软弱地层铁路盾构隧道标准化建养技术及应用

同济大学

软土具有强度低、灵敏性高的特点。软弱地层盾构地铁隧道变形超限、沉降超标等病害问题突出，进一步引发结构破损、道床脱空，使隧道长期服役性能难以保持。与地铁相比，城际铁路和市域铁路车速更高、轴重更大，对隧道结构影响更加不利，但软土地区城际铁路和市域铁路的盾构隧道建设需求量很大，此类隧道长期性能保持面临“隧道品质保障、隧道性能保持和隧道病害修复”等三大控制难题。为此，项目组通过联合攻关，历经20余年，创新了铁路盾构隧道标准化建养技术，实现了铁路盾构隧道长期性能的可控、可感和可修。

一、主要科技创新

（1）创建了软弱地层盾构隧道标准化设计方法与建造技术，攻克了大规模建造的品质保障难题。首次提出软弱地层盾构隧道系统刚度设计方法，建立分级分类设计模式，研发了适应于低抗力地层的韧性管片结构；开发了混凝土管片浇注振捣整体式振动平台和智能化蒸养系统，创建了标准化预制新技术；构建了盾构隧道材料检测标准体系，从源头上保障管片成品质量；成型隧道初始合格率达100%，隧道抵抗外部荷载变化能力提高2-3倍。

（2）研发了铁路盾构隧道服役状态智能感知与诊断技术，实现了隧道服役性能的实时评估。研发了隧道断面变形逆向重构全面服役指标的智能反演算法，首次实现了由稀疏观测数据再现完整的时间、空间状态信息；搭建了监测数据和物理模型的双驱动框架，提出了软弱地层隧道长期沉降和结构开裂的智能预测方法；建立了铁路盾构隧道服役状态评估指标体系，开发了在役隧道健康状况快捷诊断与评估技术。

    （3）创建了软弱地层盾构隧道标准化预控与维养技术，引领盾构隧道养护维修技术的发展。提出了设计-施工-运营一体的标准化沉降防控理念与沉降分区预控技术，使盾构隧道的最大沉降减少50%以上；建立了变形隧道的纤维高分子材料加固和开裂修复技术，使隧道修复体的承载性能高于初始值：研发了盾构隧道抬升模型试验系统，创建了运营隧道渐变式沉降复位技术，在国际上创造了盾构隧道注浆抬升量达41mm、管片收敛最大值小于10mm的工程新纪录。

二、项目评价

项目突破了软弱地层铁路盾构隧道施工质量保障和长期性能保持的关键技术瓶颈，推动了铁路隧道标准化建养的技术进步，为铁路盾构隧道长期性能的可控、可感和可修提供了科学依据。

三、成果及效益

成果推广应用于上海、杭州、宁波、福州等17条城际铁路和市域铁路工程，推动了铁路隧道标准化建养的技术进步。近三年累积新增产值107.53亿元，经济、社会、环境效益显著。项目获发明专利41项、工法2项、软件著作权5项、出版专著2部，主/参编国家行业标准6部，发表论文136篇，其中SCI 44篇、EI 68篇。