高龄隧道拯救计划——米兰地铁隧道的渗透式注浆修复方案

小编语

由于交通基础设施建设起步较早，所以很多的欧美地铁和道路隧道都存在着严重的老化问题，这其中不乏一些运营时间已经超过60年的“老年”隧道。此类隧道所面临着的诸多问题中，渗水是最常见，也是最致命的；虽然目前在我国地下工程行业中，“老年”隧道修复工作并不常见，但小编认为这一问题在未来是不可避免的。本期就以上世纪50年代开始修建的意大利米兰市地铁1-3号线渗水修复工程为例，带大家了解一下欧美那些60多岁的“老年”隧道维修经历！

工程背景

米兰市的地铁线路设计建设始于1954年，设计师们以当时米兰的地下水位为参考，为当时完全高于地下水位的米兰地铁的1-3号线安排了非常有限的防水设计。当时米兰的地下水位还在逐渐下降，所以这些有限的防水设计被认为是绰绰有余了。

但随着?型??逐渐搬迁，地下水开采量逐渐减少等等原因，米兰的地下水位自2000开始，逐渐开始回升。到2015左右，米兰的地下水位已经越过了地铁隧道的底部。

米兰地铁2号线和不同年代的地下水位

伴随着地下水位回升速度逐渐加快，地铁隧道的渗水问题变得日益严重，地铁运营商开始尝试对隧道进行防水干预。但简单的隧道内封堵，注浆和排水对解决问题收效甚微，意识到问题严重性的地铁运营商决定开展?系列详细的调查以彻底检查衬砌状况，并确定适当的措施。

调查结果和解决方案

SINE-CO 公司和米兰理工学院对1-3号线全线进行了完整的调查，通过钻孔，采样，抗压强度测试，地质雷达测量 (GPR) ，3D 激光扫描仪和热成像等诸多手段进行了全面调查，显?全线几乎都存在衬砌恶化问题（裂缝、进?）。这种情况下对隧道内壁进行注浆，浆液会在裂缝中发生了回流，止水效果很差。

大量进水的原因

由于建设时完全位于地下水位以上。米兰1-3号线的隧道缺乏防水设计。所以当几十年后地下水位升高时，水就会在压力的作用下，轻易的突破侧壁和倒拱之间没有任何防水措施的接缝，并流入隧道。

全面调查完成于2016年，显示出米兰地铁1-3号线要面对的问题主要有两个：

■ 衬砌老化严重，存在衬砌裂缝多，断面厚度减少等问题；

■ 建设时接缝处就缺乏止水措施，随着地下水位进一步升高，进水问题会更加严重，甚至失控。

依据调查结果，地铁运营商制定了他们的维修计划，他们打算通过渗透注浆，在衬砌外通过固结的方式建立一道新的二衬。用这个方法同时解决衬砌老化和渗水两个问题。确保隧道衬砌的长期稳定性和防水性。

固结注浆计划

类似情况不同方法

美国塔斯卡洛隧道

1940年投入运营美国塔斯卡洛隧道东线与米兰地铁1-3号线有类似的情况。当年的铜制止水带基本失效加上衬砌恶化导致了大量进水。这条80岁高龄的隧道甚至在当地民间被称为“塔斯卡洛拉湖”。

面对类似情况，美国人采用了与意大利人不同的修复方法，点击下方蓝字链接了解更多：

修修补补又百年！“80岁高龄”老隧道如何翻修？美国人这么干…

紧急措施

考虑到施工量和情况的紧急性，米兰地铁的运营商决定将整个修复工程分为两阶段进行——

第一阶段（紧急措施阶段）：

阶段目标是快速减少隧道的进水量。具体工作是优先在进水严重的隧道段下方进行注浆固结，以在现有倒拱外快速形成一个第二倒拱。由于此时地下水位还在隧道底部位置，这样做应该可以暂时阻止水从隧道底部大量涌入。

第二阶段（完全修复阶段）：

阶段目标是完全修复隧道，解决衬砌长期稳定性和防水性问题。具体工作是对整个隧道外围进行注浆固结工作，在现有隧道外部形成一个完整的加固外壳，作为第二衬砌。

紧急措施施工阶段

第一阶段的注浆原本准备了3个不同长度的管道，一个用于临时填充物注入，暂时封堵缝隙和进水点，防止注浆流动和流入隧道，一个用于注入水泥混合物，还有一个用于注入二氧化硅混合物以减少凝结时间。

但是出于对衬砌和隧道状况的担忧。施工方被迫将三种管道缩减为一个，并将钻孔直径从 100 毫米减少到 50 毫米，仅使用一根单阀管注入水泥混合物，随后通过同一管注入硅酸盐。尽管这么做给施工带来了困难，特别是在控制水泥混合物的凝结时间方面。但在一系列止水减流措施的配合下，施工方依旧顺利完成了任务。

紧急措施完工后，明显进水已经看不见了

第二阶段

第二阶段（完全修复阶段）是一项浩大的工程。在进行之前，施工方面对了来自内部和外部的一些质疑：

问题一 ：通过注浆固结以形成外衬的方法，对米兰地铁的情况是否真的长期有效？

问题二 ：如果确实长期有效，那完成第一阶段后是否有必要继续进行第二阶段？

于是施工方使用了数值建模软件FLAC进行了分析，通过计算机模拟确认了目前采取的措施是有效的，以及进一步实施第二阶段是必要的。

计算机模拟结果

第二阶段的巨大工程量，意味着要么停运地铁4个月，进行连续施工。要么花费4-5年时间，利用地铁不运行的夜间进行施工。但地铁运营商认为两种方案都不合适。最终为加快施工速度，减少对公共交通的影响。施工方决定修改施工计划， 增加地面注浆管路 。

包含地面注浆线路的第二阶段计划

地面注浆和最终结果

增加地面注浆固然加快了进度，但也给施工带来了新的问题：

■ 市区地下市政管线繁多，钻孔前需要进行预开挖，以定位燃气和供水管道。

■ 地面注浆进行的过程中，列车是保持运营的，出于安全考虑，需要对衬砌状态进行监控

■ 为减少地面的隆起和沉降，最大灌浆压力和注入流量都需要进行严格的控制

为解决这些问题，施工方通过一套被称为“控制量”的数字系统统一管控了隧道沿线每个注浆阀门的灌浆压力和注入流量，并且在隧道内安装视频监控系统，依靠图像分析，来第一时间发现任何衬砌问题。确保隧道衬砌安全。

进行注浆工作前，施工方先使用了高膨胀聚氨酯泡沫树脂，临时性的完全封堵住了进水，以防第二阶段注浆过程中，混合物和水一起流入隧道内。

第二阶段最终完成的比较顺利，固结干预较为成功，由于注浆导致的地面的隆起和沉降也在控制范围内。而在2018年，2号线修复工程基本完工时，地下水位也上升至了隧道中线位置。证明了第二阶段，通过注浆固结形成完整外衬的做法是正确的。60岁的米兰地铁所遭遇的进水危机得到了解决。

修复还是重建？

特拉华引水隧道

虽然在米兰地铁隧道的事件中，重建显然是没必要的。但有些情况下，重建可能确实是比修复更好的选择。服役72年的美国特拉华引水分支隧道在防水失效出现大量渗漏后，纽约州当局经过考虑最终决定将其放弃，新建一条隧道。

对于这些高龄隧道来说，如何选择修复和放弃，也是非常重要的。点击下方蓝字链接了解更多：

特拉华引水分支隧道：拯救渗漏老隧道的“极限挑战”

结语

虽然米兰市地铁1-3号线的进水危机，可以归结于施工时的缺少准备，但隧道本身的“高龄”也是重要的影响因素。在高龄隧道出现严重问题时，修复还是放弃，使用什么修复方式，都是复杂且值得研究的问题。虽然我国目前的地下工程还不会遭遇类似问题，但小编认为这是一个在未来必然需要面对的问题。