道床脱空病害评价总得分为80～100，不包括80。
6.根据权利要求5所述的运营盾构区间隧道整体式道床脱空病害评价及分级处理方法，其特征在于：对脱空度1级的治理方法为对发生病害的道床正常养护及巡检；对脱空度2级的治理方法为对发生病害的道床加强监视，必要时采取措施；对脱空度3级的治理方法为对发生病害的道床尽快采取措施；对脱空度4级的治理方法为对发生病害的道床立即采取措施，并对病害发生区间进行全面道床检测；对脱空度5级的治理方法为对发生病害的道床立即采取措施，并对病害发生区间及同一施工标段的其他区间进行全面道床检测。
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| CN112069628A (zh) | 2020-12-11 |
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Legal Events
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